Technology&ApplicationofSensor機(jī)械工業(yè)出版社傳感器技術(shù)及其應(yīng)用*項目2溫度檢測知識儲備:溫度測量和溫標(biāo)任務(wù)2.1熱電偶測溫任務(wù)2.2熱電阻測溫任務(wù)2.3集成溫度傳感器測溫2.4同步技能訓(xùn)練常用溫度傳感器

溫度傳感器是實現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。工業(yè)生產(chǎn)自動化流程，溫度測量點要占全部測量點的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運動越劇烈。

模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！低溫高溫

公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計。一百年后，研制成酒精溫度計和水銀溫度計。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類型的溫度傳感器。溫度傳感器的發(fā)展概況

示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比紅外溫度計1.溫度測量

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點：傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點是：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。知識儲備：溫度測量和溫標(biāo)

隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變化；蒸氣壓的溫度變化；電極的溫度變化熱電偶產(chǎn)生的電動勢；光電效應(yīng)熱電效應(yīng)介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；物質(zhì)的變色、融解；強(qiáng)性振動溫度變化；熱放射；熱噪聲。

溫度傳感器的物理原理物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計1.氣體溫度計2.玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機(jī)液體溫度計4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．熱鐵氧體2．Fe-Ni-Cu合金

此外，還有微波測溫溫度傳感器、噪聲測溫溫度傳感器、溫度圖測溫溫度傳感器、熱流計、射流測溫計、核磁共振測溫計、穆斯保爾效應(yīng)測溫計、約瑟夫遜效應(yīng)測溫計、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測溫計、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。2.溫標(biāo)熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。1848年威廉·湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開爾文總結(jié)出來的，故又稱開爾文溫標(biāo)，用符號K表示。它是國際基本單位制之一。1．熱力學(xué)溫標(biāo)2．國際實用溫標(biāo)1968年國際實用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用t表示，其單位是開爾文，符號為K。1K定義為水三相點熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項平衡時的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點溫度為273.16K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點。3．?dāng)z氏溫標(biāo)

是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101325Pa)下將水的冰點與沸點中間劃分一百個等份，每一等份稱為攝氏一度(攝氏度，℃)，一般用小寫字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開爾文并用。攝氏溫標(biāo)與國際實用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：4．華氏溫標(biāo)

目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點為32華氏度，水的沸點為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱為華氏一度，符號用℉，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：T=t+273.15

Kt=T-273.15

℃m=1.8n+32℉n=5/9(m-32)℃幾種溫標(biāo)的對比正常體溫為37

C

，相當(dāng)于華氏溫度多少度？機(jī)械工業(yè)出版社休息一下*任務(wù)2.1熱電偶測溫2．1．1熱電偶的工作原理2．1．2熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與熱電偶材料2．1．3熱電偶的冷端補(bǔ)償2．1．4熱電偶測溫基本電路2.1熱電偶測溫

熱電偶在溫度的測量中應(yīng)用十分廣泛。它構(gòu)造簡單，使用方便，測溫范圍寬，并且有較高的精確度和穩(wěn)定性。2.1.1熱電偶測溫原理1.熱電效應(yīng)兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩接點溫度不同，則在該回路中會產(chǎn)生電動勢。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動勢稱為熱電勢。

看一個實驗——熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。

熱電極A自由端（參考端、冷端）

測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB

熱電偶兩結(jié)點所產(chǎn)生的總的熱電勢等于熱端熱電勢與冷端熱電勢之差，是兩個結(jié)點的溫差Δt

的函數(shù)：

EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）熱電勢大致與兩個結(jié)點的溫差Δt

成正比從實驗到理論：熱電效應(yīng)

1821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結(jié)點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）

。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強(qiáng)弱與兩個結(jié)點的溫差有關(guān)。

結(jié)點產(chǎn)生熱電勢的微觀解釋及圖形符號

兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢。

自由電子＋ABeAB（

T）T1.接觸電勢接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-eAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點在溫度T時形成的接觸電動勢；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K

；NA、NB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T時的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢；T，T0——高低端的絕對溫度；σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0℃時，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢溫差電勢原理圖由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢EAB(T,T0)=EAB(T)+EB(T,T0)-EAB(T0)-EA(T,T0)或EAB(t,t0)=EAB(t)+EB(t,t0)-EAB(t0)-EA(t,t0)

導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因為當(dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。結(jié)論(4點)：

在總電勢中，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計，則熱電偶的熱電勢可表示為：

EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)

對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時，EAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即：

EAB(T,T0)=EAB(T)-c

=f(T)

實際應(yīng)用中，熱電勢與溫度之間的關(guān)系是通過熱電偶分度表來確定。分度表是在參考端溫度為00C時，通過實驗建立起來的熱電勢與工作端溫度之間的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系。

熱電偶的分度表

熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法

我國從1991年開始采用國際計量委員會規(guī)定的“1990年國際溫標(biāo)”（簡稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對應(yīng)。

直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0

C。K熱電偶的分度表

比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析

哪幾種熱電偶的測溫上限較高？

結(jié)論：

哪幾種熱電偶的線性較差？

哪一種熱電偶的靈敏度較高？

哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？2.熱電偶的基本定律(1)勻質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動勢)；反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT（2）中間導(dǎo)體定律一個由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點溫度相同，則此回路各接點產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則結(jié)論：將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點2與C、A的接點3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢不變，即同理，圖b中C、A接點2與C、B的接點3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢也為：T2T1AaBC23EABaA23ABEABT1T0CT0EAB（T1,T0）=EAB（T1）-EAB（T0）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖(2)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等，則熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢不變。圖示回路總的熱電勢

EABC(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T,T0)

具有中間導(dǎo)體的熱電偶回路ET0T0TET0T1T1T電位計接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。

（3）

中間溫度定律

如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點溫度分別為T1、T2(如圖所示)時,則其熱電勢為EAB(T1,T2)；當(dāng)接點溫度為T2、T3時，其熱電勢為EAB(T2,T3)；當(dāng)接點溫度為T1、T3時，其熱電勢為EAB(T1,T3)，則BBAT2T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）

=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0℃時，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ后不管接點溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料A′、B′(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時，當(dāng)EAA?(T2)=EBB?(T2)，則回路總電動勢為

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：(4)參考電極定律（也稱組成定律）參考電極定律示意圖已知熱電極A、B與參考電極C組成的熱電偶在結(jié)點溫度為(T，T0)時的熱電動勢分別為EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，則相同溫度下，由A、B兩種熱電極配對后的熱電動勢EAB(T，T0)也可按下面公式計算：

EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0)【例2.1】用鎳鉻—鎳硅熱電偶測爐溫時，其冷端溫度＝30℃，在直流電位計上測得的熱電勢＝30.838mV，求爐溫。解：查鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表（30℃，0℃）=1.203mVEAB(T,0℃)=E(T,30℃)+EAB(30℃,0℃)=30.838+1.203=32.041(mV)

再查分度表得T=770℃?！纠?.2】已知鉻合金—鉑熱電偶的E(100℃，0℃)=+3.13mV，鋁合金—鉑熱電偶的E(100℃，0℃)=-1.02mV，求鉻合金—鋁合金組成熱電偶材料的熱電動勢E(100℃，0℃)。解：設(shè)鉻合金為A，鋁合金為B，鉑為C，即

EAC(100℃，0℃)=+3.13mVEBC(100℃，0℃)=-1.02mV

則：

EAB(100℃,0℃)=EAC(100℃,0℃)–EBC(100℃,0℃)=4.15mV休息一下2.1.2熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與熱電偶材料1．熱電偶的種類（1）普通型熱電偶

工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒；2－保護(hù)套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的

結(jié)構(gòu)放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護(hù)管

(a)(b)(c)(d)

1322．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。

測溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—康銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。

鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄(0.01～0.lμm)4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點;3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時,用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。目前我國試制的有鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種,尺寸為60×6×0.2mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時間僅為幾ms。測溫范圍為-200~500℃。測量端既小又薄，熱容量小，響應(yīng)速度快。適用于測量微小面積上的瞬變溫度。（4）表面熱電偶

主要用于現(xiàn)場流動的測量，廣泛用于紡織、印染、造紙、塑料及橡膠工業(yè)；探頭有各種形狀(弓形、薄片形等)，以適應(yīng)于不同物體表面測溫用。在其把手上裝有動圈式儀表，讀數(shù)方便。測量溫度范圍有0~250℃和0~600℃兩種。

（5）防爆熱電偶

在石油、化工、制藥工業(yè)中，生產(chǎn)現(xiàn)場有各種易然、易爆等化學(xué)氣體，這時需要采用防爆熱電偶。它采用防爆型接線盒，有足夠的內(nèi)部空間、壁厚及機(jī)械強(qiáng)度，其橡膠密封圈的熱穩(wěn)定性符合國家的防爆標(biāo)準(zhǔn)。因此，即使接線盒內(nèi)部爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時，其壓力也不會破壞接線盒，其產(chǎn)生的熱能不能向外擴(kuò)散傳爆，可達(dá)到可靠的防爆效果。隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線其他熱電偶外形小形K型熱電偶2.熱電偶組成材料及分度表

為了準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行溫度測量，必須對熱電偶組成材料嚴(yán)格選擇。熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐蝕；熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。

目前工業(yè)上常用的四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶材料為:

鉑銠30－鉑銠6、鉑銠10－鉑、鎳鉻－鎳硅、鎳鉻－銅鎳（通常稱為鎳鉻－康銅）組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面的為負(fù)極。熱電偶的熱電動勢與溫度之關(guān)系表，稱之為分度表。

八種國際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6

、R:鉑銠13—鉑、

S:鉑銠10—鉑、K:鎳鉻—鎳硅、

N:鎳鉻硅—鎳硅、E:鎳鉻—銅鎳、

J:鐵—銅鎳、T:銅—銅鎳用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢

分度號

名稱

測量溫度范圍

1000

C熱電勢/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820

C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768

C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768

C9.587K鎳鉻－鎳鉻

(鋁)-270～1370

C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800

C——5種熱電偶的測溫范圍與熱電勢各有什么特點？（1）補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線是指在一定的溫度范圍內(nèi)(0~150℃)，其熱電性能與相應(yīng)熱電偶的熱電性能相同的廉價導(dǎo)線。采用補(bǔ)償導(dǎo)線，可將熱電偶的自由端延伸到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方，從而使自由端的溫度相對穩(wěn)定。由此可見，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)約大量的貴重金屬，減小熱電偶回路的電阻，而且柔軟易彎便于敷設(shè)安裝，但必須指出，使用補(bǔ)償導(dǎo)線僅能延長熱電偶的自由端，對測量電路不起任何溫度補(bǔ)償作用。2.1.3熱電偶測溫及參考端溫度補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線外形

A’B’屏蔽層保護(hù)層方法冰點槽法計算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法原因熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。（2）冷端溫度補(bǔ)償冰點槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學(xué)實驗中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰水溶液T0冰點槽法（冰浴法）接線圖

1—被測流體管道

2—熱電偶

3—接線盒

4—補(bǔ)償導(dǎo)線

5—銅質(zhì)導(dǎo)線

6—毫伏表

7—冰瓶

8—冰水混合物

9—試管

10—新的冷端

計算修正法用普通室溫計算出參比端實際溫度TH，利用公式計算例用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度T=68℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)例用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機(jī)械零點調(diào)到室溫TH的刻度上,在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值并不是0℃而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。

零點遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。實質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點的辦法，加大某個適當(dāng)?shù)闹刀鴮崿F(xiàn)補(bǔ)償。

用螺絲刀調(diào)節(jié)儀表面板上的“機(jī)械零點”，使指針指到氣溫t0（圖中為40

C）的刻度上。機(jī)械零點指針被預(yù)調(diào)到室溫（40

C

）可補(bǔ)償冷端損失機(jī)械零位調(diào)整法

冷端補(bǔ)償器法利用不平衡電橋產(chǎn)生不平衡電壓補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設(shè)計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。

冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3RT0

UabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時必須重新調(diào)整。冷端補(bǔ)償器法(補(bǔ)償電橋法)國產(chǎn)WBC型冷端溫度補(bǔ)償器的工作原理圖

XT-WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器軟件處理法對于計算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。對于T0經(jīng)常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計算機(jī)，按照運算公式設(shè)計一些程序，便能自動修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號，如果多個熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個冷端溫度傳感器和一個修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對于提高多點巡檢的速度也很有利。2.1.4熱電偶測溫基本電路圖（a）表示了測量某點溫度連接示意圖。圖（b）表示兩個熱電偶并聯(lián)測量兩點平均溫度。圖（c）為兩熱電偶正向串聯(lián)測兩點溫度之和。圖（d）為兩熱電偶反向串聯(lián)測量兩點溫差。

常用的熱電偶測溫電路示意圖熱電偶分度號校驗溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測熱電勢的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測熱電勢的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測熱電勢的±1%2.熱電偶的定期校驗校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗熱電偶裝在同一校驗爐中進(jìn)行對比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗裝置示意圖，最佳校驗方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見下表。工業(yè)熱電偶允許偏差78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗圖

1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測試儀表；8-試管機(jī)械工業(yè)出版社休息一下*任務(wù)2.2熱電阻測溫

2．2．1常用熱電阻2．2．2熱電阻傳感器的測量電路2．2．3熱敏電阻2．2．4熱敏電阻的應(yīng)用

金屬熱電阻傳感器一般稱作熱電阻傳感器，是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。金屬熱電阻的主要材料是鉑和銅。熱電阻廣泛用來測量-220～+850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K（-272℃），高溫可測量至1000℃。2.2熱電阻測溫

熱電阻材料特點（1）高溫度系數(shù)、高電阻率（2）較寬測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)（3）良好的輸出特性（4）良好工藝性2.2.1常用熱電阻其它熱電阻——低溫、超低溫

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。

1.鉑熱電阻的電阻—溫度特性

鉑電阻的特點是測溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。鉑電阻的應(yīng)用范圍為-200～+850℃。鉑電阻的電阻—溫度特性方程，在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)為：

Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]

在0～+850℃的溫度范圍內(nèi)為：

Rt=R0(1+At+Bt2)熱電阻的主要技術(shù)性能

熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號

a）圓片型熱敏電阻b）柱型熱敏電阻c）珠型熱敏電阻d）鎧裝型e）厚膜型f）圖形符號1—熱敏電阻2—玻璃外殼3—引出線4—紫銅外殼5—傳熱安裝孔

薄膜型及普通型鉑熱電阻

薄膜鉑電阻是使用最新的薄膜技術(shù)而制造的溫度傳感器。與其他類型的熱電阻比較，此產(chǎn)品具有適于大批量生產(chǎn)，一致性好，成本低及尺寸小等特點。小型鉑熱電阻

防爆型鉑熱電阻

隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，能把內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引起爆炸。汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”鉑熱電阻分度表

應(yīng)為130.90鉑電阻溫度顯示、變送器可設(shè)定溫度的溫度控制箱

旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開關(guān)

撥碼式設(shè)定開關(guān)2.2.2熱電阻傳感器的測量電路

熱電阻測溫電橋原理熱電阻三線制電橋電路

熱電阻傳感器的測量電路一般使用電橋電路，如左圖所示。由于工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，離控制室較遠(yuǎn)，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大影響。為此，工業(yè)上常采用三線制接法，如右圖所示。1、三線制uA與r=0一樣，導(dǎo)線電阻r對測量無影響平衡：兩線制控制室生產(chǎn)現(xiàn)場指示儀表rrRtr：電橋電源；2r：相鄰臂（1）不受其它條件約束；（2）恒流源I穩(wěn)定。熱電阻應(yīng)用舉例例：測量真空度I恒溫容器被測介質(zhì)玻璃管鉑電阻絲2、四線制電位差計

機(jī)械工業(yè)出版社休息一下2.2.3熱敏電阻

半導(dǎo)體熱敏電阻簡稱熱敏電阻，是一種新型的半導(dǎo)體測溫元件。熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。熱敏電阻可分為三種類型，即：

正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度電阻器（CTR）。熱敏電阻的（Rt—t）特性各種熱敏電阻的特性曲線04080120160200106104102100溫度℃電阻CTRNTCPTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTC臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CTR熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）

貼片式NTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）

MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）非標(biāo)熱敏電阻非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）

非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）

熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻LCD熱敏電阻體溫表

熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法

調(diào)試時，應(yīng)該先調(diào)哪一只電位器，再調(diào)哪一只電位器？如何檢驗表面刻度中其他各點是否準(zhǔn)確？具體步驟如何進(jìn)行？

調(diào)試電橋電路時，必須先調(diào)零，再調(diào)滿度，最后再驗證刻度盤中其他各點的誤差是否在允許的范圍內(nèi)，上述過程稱為標(biāo)定。

具體做法如下：將絕緣的熱敏電阻放入32℃（表頭的零位）的溫水中，待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP1，使指針指在32℃上，再加入熱水，用更高一級的數(shù)字式溫度計監(jiān)測水溫，使其上升到45℃。待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP2，使指針指在45℃上。再加入冷水，逐漸降溫，檢查32℃~45℃范圍內(nèi)刻度的準(zhǔn)確性。如果不正確：①可重新刻度；②在帶微機(jī)的情況下，可用軟件修正。

雖然目前熱敏電阻溫度計均已數(shù)字化，但上述的“調(diào)試”、“標(biāo)定”的概念是作為檢測技術(shù)人員必須掌握的最基本技術(shù)，必須在實踐環(huán)節(jié)反復(fù)訓(xùn)練類似的調(diào)試基本功。NTC熱敏電阻主要用于溫度測量和補(bǔ)償。PTC突變型熱敏電阻主要用作溫度開關(guān)，PTC緩變型熱敏電阻主要用于在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)償或溫度測量。CTR熱敏電阻主要用作溫度開關(guān)。2.2.4熱敏電阻的應(yīng)用1．溫度測量

用于測量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)較簡單，價格較低廉。沒有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方；密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可以忽略，使用時采用二線制即可。2．溫度補(bǔ)償

熱敏電阻可在一定的溫度范圍內(nèi)對某些元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。例如，動圈式儀表表頭中的動圈由銅線繞成，溫度升高，其電阻值增大，引起測量誤差，為此可在動圈回路中串入由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而抵消由于溫度引起的誤差。實際應(yīng)用時，將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元件串聯(lián)，如圖2-19所示。熱敏電阻用于CPU的溫度測量

（參考小熊在線公司資料）例：測流速A——熱敏電阻——平衡電阻電橋平衡電橋失衡

熱敏電阻對晶體管電路的補(bǔ)償熱敏電阻對正溫度系數(shù)電阻的補(bǔ)償3．溫度控制

廣泛用于空調(diào)、冰箱、熱水器、節(jié)能燈等家用電器的測溫、控溫及國防、科技等領(lǐng)域。

1）繼電保護(hù)熱繼電器原理圖例：熱電式繼電器JT正常：Rt較大、BG不導(dǎo)通、

J不吸合T升高：Rt減小、BG導(dǎo)通、

J吸合應(yīng)用：電機(jī)過熱保護(hù)

2）溫度上下限報警

溫度上下限報警電路

圖中Rt為NTC熱敏電阻，采用運算放大器構(gòu)成遲滯電壓比較器，當(dāng)溫度T等于設(shè)定值時，Uab=0，VT1

，VT2都截止。當(dāng)T升高時，Rt減小。Uab＞0，VTl導(dǎo)通，LED1發(fā)光報警；當(dāng)T下降時，Rt增加。Uab＜0，VT2導(dǎo)通，LED2發(fā)光報警。3）電子節(jié)能燈及電子鎮(zhèn)流器預(yù)熱啟動如果節(jié)能燈燈絲未經(jīng)預(yù)熱突加高壓啟動，則將導(dǎo)致燈絲材料嚴(yán)重濺射，使燈管提前發(fā)黑報廢，使用PTC熱敏電阻，在啟動時先預(yù)熱燈絲ls左右，然后再加高壓點亮燈管，能有效地防止燈管兩端發(fā)黑，同時能防止三極管等燈具線路元件受啟動瞬間大電流及高反壓沖擊，使燈具壽命延長10倍以上。熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制

休息一下*任務(wù)2．3集成溫度傳感器測溫

2．3．1工作原理及特點2．3．2常用集成溫度傳感器

2.3.1集成溫度傳感器工作原理及特點

集成（IC）溫度傳感器利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流、電壓與溫度有關(guān)的特性，把溫敏元件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。

目前集成溫度傳感器有模擬型（又分電流輸出型、電壓輸出型）、數(shù)字型和邏輯輸出型IC溫度傳感器。其工作溫度范圍約在-50~+150℃。優(yōu)點：輸出線性好、測量精度高,組件體積小,使用方便,價格便宜,故在測溫技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

電流型IC溫度傳感器的測溫原理，是基于晶體管的PN結(jié)隨溫度變化而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象研制的。眾所周知，晶體管PN結(jié)的這種溫漂，會給電路的調(diào)整帶來極大的麻煩。但是，利用PN結(jié)的溫漂特性來測量溫度，可研制成半導(dǎo)體溫度傳感元件。IC溫度傳感器就是依據(jù)半導(dǎo)體的溫漂特性，經(jīng)過精心設(shè)計而制造出來的集成化線性較好的溫度傳感器件。利用電流I與Tk的正比關(guān)系，通過電流的變化來測量溫度的大小。IC溫度傳感器的測溫原理電流型IC溫度傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯片上,再通過激光修版微加工技術(shù),制造出性能優(yōu)良的測溫傳感器。這種傳感器的輸出電流正比于熱力學(xué)溫度，即1μA/K；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗。其值可達(dá)10MΩ。這為遠(yuǎn)距離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。電壓型IC溫度傳感器是將溫度傳感器基準(zhǔn)電壓、緩沖放大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為10mV／℃；另外,由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力強(qiáng)，故不適合長線傳輸。這類IC溫度傳感器特別適合于工業(yè)現(xiàn)場測量。

電流輸出型集成溫度傳感器原理:對管VT1、VT2作為恒流源負(fù)載，VT3、VT4作為感溫元件，VT3、VT4發(fā)射極面積之比為，此時電流源總電流為：2.3.2常用集成溫度傳感器及其應(yīng)用1．電流輸出型集成溫度傳感器由上式可知，當(dāng)R、為恒定量時，IT與T成線性關(guān)系。若R=358歐，，則電路輸出溫度系數(shù)為。

AD590是電流輸出型集成溫度傳感器的代表產(chǎn)品，工作直流為+4~+30v，輸出阻抗約為l0MΩ，具有良好的互換性，在-55~+150℃范圍內(nèi)精度為±1℃。此外，AD590抗干擾能力強(qiáng)，不受長距離傳輸線壓降的影響，信號的傳輸距離可達(dá)100m以上。AD590的靈敏度為1μA/K，0℃時輸出273μA電流。AD590集成溫度傳感器（a）外形；（b）電路符號；（c）輸出特性溫度控制圖中AD311為比較器，它的輸出控制加熱器電流，調(diào)節(jié)R1可改變比較電壓，從而改變了控制溫度。AD581是穩(wěn)壓器，為AD590提供一個合理的穩(wěn)定電壓。應(yīng)用AD590的簡單溫度控制電路

圖示電路為電壓輸出型集成溫度傳感器。VT1、VT2為差分對管，調(diào)節(jié)電阻R1，可使R1=R2，當(dāng)對管VT1、VT2的值大于等于1時，電路輸出電壓為：2.電壓輸出型集成溫度傳感器由此可得可知R1、R2不變，則U0與T成線性關(guān)系LM35/45系列溫度傳感器（a）內(nèi)部原理圖（b）引腳功能（c）外形封裝（d）攝氏溫度計電路電壓輸出型集成溫度傳感器AN6701S是日本松下公司生產(chǎn)的電壓輸出型集成溫度傳感器，它有四個引腳，三種連線方式：(a)正電源供電，(b)負(fù)電源供電，(c)輸出極性顛倒。電阻RC用來調(diào)整25℃下的輸出電壓，使其等于5V，RC的阻值在3~30kΩ范圍內(nèi)。這時靈敏度可達(dá)109~110mV/℃，在-10~80℃范圍內(nèi)基本誤差不超過±1℃。輸出AN6701(a)1243RC5~15VAN6701輸出(c)10kΩRC31245~15V

-+∞+100kΩ10kΩ100kΩAN6701(b)213輸出4－5~－15VRC美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理。由于每片DS1820含有唯一的串行序列號，所以在一條總線上可掛接任意多個DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或?qū)懭隓S1820的信息，僅需要一根口線（單總線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。

3.數(shù)字輸出型IC溫度傳感器

１、DS1820的特性

單線接口：僅需一根口線與MCU連接；

無需外圍元件；

由總線提供電源；

測溫范圍為-55℃～125℃，精度為0.5℃；

九位溫度讀數(shù)；

A/D變換時間為200ms；

用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報警值，且能夠識別具體報警傳感器。

DS1820123GNDI/OVDD(a)PR—35封裝

DS1820的管腳排列DS182012345678I/OGND(b)SOIC封裝NCNCNCNCVDDNC2、DS1820引腳及功能

GND：地；

VDD：電源電壓

I/O：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳(單線接口，可作寄生供電)

3、DS1820的工作原理

圖為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器等七部分。存儲器控制邏輯64bitROM和單線接口電源檢測溫度傳感器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器8位CRC觸發(fā)器存儲器DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖寄生電源由兩個二極管和寄生電容組成。電源檢測電路用于判定供電方式。寄生電源供電時,電源端接地，器件從總線上獲取電源。在I/O線呈低電平時，改由寄生電容上的電壓繼續(xù)向器件供電。寄生電源兩個優(yōu)點：檢測遠(yuǎn)程溫度時無需本地電源；缺少正常電源時也能讀ROM。若采用外部電源,則通過二極管向器件供電。(1)寄生電源

DS1820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號f。當(dāng)計數(shù)門打開時，DS1820對f0計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補(bǔ)償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號點1位），但因符號位擴(kuò)展成高8位，故以16位補(bǔ)碼形式讀出，表3.4-1給出了DS1820溫度和數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系。溫度/℃輸出的二進(jìn)制碼對應(yīng)的十六進(jìn)制碼+125000000001111101000FAH+2500000000001100100032H+1/200000000000000010001H000000000000000000000H-1/21111111111111111FFFFH-251111111111001110FFCEH-551111111110010010FF92HDS1820溫度與數(shù)字量對應(yīng)關(guān)系表

溫度測量電路斜率累加器計數(shù)器1計數(shù)器2低溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振=0=0預(yù)置溫度寄存器預(yù)置比較停止置位/清零加1(2)溫度測量原理DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)，如圖。64位ROM的結(jié)構(gòu)如下：

開始8位是產(chǎn)品類型的編號（DS1820為10H），接著是每個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS1820可以采用一線進(jìn)行通信的原因。主機(jī)操作ROM的命令有五種，如表所列指

令說

明讀ROM（33H）讀DS1820的序列號匹配ROM（55H）繼讀完64位序列號的一個命令，用于多個DS1820時定位跳過ROM（CCH）此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820搜ROM（F0H）識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準(zhǔn)備報警搜索（ECH）僅溫度越限的器件對此命令作出響應(yīng)(3)64位激光ROM由便箋式RAM和非易失性電擦寫EERAM組成，后者用于存儲TH、TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗后再傳給EERAM。便箋式RAM占9個字節(jié)，包括溫度信息（第1、2字節(jié)）、TH和TL值（3、4字節(jié)）、計數(shù)寄存器（7、8字節(jié)）、CRC（第9字節(jié)）等，第5、6字節(jié)不用。暫存器的命令共6條，見表3.4-3所列。在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值Cs和每度計數(shù)值CD?？紤]到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實際溫度Ts可用下式計算：

Ts=（Tz-0.25℃）+(CD-Cs)/CD(4)高速暫存器

DS1820存貯控制命令指

令說

明溫度轉(zhuǎn)換（44H）啟動在線DS1820做溫度A/D轉(zhuǎn)換讀數(shù)據(jù)（BEH）從高速暫存器讀9bits溫度值和CRC值寫數(shù)據(jù)（4EH）將數(shù)據(jù)寫入高速暫存器的第0和第1字節(jié)中復(fù)制（48H）將高速暫存器中第2和第3字節(jié)復(fù)制到EERAM讀EERAM（B8H）將EERAM內(nèi)容寫入高速暫存器中第2和第3字節(jié)讀電源供電方式（B4H）了解DS1820的供電方式DS1820單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念。因此系統(tǒng)對DS1820的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。DS1820工作工程中的協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令、處理數(shù)據(jù)。４溫度檢測系統(tǒng)原理由于單線數(shù)字溫度傳感器DS1820具有在一條總線