4-温度传感器的温度特性测量及应用详解
温度传感器的特性及应用
1
GND
4 LM358AN 6
Vo
GND
R1
47k
五、注意事项
1. 实验中要小心操作，避免人身和仪器受损。从设计者和使用者的双重角度细心 观察仪器，以利于今后的学习和课题研究、设计任务；
2. 发现异常情况应立即切断电源，并及时报告老师；
3. 标准温度测量可以将万用表调整到温度测量档，并直接读数；
4. 测量时应注意控制温度缓慢增加，并在每个测量点上多停留一些时间，待作为 标准温度测量仪的万用表读数稳定后，再将其切换到电压档，读出相应的电压 值。
2. 假如希望NTC热敏电阻两端的电压与热敏的电阻成 正比，应当如何修改电路。
3. 根据测得的数据计算出测量所用PN结在温度每变化 1C时实际的电压变化值(放大器的增益约为4.7)。
4. 评价和比较PN结与NTC热敏电阻测温电路的特点和 异同。
5. 分析一下两种测温电路的误差来源。 6. 如果要在图2中电路的基础上制作一个0~100C的温
NTC热敏电阻
-
+
IN4148二极管
设备、器件介绍
半导体致冷片
+
侧面
-
正面
三、实验准备
1. 半导体致冷片的连接： （1）稳流：将稳压/稳流电源的一组电源调节到稳流输出状态，并使之处 于电流最小的位置。然后关闭电源； （2）极性：将半导体致冷片二根引线中的红色线接稳压电源的正极，黑 色线接负极； （3）试验：经检查无误后，开启稳压/稳流电源，并缓慢调节输出电流至 100mA左右，用手接触半导体致冷片的两面(冷端和热端)，体验致冷片两 面的温差，并据此确认致冷片冷端和热端。调节稳压/稳流电源的输出电 流(最大允许到2A)，感觉温差的变化； （4）复位：减小稳压/稳流电源的输出电流至0，切断电源，让致冷片恢 复常温，准备后面的实验。
实验1.4温度传感器温度特性的测量[1]
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智能型致冷/加热温度控制仪
1
直流稳压稳流电源
1
数字万用表
1
LCR Meter
1
温度传感器
8
导线
若干
[ 原理概述 ] 温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。常用的温度
传感器的类型、测温范围和特点请翻阅教材的§6.2 节-温度计。本实验将通过测量几种
常用的温度传感器的特征物理量随温度的变化，来学习这些传感器的工作原理。
实验 1.4 温度传感器温度特性的测量
2. 数据处理 （1）作 Cu50 的 RCu ~t(℃)关系曲线并拟合求出电阻温度系数 A。要求写出最小二 乘法拟合的中间过程，而不是用数据处理软件直接得出结果。
中山大学理工学院物理实验教学中心编制
Page学《基础物理实验（I）》课程报告模板
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3． 传感器测量设备
实验 1.4 温度传感器温度特性的测量
图 1.4. 5 JK-31 型直流稳压稳流电源
图 1.4. 6 DM3051 型数字万用表
图 1.4. 7 TH2811D 型 LCR Meter 直流稳压稳流电源提供了三组电源，一个是 0-30V 连续可调的稳压电源，一个是 0-250mA 连续 可调的稳流电源，第三个为集成电路工作电源，输出电压为±(3.3,5,8,12,15)V。DM3051 数字万用表 的使用方法请查阅教材的第 4-15 页，TH2811D 型 LCR Meter 的使用方法请查阅第 4-24 页。
EX =f (t) f (t0 )
（5）
EX 仅与两种导体的材料和两接点处的温度有关，而与导体的粗细、长短及两种导体的
接触面积无关。 EX 和两接点的温度差 t (t t0 ) 一般是非线性的，但温差不大时，可
大学物理实验集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告
大学物理实验,集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告标题：大学物理实验：集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告一、实验目的本实验旨在通过大学物理实验的方法，研究和理解集成电路温度传感器的特性和应用。
我们会对温度传感器进行基本特性的测量，如灵敏度、线性度、迟滞等，并探讨其在现实生活中的应用。
二、实验原理集成电路温度传感器是一种将温度变化转化为电信号的装置。
其基本原理是热电效应，即不同材料之间的温度差异会导致电荷的转移。
这种电荷的转移可以用来测量温度。
一般来说，温度传感器都具有较好的线性，使得输出的电信号与温度变化成正比。
三、实验步骤与数据记录1.准备器材：本实验需要用到数字万用表、恒温水槽、冰水混合物、热水、温度传感器、数据记录本等。
2.连接传感器：将温度传感器正确地连接到数字万用表上。
3.设定恒温水槽温度：首先设定恒温水槽的温度，分别为0℃、25℃、50℃、75℃、100℃。
4.测量并记录数据：在每个设定的温度下，用数字万用表记录下温度传感器的输出电压，共进行五次测量求平均值。
实验数据如下表：根据实验数据，我们发现温度传感器输出电压与温度之间存在明显的线性关系。
通过线性拟合，我们可以得到输出电压与温度之间的数学关系。
灵敏度是衡量传感器对温度变化响应能力的一个重要指标。
我们可以通过求出斜率来计算灵敏度。
计算结果表明，我们的温度传感器在25℃时的灵敏度为25mV/℃。
迟滞是反映传感器在正向和反向温度变化时响应差异的另一个重要指标。
在本实验中，我们对恒温水槽进行了五次先加热再冷却的操作，以测量迟滞。
我们发现，在±10℃的范围内，传感器的迟滞小于±1mV。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：该集成电路温度传感器具有良好的线性、高灵敏度和低迟滞。
这些特性使得它非常适合用于各种需要精确测量温度的场合，如医疗、工业生产、科研等。
五、实验应用与感想通过本次实验，我们深入理解了集成电路温度传感器的特性和工作原理，并学会了如何使用物理实验方法对其进行研究。
温度传感器特性研究报告--实验报告
城市学院
物理实验报告
物理实验室制
请认真填写
3
12t R R R R =
，因为R1=R2，所以R3=Rt ，Rt 即为铂电阻。
Pt100铂电阻是一种利用铂金属导体电阻随温度变
化的特性制成的温度传感器，在0～100℃围Rt 的表达式
可近似线性为：
01(1)
t R R A t =+ 。
二、恒流源法测NTC 热敏电阻温度特性
恒流源法电路原理图如图，根据串联电路原理
11R Rt
O Rt t U U R I U R =
=，Rt 即为热敏电阻。
热敏电阻是利用半导体电阻阻值随温度变化的特性来测量温度的，在一定的温度围〔小于450℃〕热敏电阻的电阻Rt 与温度T 之间有如下关系：
)11(
00
T T B T e
R R -=
三、PN 结温度传感器特性
PN 结温度传感器实验电路如图，PN 结的正向电压U 和温度t 近似满足以下线性关系
U=Kt+Ugo 式中Ugo 为半导体材料参数，K 为PN 结的结电压温度系数。
请认真填写
请在两周完成，交教师批阅
附录。
4线温度传感器 测量原理
4线温度传感器测量原理摘要：一、概述：温度传感器与温控开关的区别二、4线温度传感器的原理与测量1.温度传感器的分类与工作原理2.4线温度传感器的组成与特点3.4线温度传感器的测量原理与应用三、常见温度传感器的优缺点及选择四、温度传感器在实际应用中的案例解析正文：一、概述：温度传感器与温控开关的区别温度传感器和温控开关在功能和原理上有所不同。
温度传感器主要是用来测量物体的温度，并将温度信号转换为可供电子设备读取的电信号。
而温控开关则是根据预设的温度阈值，对被控设备进行开关控制，以实现温度调节的目的。
二、4线温度传感器的原理与测量1.温度传感器的分类与工作原理温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器等。
热电偶传感器：由两种不同材料的导线组成，当两端温度不同时，会产生热电势差。
热敏电阻传感器：随着温度的升高，热敏电阻的电阻值会明显变化。
RTD传感器：RTD传感器是一种线性输出的温度传感器，电阻值与温度成正比。
IC温度传感器：采用硅工艺生产，具有精确的与温度相关的输出特性。
2.4线温度传感器的组成与特点4线温度传感器是一种常见的温度测量设备，它由两根电源线和两根信号线组成。
其中，两根电源线为传感器供电，两根信号线用于传输传感器输出的信号。
相比其他类型的温度传感器，4线温度传感器具有更高的精度和稳定性。
3.4线温度传感器的测量原理与应用4线温度传感器的测量原理主要是利用物质各种物理性质随温度变化的规律，将温度转换为电信号。
在4线温度传感器中，常见的传感器材料有铂电阻、热电偶等。
传感器输出的电信号为模拟信号，通常为4-20mA或1-5V 等，可以方便地连接到电子设备进行信号处理和显示。
三、常见温度传感器的优缺点及选择不同类型的温度传感器各有优缺点，应根据实际应用场景和需求进行选择。
温度传感器特点及使用场合
温度传感器特点及使用场合温度传感器是一种广泛应用于工业、医疗、农业等领域的传感器。
它能够感知周围环境的温度，并将温度转化为电信号输出，从而实现对环境温度的监测和控制。
本文将从温度传感器的特点和使用场合两个方面进行详细介绍。
一、温度传感器的特点1.高精度温度传感器具有较高的精度，能够准确地测量环境中的温度变化。
这种高精度使得它在许多应用场合中都能发挥重要作用，比如在医疗设备中需要对体温进行精确测量时，就需要使用高精度的温度传感器。
2.灵敏快速温度传感器具有灵敏快速的特点，能够迅速地反应环境中的温度变化。
这种特性使得它在许多需要实时监测和控制环境温度的场合中得到广泛应用，比如在工业生产过程中需要对物料或设备进行实时监测和控制时，就需要使用灵敏快速的温度传感器。
3.稳定可靠温度传感器具有稳定可靠的特点，能够长期稳定地工作，不受环境影响。
这种稳定可靠性使得它在许多重要的应用场合中得到广泛应用，比如在航空航天、国防和医疗等领域，需要对关键设备或系统进行长期稳定监测时，就需要使用稳定可靠的温度传感器。
4.多种类型温度传感器有多种类型，包括热电偶、热敏电阻、红外线测温等。
每种类型的传感器都有其独特的优点和适用范围。
比如热电偶具有较高的灵敏度和响应速度，适用于高温环境下的测量；而热敏电阻则具有较高的精度和稳定性，适用于低温环境下的测量。
二、温度传感器的使用场合1.工业生产在工业生产过程中，需要对物料或设备进行实时监测和控制。
其中包括对环境温度进行监测和控制。
比如在钢铁生产过程中需要对高炉内部温度进行实时监测和控制，以确保生产过程的稳定和安全；在电子产品生产过程中需要对设备温度进行实时监测和控制，以确保产品质量。
2.医疗设备在医疗设备中，需要对患者的体温进行精确测量。
比如在手术室中需要对患者体温进行实时监测，以确保手术过程的安全和顺利；在ICU 中需要对患者体温进行长期稳定监测，以及时发现并处理患者病情变化。
3.农业生产在农业生产中，需要对环境温度进行监测和控制。
温度传感器原理及其应用
温度传感器原理及其应用1.热敏电阻原理（RTD）：热敏电阻是一种电阻，其电阻值随温度变化而变化。
常见的热敏电阻有铂电阻和镍电阻。
根据电阻值的变化，可以计算出物体的温度。
2. 热电偶原理（Thermocouple）：热电偶是由不同金属材料组成的两根导线，当两根导线的连接处存在温差时，会产生一个电动势。
通过测量电动势的大小，可以计算出温度。
3. 热电阻原理（Thermistor）：热电阻是一种温度敏感材料，由于材料的特性，电阻值会随温度的变化而变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出温度。
4.红外线传感器原理：红外线传感器利用物体发射的红外辐射来测量温度。
物体温度越高，发射的红外线辐射越强。
红外线传感器通过测量红外线的强度来计算出温度。
1.工业领域：温度传感器在工业过程中起着重要的作用，可以监测机器设备的温度变化，以及生产线上的温度控制。
例如，在石化工业中，温度传感器可以用于监测反应器的温度，确保反应过程的安全和有效进行。
2.环境监测：温度传感器也被广泛应用于环境监测中，例如天气预报、气象学研究等。
通过测量室内外的温度，可以提供准确的气候信息，对农业、气象预测等方面具有重要意义。
3.家电领域：温度传感器也应用于各种家电设备中，例如空调、冰箱、洗衣机等。
通过监测室内温度和物品的温度，可以自动调节设备的工作模式，提高能耗效率。
4.医疗行业：温度传感器在医疗设备中也有广泛应用，例如体温计、病房温度监测等。
通过监测人体温度，可以及时发现疾病或感染，并进行相应的治疗。
总之，温度传感器是一种能够测量物体温度的设备，其原理多样化，应用场景广泛。
通过准确测量温度，可以实现温度控制、环境监测、能耗优化等目的，为人们的生活和生产提供了实质性的帮助。
温度传感器及应用
加热。
感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体 吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性， 不能被磁体吸引了。注意：这个温度在物理学中称为 该材料的“居里温度”或“居里点”。
现象：当用电烙铁给铁氧体加热时，经过一段时间，铁 氧体就会失去磁性,两者分离。
3 温度传感器在汽车上的应用
• • • • • • • 发动机冷却水温传感器 水（油）温表用热电阻传感器 车内、外空气温度传感器 发动机进气温度传感器 空调蒸发器出风口传感器 发动机排气温度传感器 ……
MF58 型热敏电阻
其他形式的热敏电阻
带安装孔的热敏电阻
大功率PTC热敏电阻
其他形式的热敏电阻（续）
贴片式NTC 热敏电阻
其他形式的热敏电阻（续）
MF58型（珠形）高精度 负温度系数热敏电阻
MF5A-3型热敏电阻
非标热敏电阻
非标热敏电阻（续）
非标热敏电阻（续）
薄膜型及普通型铂热电阻
薄膜铂电阻是使用最新的薄膜 技术而制造的温度传感器。与 其他类型的热电阻比较，此产 品具有适于大批量生产，一致 性好，成本低及尺寸小等特点。
一、冷却液温度传感器的应用与检测
1.冷却液温度传感器的功用 功用：检测发动机冷却液温度，并将其温度信号输入 ECU，为修正喷油量及喷油时刻提供准确依据 安装：安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器内并伸 入水 套中。
二、进气温度传感器的应用与检测 1.传感器的结构
绝缘套 外壳
热敏电阻
铜垫圈
防水插座
1.2 热电偶传感器
热电偶在温度的测量中应用十分广泛。 它构造简单，使用方便，测温范围宽，并且 有较高的精确度和稳定性。 1.2.1 热电偶测温原理 1.热电效应 两种不同材料的导体组成一个闭合回路 时，若两接点温度不同，则在该回路中会产 生电动势。这种现象称为热电效应，该电动 势称为热电势。
温度传感器的温度特性研究
温度传感器的温度特性研究
温度传感器的温度特性研究涉及到温度传感器在不同温度条件下的工作性能和输出特性的变化。
这类研究通常包括以下方面：
1. 精度和准确性：研究温度传感器在不同温度范围内的测量精度和准确性，以了解其在不同温度条件下的误差和偏差。
2. 线性性：研究温度传感器输出信号与温度之间的线性关系，确定其在不同温度范围内是否能够提供稳定的线性输出。
3. 灵敏度和响应时间：研究温度传感器对温度变化的敏感程度和响应时间，以评估其对快速温度变化的适应性和实时性。
4. 稳定性和长期稳定性：研究温度传感器在长期使用中的稳定性和性能变化情况，以确定其在实际应用中的可靠性和持久性。
5. 温度补偿和校准：研究温度传感器的温度补偿算法和校准方法，以优化其在不同温度环境下的测量精度和稳定性。
温度传感器的温度特性研究可以通过实验室测试和仿真模拟等方法进行。
研究的结果可以用于指导温度传感器的设计、制造和应用，以满足不同行业和领域对温度监测和控制的需求。
温度传感器的功能和特点
温度传感器的功能和特点温度传感器是一种广泛应用于各种领域的传感器。
它可以测量周围环境的温度，将其转换为电信号输出，从而实现对温度的监测和控制。
在本篇文章中，我们将介绍温度传感器的功能和特点。
温度传感器的功能温度传感器主要用于以下几种应用：1.温度监测：温度传感器可以测量周围环境的温度，并将其转换为数字信号或模拟信号输出。
这些信号可以被计算机、控制器、显示器等设备接收和处理，以实现对温度的监测。
2.温度控制：通过控制器，温度传感器可以实现对环境的温度控制。
一些应用如空调、冰箱等，利用温度传感器来调整室内温度，从而提高生活质量。
3.安全监测：有些温度传感器可以在温度超过设定范围后触发报警或关闭设备，以保护应用的安全性。
食品行业、医疗领域等对这种特性有着较高的要求，以保证食品、药品的安全。
温度传感器的特点1.精度高：温度传感器的测量精度非常高，可以高达0.01度以上。
这种高精度保证了温度控制的可靠性和准确性。
例如汽车发动机温度检测，需要使用精度较高的温度传感器进行测量，否则检测结果会对发动机的性能产生影响。
2.应用广泛：温度传感器的应用范围非常广泛，如空调、热水器、冰箱、食品、医疗、金属加工等等。
这种应用广泛性使得温度传感器成为企业优选的控制设备。
3.稳定性好：温度传感器具有较高的稳定性。
在测量温度过程中，由于温度短时变化或不同位置温度存在的区别，容易产生干扰，从而导致测量值不稳定。
因此由于其特性，温度传感器具有较好的抗干扰能力和稳定性（即其基础值随着时间轴上的变化微乎其微）。
4.反应速度快：温度传感器反应速度非常快，可以及时检测到环境温度的变化，并及时输出信号。
这种特性能够满足一些快速变化的环境温度测量及控制的需求。
总体来说，温度传感器是一项非常重要的技术成果，目前在工业、农业、医疗等领域都有广泛应用。
提高温度传感器的稳定性、精度和反应速度，对于提升其应用范围和性能具有重要的作用，也是制造业应该重视的一环。
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Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 )
Rt、R0 分别为铂电阻在温度 t、0℃ 时的电阻值
A~ 10-3, B~ 10-7, C~10-12 为 温度系数
3. Pt100铂电阻温度传感器
对于常用的工业铂电阻 在 0～100℃ 范围内 Rt 的表达式 可近似线性为 Rt = R0 ( 1 + A1t ) Pt100 铂电阻的阻值 0℃ 时 Rt =100 Ω
UR1 URt
R1 I0
Rt
Rt 为热电阻
UR1为 R1上的电压
用于监测电路的电流
Urt 为 Rt 上的电压
U R t R1U Rt Rt I0 U R1
当电路电流为 I0 , 温度为 t 时，热电阻Rt 为
2. 直流电桥法测量热电阻
直流平衡电桥（惠斯通电桥）的电路如 图2 所示
0 时， Ro 为 100Ω 或 10Ω，称为 Pt100 铂电阻或 Pt10 铂电阻 铂电阻的阻值与温度之间的关系：
当温度 t 在 -200 ～ 0℃ 之间时 Rt = R0 [ 1 + At + Bt2 + C ( t - 100C ) t3 ] 当温度 在 0 ～ 650℃ 之间时
实验原理
1. 恒电流法测量热电阻
2. 直流电桥法测量热电阻
3. Pt100 铂电阻温度传感器
4. 热敏电阻 ( NTC1K ) 温度传感器
5. PN 结温度传感器 6. 电流型集成温度传感器（AD590） 7. 电压型集成温度传感器（LM35）
1. 恒电流法测量热电阻
电路如 图1 所示 电源采用恒流源 R1为已知数值的固定电阻
1. 学 习 用 恒 电 流 法 测 量 热 电 阻 2. 学 习 用 直 流 电 桥 法 测 量 热 电 阻 3. 测 量 铂 电 阻 温 度 传 感 器 (Pt100) 的 温 度 特 性 4. 测量热敏电阻（负温度系数）温度传感器 NTC1K 的 温 度 特 性 5. 测 量 PN 结 温 度 传 感 器 的 温 度 特 性 6. 测量电流型集成温度传感器（AD590）的温度特性 7. 测量电压型集成温度传感器（LM35）的温度特性
特
点
准确度高、测量范围大
热 电 阻
热 电 偶
电阻率大、温度系数大、线性差、 一致性差 用于高温测量、低温测量两大类、 必须有恒温参考点（如冰点）
铂铑-铂铑（B） 镍铬-镍硅（K） 镍铬-康铜（E） 铁-康铜 （J） PN 结温度传感器 IC 温度传感器
其 它
体积小、灵敏度高、线性好、一 致性差 线性度好、一致性好
物理实验设计与应用
（高中）
朱炯明
上海师范大学 数理信息学院
物理实验设计与应用
三 非线性元件伏安特性测量及发光二极管应用 四 温度传感器的温度特性测量及应用 五 光敏传感器的光电特性测量及应用
温度传感器的温度特性测量及应用
目的要求 实验仪器 实验原理 实验内容 思考题 附录
目的要求
R1 R3 R2 Rt
R1 Rt R3 R2
3. Pt100铂电阻温度传感器
Pt100 铂电阻是一种利用铂金属导体电阻随温度变化 的特性制成的温度传感器
铂的物理、化学性能极稳定，抗氧化能力强 复制性好，易工业化生产 电阻率较高
可用于工业检测中的精密测温和温度标准 缺点：价格昂贵，温度系数偏小，受磁场影响较大 按 IEC标准，铂电阻的测温范围为 -200——650℃
实验仪器
FD-TTT-A 温度传感器温度特性实验仪 的组成：
高准确度控温恒温加热系统
恒流源
直流电桥
Pt100 铂电阻温度传感器 NTC1K 热敏电阻温度传感器 PN 结温度传感器
电流型集成温度传感器 AD590
电压型集成温度传感器 LM35 数字电压表 实验插接线 等
实验原理
直流平衡电桥
把四个电阻 R1, R2, R3, Rt 连成一个四边形回路
ABCD
每条边称作电桥的一个 “桥臂”
在对角接点 A、C 之间连入直流电源 E
在对角接点 B、D 之间连入平衡指示仪表 B、D 两点的对角线形成一条 “桥路”
直流平衡电桥
当 B、D 两点电位相等时，桥路中无电流通过，指 示 器 示 值 为 零 ， 电 桥 达 到 平 衡 UAB =UAD , UBC = UDC 电流 Ig =0, 流过电阻 R1、R3 的电流相等，I1 = I3 同理 又 ∵ 因此 I2 = IRt I1R1 = I2R2 IRtRt = I3R3
A1 温度系数，近似为 3.85×10-³ /℃
100℃ 时
Rt =138.5 Ω
4. 热敏电阻(NTC1K)温度传感器
热敏电阻是利用半导体电阻阻值随温度变化的特性 来测量温度的
电阻阻值随温度升高而减小，NTC型 (负温度系数) 电阻阻值随温度升高而增大，PTC型 (正温度系数) CTC 型 ( 临 界 温 度 ) 以 上 三 种 热 敏 电 阻 特 性 曲 线 见 图 3
B( ) T T0
Rt、R0 是温度为 T(K), T0 (K) 时的电阻值 B为 2000～6000K
“温度”是一个重要的热学物理量
和我们的生活环境密切相关
对实验及生产的结果至关重要
温度传感器应用广泛
温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温 度相关的特性制成的
常用的温度传感器的类型、测温范围和特点见表 1
类 型
传感器 铂电阻 铜电阻 镍电阻 半导体热敏电阻 铂铑-铂 （S）
测温范围/℃ -200——650 -50——150 -60——180 -50——150 0——1300 0——1600 0——1000 -200——750 -40——600 -50——150 -50——150
图3
4. 热敏电阻(NTC1K)温度传感器
热敏电阻电阻率大，温度系数大
但其非线大，置换性差，稳定性差
通常只适用于一般要求不高的温度测量
在一定的温度范围内（小于 450℃）热敏电阻的 电 阻 Rt 与 温 度 T 之 间 有 如 下 关 系 1 1
RT R0e
B 是热敏电阻材料常数，一般情况下