温度测量是现代化科研和生产的基础手段之一，能否精确控制整个实验或生产过程的温度，是决定成败的关键。而温度记录仪最前端的温度传感器是测量的基础。测试工程师必须熟悉常用温度传感器的特性和使用方法，才能准确高效地得到测量结果。本文就目前测试行业常用的4种接触式温度传感器的一些特性和使用方法做一些介绍。

1 热电偶

当不同材料的均质金属两端存在温度差时，利用塞贝克效应在金属两端之间产生的电势差测温，由于其成本低廉、安装方便，被广泛应用于各领域。

2 热电阻

电阻值随温度变化的金属传感器。热电阻的材质包括铂、镍、铜等。和热电偶相比有更高的抗干扰性和精度。

3 热敏电阻

阻值随温度变化的半导体传感器。常用具有负温度特性的NTC热敏电阻，其温度特性波动小，对温度变化响应快。

4 半导体(晶体管、二极管)

利用晶体管和二极管温度特性的传感器。可以用简单的电路实现，通常将其作为冷端补偿回路使用。

本文主要就较常用的热电偶和热电阻的一些特性和使用方法做一些介绍。

一、热电偶

1.热电偶回路的基本法则

（1）均质回路法则

如果热电偶回路的A、B材质均匀，即使对回路中T2、T3局部加热，也不会对测温的结果产生影响，因为它只取决于两端接点的温度T1和T0。

相反，如果A、B材质不均匀，尤其是存在温度梯度，则局部加热会对整个回路的热电势产生影响，引起测量误差。如图1所示。

图1 均质回路法则

（2）中间温度法则

如果V1和V2是同类型的热电偶，T1到T2段之间的热电势为V1,T2到T0段之间的热电势为V2，则T1到T0段之间的热电势为：

VAB=V1+V2

其中V1为中间温度的热电势。如图2所示。

图2 中间温度法则

（3）中间金属法则

如果热电偶回路的A、B材质均匀，即使将第三种金属C插入回路中，只要T2和T3温度相等，也不会对测温的结果产生影响，因为它只取决于两端接点的温度T1和T0。如图3所示。

图3 中间金属法则

2.冷端补偿方式

一般用热电偶测温，可直接连接记录仪，并将记录仪补偿方式设置为内部补偿。如图4。但对于一些测温精度要求很高的客户，记录仪内置的冷端补偿传感器精度仍无法满足要求时，就需要使用外部冷端补偿的方法。具体方法是热电偶测温点一端接在被测物上，另一端连接零度恒温器，而零度恒温器和记录仪之间是普通导线连接。注意此时应将记录仪补偿方式设置为外部补偿。原理图如图5所示。

图4 内部补偿

图5 外部补偿

3.补偿导线的选取

当被测物体远离记录仪时，从成本角度出发，一般可以考虑使用补偿导线连接热电偶和记录仪。补偿导线的选取必须和热电偶种类及其热电特性相吻合。例如K型热电偶就应该选择K型偶的补偿导线。各国的标准不同，补偿导线绝缘套的颜色也不尽相同。图6是各国补偿导线外层颜色的示意图。

图6 补偿导线外层颜色

值得注意的是，补偿导线通常工作温度为-20℃~100℃，宽范围量程最高不超过200℃，因此使用时需注意工作环境温度不要超量程。

二、热电阻

1.热电阻的接线方式

测量热电阻的阻值变化，可以利用电桥阻抗测量法或用恒流源电位差法通过测量电压变化间接测量阻值变化。横河记录仪测量热电阻阻值变化的方式为恒流源电位差法。测量电阻时，有三种接线方式，如下图7、8、9所示。

2线制：由于导线阻抗无法抵消，因此只能尽量降低导线阻抗或事先知道导线阻值予以减除，否则会产生一定误差。除了用于高阻抗场合，一般很少使用。

图7 2线制接线方式

3线制：可以消除连接导线电阻引起的测量误差，是最常用的接线方法。但是需注意长距离传送会对三条阻抗导线的精度产生不利影响，应予以避免。

图8  3线制接线方式

4线制：导线阻抗对测量精度几乎不会产生影响，因此多用于高精度测量。

图9   4线制接线方式

需要注意的是，横河记录仪3线制的热电阻不能接在4线制模块上，而4线制的热电阻可以接在3线制模块上，只需把一根接线悬空即可。

2.热电阻的自加热现象

用热电阻作为感温元件，电流流经热电阻会使其本体产生热量，这种现象称为自加热现象。自加热量会根据温度传感器的形状、结构、被测物的物理特性等有较大差异。每个热电阻生产厂家都会对测量电流值和相应的自发热量有规定，需要特别注意。

关键词:温度测量 传感器 横河测试测量

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来 源：横河测试测量

编辑：马致远

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