▪ 9.1.1 温度传感器的类型和特点 ➢ 温度传感器的分类如图9-1所示。
图9-1 温度传感器的分类
▪ 9.1.1 温度传感器的类型和特点
➢ 常用材料温度传感器的类型、测温范围和特点如表9-1 所示。
▪ 9.1.2 温度传感器的应用
➢ 温度传感器应用极其广泛，家用的空调系统、冰箱、电 饭煲、电风扇等产品都要用到温度传感器，工业上也广 泛使用温度传感器，汽车上也用到温度传感器，另外航 空、海洋开发、生物制药都需要温度传感器。例如：
▪ 汽车空调、冰箱、冷柜、饮水机、咖啡机及恒温等场合 也经常使用。
➢ 1.热电阻的连接法
• 在实际使用时，金属热电阻的连接方法不同，其测量精 度也不同，最常用的测量电路的电桥电路，可采用三线 或四线电桥连接法。三线法如图9-7所示。
➢ 1.热电阻的连接法
• 最常用的测量电路的电桥电路，可采用三线或四线电桥 连接法。三线法如图9-7所示。
➢ 热电阻也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷 在陶瓷类材料基底上，占用体积很小，如图9-5所示。
图9-4 金属热电阻结构图
图9-5 薄膜金属热电阻结构图
▪ 9.2.2 金属热电阻的工作原理
➢ 热电阻是利用物质的变化特性制成的，将温度的变化量 变换成与之有一定关系的电阻值的变化量，通过对电阻 值的测量实现对温度的测量。目前应用较多的热电阻材 料有铂和铜以及铁、镍等。
图9-17 热敏电阻测量单点温度原理图
➢ 3.CPU温度检测 ➢ 电脑在使用过程中，当CPU工作繁忙的时候，CPU温
度往往升高，若不加处理，会造成CPU的烧毁，在 CPU插槽中，用热敏电阻测温，然后通过相关电路进 行处理，实施保护。如图9-18所示。
图9-18 用热敏电阻实现过热保护原理图
➢ 4. 电视或电脑显像管消磁 ➢ 显像管对磁场比较敏感，稍微使用不当都会使屏幕出
➢ ③ 可实现多传感器多参数复合测量，扩大了检测与 适用范围。智能传感器很容易实现多个信号的测量与 运算。
9.2 金属热电阻
利用导体或半导体的电阻率随温度变化的特性制成 的传感器叫做热电阻式传感器，它主要用于对温度 和与温度有关的参量进行检测。
测温范围主要在中、低温区域（ 200C ~ 650C ）。
现色纯不良现象。故需在其内部设置自动消磁电路。 ➢ 每开启一次主电源，自动消磁电路就会工作一次，可
消除地磁及周围磁场对显像管荧光色纯的影响。原理 如图9-19所示。
图9-19 用热敏电阻对显像管消磁原理图
➢ 5.单相异步电动机起动 ➢ 对于启动时需要较大功率，运动时功率又较小的这类
单相电动机（冰箱压缩机、空调机等），往往采用启 动后将启动绕组通过离心开关将其断开。 ➢ 如采用PTC热敏电阻作为启动线圈自动通断的无触点 开关时，则效果更好，寿命更长。如图9-20所示。
• 为了高精度地测量温度，可将电阻测量仪设计成如图 9-8所示的四线制测量电路。测量电路如图9-8所示。
图 9-7 热电阻的三线制接法原理图
图9-8 热电阻的四线制接法原理图
➢ 2. Pt100三线法性测量电路 • 如图9-9所示，铂热电阻的三线制测温原理。三线制测
温电路可以巧妙地克服电阻随温度的变化而对整个电路 产生的影响，它适合于远距离的测量。
➢ 热敏电阻一般做成二端器件，但也有做成三端或四端器 件的。二端和三端器件为直热式，即热敏电阻直接由连 接的电路中获得功率。四端器件则为旁热式。
➢ 根据不同的使用要求，可以把热敏电阻做成不同的形状 和结构，其典型结构如图9-13所示。
图9-13 热敏电阻器的结构形式
➢ 根据不同的使用要求，可以把热敏电阻做成不同的形状 和结构，图9-14为热敏电阻外观图。
➢ 3.智能温度传感器
• 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、 由集成化向智能化、网络化的方向发展。
➢3.智能温度传感器
• 所谓智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息 记忆、逻辑思维和判断功能的传感器，它不仅具有传 统传感器的所有功能，而且还具有数据处理、故障诊 断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通讯等许 多功能。如图9-2所示为智能温度传感器的发展。
▪ 9.1.3 温度传感器的发展
➢ 1. 传统的分立式温度传感器
• 传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能 够进行非电量和电量之间的转换。
➢ 2.模拟集成温度传感器
• 模拟集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的， 模拟集成温度传感器的优点是功能单一（仅测量温 度）、测量误差小、价格低、响应速度快、传输距离 远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不 需进行非线性校准，外围电路简单。
在高温方面，也出现了多种用于1000C ~ 1300C
的电阻温度传感器。其测温元件可分为金属热电阻 和半导体热敏电阻两大类。
▪ 9.2.1 金属热电阻的结构
➢ 热电阻是由电阻体、保护套和接线盒等主要部件组成， 电阻体是热电阻的最主要部分。虽然各种金属材料的电 阻率均随温度变化，但作为热电阻的材料，则要求：
➢ 4. AD22055集成温度调理电路 • 调理电路采用了AD22055型桥式传感器信号放大器，
该放大器放大增益通过外部电子进行调整，具有增益误 差和温度漂移补偿功能，内部有瞬变过电压保护电路和 射频干扰滤波器，适合工业现场使用，如图9-11所示
图9-11 AD22055型桥式传感器信号放大器应用
➢ Intel公司在其Pentium处理器中集成了一个远程二极管 温度传感器，能更直接测到CPU核心的温度变化，通过 一根引线接出，由外部传感器芯片处理，在温度过热时， 便自动降低CPU主频或加大风扇功率。
➢ 利用温度采集器对居民家中环境进行温度采样，并记录 到数据库中作为收费依据，对于闲置和不需供热的房间 自动关闭，并采用了计算机远程管理技术，实现了家庭 供热系统的自动化。
➢ 热电阻的结构形式可根据实际使用制作成各种形状，如 图9-3所示为金属热电阻的外形与样式。
➢ 它们通常是根据它的部件组成，将双线电阻丝绕在用石 英、云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上，可以测量的 200C ~ 500C 温度。
图9-3 金属热电阻的外形与样式
▪ 9.2.1 金属热电阻的结构
➢ 金属热电阻保护套主要有玻璃、陶瓷或金属等类型，主 要防止有害气体腐蚀，防止氧化（尤其是铜热电阻）， 水分侵入会造成漏电，影响阻值。如图9-4所示。
➢ 测温的方法很多，仅从测量体与被测介质接触与否 来分，有接触式测温和非接触测温两大类。
➢ 接触式测温是基于热平衡原理，测温敏感元件与被 测介质接触，在足够长的时间内，使两者处于同一 热平衡状态，具有同一温度，如汞温度计、热电偶 温度计等。
➢ 非接触式测温是利用物质的热辐射原理，测温敏感 元件不与被测介质接触，而通过接收被测物体发出 辐射来判断温度，如辐射温度计、红外温度计等。
✓ 铟电阻：用高纯度的铟丝绕成电阻，可在室温至4.2K温 度范围内使用。
✓ 锰电阻：在2~63K温度范围内，电阻随温度变化大， 灵敏度高。缺点是材料脆，难拉成丝。
✓ 碳电阻：适合用液氦温域（ 4.2K ）的温度测量，价廉， 对磁场不敏感，但热稳定较差。
▪ 9.2.3金属热电阻的应用电路
▪ 金属热电阻广泛的应用在缸体、油管、水管、纺机、空 调、热水器等狭小空间工业设备测温和控制。
第9章 温度传感器原理及其应用
▪ 9.1 概述 ▪ 9.2 金属热电阻 ▪ 9.3 热敏电阻 ▪ 9.4 热电偶 ▪ 9.5 红外传感器 ▪ 9.6 集成温度传感器
9.1 概述
▪ 9.1.1 温度传感器的类型和特点
➢ 温度是一个重要的物理量，它反映了物体冷热的程 度，与自然界中的各种物理量和化学过程相联系。
9.3 热敏电阻
▪ 9.3.1 热敏电阻的结构 ➢ 热敏电阻是由一些金属氧化物的粉末（Nio、Mno、
Cuo、Tio等），按一定比例混合烧结而成的半导体。 通过不同的材质组合，能得到热敏电阻不同的电阻 值及不同的温度特性。 ➢ 热敏电阻主要由热敏探头1、引线2、壳体3等构成， 如图9-12所示。
图9-12 热敏电阻器的结构及符号
➢ 1.铂热电阻
• 按IEC标准，铂电阻的测温范围为 200C ~ 650C。铂电 阻的阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：
▪ 9.2.2 金属热电阻的工作原理 ➢ 2.铜热电阻 • 在测量精度不太高，测量范围不大的情况下，可以采用
铜电阻代替铂电阻，铜热电阻灵敏度比铂电阻高，价格 便宜，也能达到精度要求。如图9-6所示。
➢ 1.NTC热敏电阻实现单点温度控制电路：单点温度控制 是常见的温度控制形式，如图9-16所示。
➢ 1.NTC热敏电阻实现单点温度控制电路如图9-16所示。
图9-16 热敏电阻单点温度控制原理图
➢ 2.PTC热名电阻组成的测温电路 ➢ 0C ~ 100C 的测温电路是应用广泛的电路之一，实现
的形式也是多种多样，图9-17是采用正温度系数的热 敏电阻组成的电路。
• 负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴和氧化铝等 金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺造成而成。
• 这些金属氧化物材料都具有半导体性质、有灵敏度高、 稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用 于需要定点测温的自动控制电路中，如冰箱、空调等。
➢ 2. 正温度系数热敏电阻PTC的温度特性
• 正温度系数热敏电阻是以钛酸钡为基本材料，再掺入 适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结而成。
图9-14 热敏电阻外观图
▪ 9.3.2 热敏电阻的温度特性 ➢ 热敏电阻按其物理特性分为三大特性，即：负温度系
数热敏电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC和临界温度 系数热敏电阻CTR。如图9-15所示为温度特性曲线。
图9-15 热敏电阻阻值温度特性曲线
▪ 9.3.2 热敏电阻的温度特性
➢ 1. 负温度系数热敏电阻NTC的温度特性：