1、溫度傳感器的原理及應用

溫度傳感器的原理及應用

溫度傳感器的原理及應用，溫度與我們的生活是息息相關的，它是反應物體冷熱狀態(tài)的參數(shù)，而溫度傳感器作為監(jiān)測溫度的重要手段之一，為人民的生活帶來了極大的方便，下面來了解溫度傳感器的原理及應用。

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溫度傳感器工作原理：

作為傳感器無非是把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。對于轉(zhuǎn)換形式來說有兩類：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。

無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能，傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。

對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學性質(zhì)的。按照其工作原理，它將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標示，這樣傳感器的工作就結束了。

溫度傳感器應用：

在科技發(fā)展日新月異的今天，電子溫度傳感器由于其對于安全保障的重要作用，已經(jīng)被廣泛應用于如生物制藥、無菌室、潔凈廠房、電信、銀行、圖書館、檔案館、文物館、智能樓宇等各行各業(yè)需要溫度監(jiān)測的場所和領域。而最為廣泛的邊是計算機機房，下面就以計算機機房為例講解電子溫度傳感器在機房中的應用

擔當信息處理與交換重任的機房是整個信息網(wǎng)絡工程的數(shù)據(jù)傳輸中心、數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)交換中心。為保證機房設備正常運行及工作人員有一個良好的工作環(huán)境，對機房溫濕度的監(jiān)測是必不可少的，合理正常的溫濕度環(huán)境是機房設備正常運行的重要保障。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展和計算機系統(tǒng)的廣泛使用，機房環(huán)境必須滿足計算機設備對溫度、濕度等技術要求。

機房的溫度和濕度作為計算機設備正常運行的必要條件，我們必須在機房的合理位置安裝溫度傳感器，以實現(xiàn)對溫度、濕度進行24小時實時監(jiān)測，并能在中控室的監(jiān)測主機上實時顯示各個位置的溫度測量值。

溫度傳感器的原理及應用2

1、溫度傳感器

許多人可能聽過溫度傳感器，知道它是測量溫度的，但具體的定義并不清楚。溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。

溫度傳感器品種繁多，主要分為四類，分別是熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、電阻溫度檢測器以及IC溫度傳感器，其中IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種。溫度的測量及控制對提高工作效率、保證生產(chǎn)品質(zhì)以及促進經(jīng)濟發(fā)展有著至關重要的作用。

由于溫度傳感器是通過感知物體隨溫度變化而某種特性發(fā)生變化測得的，因而能當作溫度傳感器的材料有很多，如電阻的阻值可以隨著溫度的變化而變化，物質(zhì)的熱脹冷縮等，因而隨著科技的發(fā)展，越來越多的溫度傳感器會不斷出現(xiàn)在人們的身邊。下面我們主要介紹四大類溫度傳感器。

2、熱電偶傳感器

兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶，熱電勢EAB(T，T0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢與兩種導體或半導體的性質(zhì)及在接觸點的溫度有關。

熱電偶測溫度的基本原理是當有兩種不同的導體和半導體A和B組成一個回路，其相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端，另一端溫度為TO，稱為自由端，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關系可以求得溫度。

熱電偶傳感器裝配簡單，更換方便，是壓簧式感溫元件，抗震性好。它的測量范圍大，一般是-200℃~1300℃，特殊情況下最低測量溫度可達-270℃，最高測量溫度達2800℃。除此之外，熱電偶傳感器機械強度高，耐壓性好，制作工藝簡單，價格便宜，在許多領域都能見識到它的身影。

根據(jù)熱電偶傳感器的特性要求熱電偶的材料溫度測量范圍廣，溫度線性度好，測量準確度高，輸出熱電動勢大，熱電性能穩(wěn)定，物理化學性能好，不蒸發(fā)抗氧化等等。我國標準的熱電偶有六種，分別是銅-康銅，鎳鉻-考銅，鎳鉻-鎳硅，鎳鉻-鎳鋁，鉑銠10-鉑，鉑銠30-鉑銠6。

3、熱敏電阻傳感器

熱敏電阻是敏感元件的一類，熱敏電阻的電阻值會隨著溫度的變化而改變，與一般的`固定電阻不同，屬于可變電阻的一類，廣泛應用于各種電子元器件中。不同于電阻溫度計使用純金屬，在熱敏電阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物。

正溫度系數(shù)熱敏電阻器在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。熱敏電阻通常在有限的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)較高的精度，通常是-90℃130℃。

圖2 熱敏電阻傳感器

熱敏電阻的主要特點是靈敏度高，電阻溫度系數(shù)比金屬大十倍以上，工作范圍廣，目前最高能測2000℃，最低能測-273℃。且熱敏電阻體積小，使用方便，易加工成復雜形狀，可大批量生產(chǎn)。

4、電阻溫度檢測器

一種物質(zhì)材料作成的電阻,它會隨溫度的上升而改變電阻值,如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數(shù),如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負電阻系數(shù)。

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

電阻式溫度檢測器是最準確的溫度傳感器之一，它不僅提供良好的精度，也提供了出色的穩(wěn)定性和可重復性。大多OMEGA的標準電阻溫度檢測器都符合DIN-IEC B類標準。除此之外，電阻溫度檢測器還相對防止電氣噪聲，因此非常適合在工業(yè)環(huán)境中的溫度測量，特別是在電動機和發(fā)電機及其他高壓設備的周圍使用。

5、IC溫度傳感器

模擬溫度傳感器

圖4 模擬溫度傳感器

常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型等。AD590是電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍是3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。

當在電路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為輸出電壓注意R的阻值不能取太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達20MΩ，所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。

數(shù)字式溫度傳感器

輸出為占空比的數(shù)字溫度傳感器采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用PTAT結構，這種半導體結構具有精確的，與溫度相關的良好輸出特性。PTAT的輸出通過占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號，占空比與溫度的關系如下式：DC=0、32+0、0047*t，t為攝氏度。

輸出數(shù)字信號故與微處理器MCU兼容，通過處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信號的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于0、005K。測量溫度范圍-45到130℃，故廣泛被用于高精度場合。

圖5 數(shù)字式溫度傳感器

若是采用數(shù)字式接口的溫度傳感器，則可通過單線和微處理器進行溫度數(shù)據(jù)的傳送，輸出的方波信號具有正比于絕對溫度的周期，利用微處理器內(nèi)部的計數(shù)器測出周期后就可計算出溫度。

可多點檢測、直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器一般在芯片上分別設置了一個振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器和一個溫度系數(shù)較小的振蕩器。

在溫度較低時，由于溫度系數(shù)較小的振蕩器開門時間較短，因此溫度測量值較小，當溫度較高時，其計數(shù)值增大，上述計數(shù)值基礎上再加上一個同實際溫度差的校正數(shù)據(jù)構成了精密的數(shù)字式溫度傳感器。

6、溫度傳感器的應用

在汽車領域中的應用---車用傳感器是汽車電子設備的重要組成部分，它們擔負著信息收集的任務。在汽車電噴發(fā)動機系統(tǒng)、自動空調(diào)系統(tǒng)中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。發(fā)動機熱狀態(tài)的測量、氣體和液體溫度的測量都需要用到溫度傳感器。試想一下，在一個炎熱的夏天，你坐著一輛沒有空調(diào)的車去往你的目的地，這是一件多么恐怖的事。因此，車用溫度傳感器必不可少。

在家用電器中的應用---溫度傳感器廣泛應用于家用電器，如微波爐、空調(diào)、油煙機、吹風機、烤面包機、電磁爐、炒鍋、冰箱、熱水器、飲水機、洗衣機等等。

在醫(yī)藥方面的應用---現(xiàn)如今，諸多藥品的研發(fā)與生產(chǎn)也開始對溫度有了要求，如何保證藥品在研發(fā)到運輸?shù)酱鎯蚴秤眠@幾個階段內(nèi)依舊安全有效，醫(yī)藥鏈溫度監(jiān)測是重中之重。有效使用溫度傳感器，病人患者的生命安全得到保障。

7、 總結

溫度傳感器種類數(shù)量繁多，功能強大，已經(jīng)深深的影響并改變了人們的生活。相信隨著科學技術的發(fā)展，功能越來越強大且完善的溫度傳感器會使人們的生活水平越來越高，會給人們帶來越來越多的便利，也會給人們的生命安全帶來更多的保障。

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熱敏電阻器

用來測量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負溫度系數(shù)(NTC)，也就是說溫度下降時它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時電阻的變化)最高，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。

表1是一個典型的NTC熱敏電阻器性能參數(shù)。

這些數(shù)據(jù)是對Vishay-Dale熱敏電阻進行量測得到的，但它也代表了NTC熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個比率形式給出(R/R25)，該比率表示當前溫度下的阻值與25℃時的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻/溫度曲線。

以表1中的熱敏電阻系列為例，25℃時阻值為10KΩ的電阻，在0℃時電阻為28.1KΩ，60℃時電阻為4.086KΩ;與此類似，25℃時電阻為5KΩ的熱敏電阻在0℃時電阻則為 14.050KΩ。

圖1是熱敏電阻的溫度曲線，可以看到電阻/溫度曲線是非線性的。

雖然這里的熱敏電阻數(shù)據(jù)以10℃為增量，但有些熱敏電阻可以以5℃甚至1℃為增量。如果想要知道兩點之間某一溫度下的阻值，可以用這個曲線來估計，也可以直接計算出電阻值，計算公式如下：

這里T指開氏絕對溫度，A、B、C、D是常數(shù)，根據(jù)熱敏電阻的特性而各有不同，這些參數(shù)由熱敏電阻的制造商提供。

熱敏電阻一般有一個誤差范圍，用來規(guī)定樣品之間的一致性。根據(jù)使用的材料不同，誤差值通常在1%至10%之間。有些熱敏電阻設計成應用時可以互換，用于不能進行現(xiàn)場調(diào)節(jié)的場合，例如一臺儀器，用戶或現(xiàn)場工程師只能更換熱敏電阻而無法進行校準，這種熱敏電阻比普通的精度要高很多，也要貴得多。

圖2是利用熱敏電阻測量溫度的典型電路。電阻R1將熱敏電阻的電壓拉升到參考電壓，一般它與ADC的參考電壓一致，因此如果ADC的參考電壓是5V，Vref也將是5V。熱敏電阻和電阻串聯(lián)產(chǎn)生分壓，其阻值變化使得節(jié)點處的電壓也產(chǎn)生變化，該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。

自熱問題

由于熱敏電阻是一個電阻，電流流過它時會產(chǎn)生一定的熱量，因此電路設計人員應確保拉升電阻足夠大，以防止熱敏電阻自熱過度，否則系統(tǒng)測量的是熱敏電阻發(fā)出的熱，而不是周圍環(huán)境的溫度。

熱敏電阻消耗的能量對溫度的影響用耗散常數(shù)來表示，它指將熱敏電阻溫度提高比環(huán)境溫度高1℃所需要的毫瓦數(shù)。耗散常數(shù)因熱敏電阻的封裝、管腳規(guī)格、包封材料及其它因素不同而不一樣。

系統(tǒng)所允許的自熱量及限流電阻大小由測量精度決定，測量精度為±5℃的測量系統(tǒng)比精度為±1℃測量系統(tǒng)可承受的熱敏電阻自熱要大。

應注意拉升電阻的阻值必須進行計算，以限定整個測量溫度范圍內(nèi)的自熱功耗。給定出電阻值以后，由于熱敏電阻阻值變化，耗散功率在不同溫度下也有所不同。

有時需要對熱敏電阻的輸入進行標定以便得到合適的溫度分辨率，圖3是一個將10～40℃溫度范圍擴展到ADC整個0～5V輸入?yún)^(qū)間的電路。

運算放大器輸出公式如下：

一旦熱敏電阻的輸入標定完成以后，就可以用圖表表示出實際電阻與溫度的對應情況。由于熱敏電阻是非線性的，所以需要用圖表表示，系統(tǒng)要知道對應每一個溫度ADC的值是多少，表的精度具體是以1℃為增量還是以5℃為增量要根據(jù)具體應用來定。

累積誤差

用熱敏電阻測量溫度時，在輸入電路中要選擇好傳感器及其它元件，以便和所需要的精度相匹配。有些場合需要精度為1%的電阻，而有些可能需要精度為0.1%的電阻。在任何情況下都應用一張表格算出所有元件的累積誤差對測量精度的影響，這些元件包括電阻、參考電壓及熱敏電阻本身。

如果要求精度高而又想少花一點錢，則需要在系統(tǒng)構建好后對它進行校準，由于線路板及熱敏電阻必須在現(xiàn)場更換，所以一般情況下不建議這樣做。在設備不能作現(xiàn)場更換或工程師有其它方法監(jiān)控溫度的情況下，也可以讓軟件建一張溫度對應ADC變化的表格，這時需要用其它工具測量實際溫度值，軟件才能創(chuàng)建相對應的表格。

對于有些必須要現(xiàn)場更換熱敏電阻的系統(tǒng)，可以將要更換的元件(傳感器或整個模擬前端)在出廠前就校準好，并把校準結果保存在磁盤或其它存儲介質(zhì)上，當然，元件更換后軟件必須要能夠知道使用校準后的數(shù)據(jù)。

總的來說，熱敏電阻是一種低成本溫度測量方法，而且使用也很簡單，下面我們介紹電阻溫度探測器和熱電偶溫度傳感器。

電阻溫度探測器

電阻溫度探測器(RTD)實際上是一根特殊的導線，它的電阻隨溫度變化而變化，通常RTD材料包括銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金。RTD元件可以是一根導線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或濺射的方法涂敷在陶瓷類材料基底上。

RTD的電阻值以0℃阻值作為標稱值。0℃ 100Ω鉑RTD電阻在1℃時它的阻值通常為100.39Ω，50℃時為119.4Ω，圖4是RTD電阻/溫度曲線與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。RTD的誤差要比熱敏電阻小，對于鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳一般為0.5%。除誤差和電阻較小以外，RTD與熱敏電阻的接口電路基本相同。

熱電偶

熱電偶由兩種不同金屬結合而成，它受熱時會產(chǎn)生微小的電壓，電壓大小取決于組成熱電偶的兩種金屬材料，鐵-康銅(J型)、銅-康銅(T型)和鉻-鋁(K型)熱電偶是最常用的三種。

熱電偶產(chǎn)生的電壓很小，通常只有幾毫伏。K型熱電偶溫度每變化1℃時電壓變化只有大約40μV，因此測量系統(tǒng)要能測出4μV的電壓變化測量精度才可以達到0.1℃。

由于兩種不同類型的金屬結合在一起會產(chǎn)生電位差，所以熱電偶與測量系統(tǒng)的連接也會產(chǎn)生電壓。一般把連接點放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個節(jié)點處以同一溫度下，從而降低誤差。有時候也會測量隔熱塊的溫度，以補償溫度的影響(圖5)。

測量熱電偶電壓要求的增益一般為100到300，而熱電偶擷取的噪聲也會放大同樣的倍數(shù)。通常采用測量放大器來放大信號，因為它可以除去熱電偶連線里的共模噪聲。市場上還可以買到熱電偶信號調(diào)節(jié)器，如模擬器件公司的AD594/595，可用來簡化硬件接口。

固態(tài)熱傳感器

最簡單的半導體溫度傳感器就是一個PN結，例如二極管或晶體管基極-發(fā)射極之間的PN結。如果一個恒定電流流過正向偏置的硅 PN結，正向壓降在溫度每變化1℃時會降低1.8mV。

很多IC利用半導體的這一特性來測量溫度，包括美信的MAX1617、國半的LM335和LM74 等等。半導體傳感器的接口形式多樣，從電壓輸出到串行SPI/微線接口都可以。

溫度傳感器種類很多，通過正確地選擇軟件和硬件，一定可以找到適合自己應用的傳感器。

2、請問什么是溫度傳感器原理？溫度傳感器原理的意義又是什么呢？

上次我們在學習物理 課的時候，剛好老師有上過這個課程， 說個不錯的知識，現(xiàn)在分享 給大家，以前沒有聽這個課的時候，也不知道它的含義是什么：現(xiàn)在我們來解釋下，友情提醒：有需要 幾個地方 注意的是：什么是溫度傳感器的工作原理?溫度傳感器的原理大致有如下幾類 一.熱膨脹 1. 金屬熱膨脹傳感器 金屬在環(huán)境溫度變化后會產(chǎn)生一個相應的延伸，因此傳感器可以以不同方式對這種反應進行信號轉(zhuǎn)換. 例子： 雙金屬片式傳感器 雙金屬片由兩片不同膨脹系數(shù)的金屬貼在一起而組成，隨著溫度變化，材料A比另外一種金屬 膨脹程度要高，引起金屬片彎曲.彎曲的曲率可以轉(zhuǎn)換成一個輸出信號. 通常的表盤指針式的室內(nèi)溫度計也是用的這種原理. 雙金屬桿和金屬管傳感器 隨著溫度升高，金屬管（材料A）長度增加，而不膨脹鋼桿（金屬B）的長度并不增加，這樣由于位置的改變，金屬管的線性膨脹就可以進行傳遞.反過來，這種線性膨脹可以轉(zhuǎn)換成一個輸出信號. 2. 液體和氣體的變形曲線設計的傳感器 在溫度變化時，液體和氣體同樣會相應產(chǎn)生體積的變化. 多種類型的結構可以把這種膨脹的變化轉(zhuǎn)換成位置的變化，這樣產(chǎn)生位置的變化輸出（電位計、感應偏差、擋流板等等）. 二.熱電阻 金屬隨著溫度變化，其電阻值也發(fā)生變化. 對于不同金屬來說，溫度每變化一度，電阻值變化是不同的，而電阻值又可以直接作為輸出信號. 三.熱電偶 原理是熱電效應. 任何導體（金屬）被施加熱梯度時都會產(chǎn)生電壓.現(xiàn)在這種現(xiàn)象被稱為熱電效應或“Seebeck效應”.若要測量這個電壓，必須把“熱”端連到另一導體上.增加的導體也會經(jīng)歷熱梯度，自身也會產(chǎn)生一個電壓，并與原來的電壓抵消. 幸運的是，熱電效應中電壓的大小取決于金屬的種類.在電路中使用不同的金屬會產(chǎn)生不同的電壓，這個電壓被稱為熱電勢，因此存在一個很小的電壓差值可以被測量，這個差值隨溫度的升高而增大.對于目前常用的金屬組合，這個差值通常在1到大約70微伏每攝氏度之間. 熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起.再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準確知道加熱點的溫度.由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導體，所以稱之為熱電偶.不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同.熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時，輸出電位差的變化量. 由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器.也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細微的測溫元件有極高的響應速度，可以測量快速變化的過程. 一般實驗室里用來控溫的主要是熱電偶. 四.熱輻射 最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表. 溫度傳感器輻射測溫法包括亮度法（見光學高溫計）、輻射法（見輻射高溫計）和比色法（見比色溫度計）.各類輻射測溫方法只能測出對應的光度溫度、輻射溫度或比色溫度.只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度.如欲測定物體的真實溫度，則必須進行材料表面發(fā)射率的修正.而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關，因此很難精確測量. 這一類工業(yè)上主要用來測控高溫物體，例如鍋爐.也用來在醫(yī)院門口或者機場火車站用來測來來往往的人的體溫.以上就是關于溫度傳感器原理方面的一些分享，希望對你有幫助！親的認可是我的最大動力哦！大家看了希望要記在腦子啊， 姐姐 打字不容易哦，如果覺得不錯的話，可以分享給你身邊的朋友??！哈哈！謝了！

3、溫感的作用以及用途

溫度傳感器是一種能感受溫度變化并將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，其功能主要是將環(huán)境中的溫度和相對濕度轉(zhuǎn)換成與之相對應的標準模擬信號。

溫度傳感器的應用領域非常廣泛，如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、電子產(chǎn)品、汽車、航空航天、海洋、醫(yī)療、智能家居等。其主要作用是測量溫度、補償溫度、流速、流量和風速測定、液位指示、溫度測量、紫外光和紅外光測量、微波功率測量等。

此外，在高低壓開關柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測中，溫度傳感器也可防止因氧化、松動、灰塵等因素導致接點接觸電阻過大而發(fā)熱，從而對設備安全提供保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

4、溫度傳感器的四種類型及原理

溫度傳感器的四種類型及原理

溫度傳感器的四種類型及原理，傳感器也慢慢的在發(fā)展與完善，它具有一定的轉(zhuǎn)換能量的作用，在各行各業(yè)我們其實都能看到傳感器的身影，那么下面為大家分享溫度傳感器的四種類型及原理。

溫度傳感器的四種類型及原理1

1、接觸式溫度傳感器

接觸式溫度傳感器的檢測元件與被測對象之間可以良好的接觸。它通過傳導或者對流使之達到熱平衡狀態(tài),從而使溫度計的顯示數(shù)值能直接表示被測對象的溫度。

2、非接觸式溫度傳感器

非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸,這種傳感器一般用于測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速的對象的表面溫度,也可用于測量溫度場的溫度分布。

3、熱電阻溫度傳感器

熱電阻溫度傳感器是利用導體或者半導體的電阻值隨其溫度變化而變化的原理進行測溫的一種傳感器。對于不同導體(半導體)來說,溫度每變化一度,電阻值變化是不同的,而電阻值又可以直接作為輸出信號。

4、熱電偶傳感器

熱電偶是由兩種不同成份的導體接合而成的回路,當接合點的溫度不同時,在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢,這種現(xiàn)象叫做熱電效應,這種電動勢叫熱電勢。其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做測量端,另一端叫做補償端;

補償端與顯示儀表連接,顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢。不同材質(zhì)制作出的熱電偶使用于不同的溫度范圍,它們的靈敏度也不相同。制作熱電偶的金屬材料必須具有很好的延展性,所以熱電偶測溫元件具有極快的響應速度,可以測量溫度快速變化的過程

溫度傳感器的四種類型及原理2

1、熱電偶的工作原理

當有兩種不同的導體和半導體 A 和 B 組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，一端溫度為 T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為 TO，稱為 自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，如圖 2-1(a)所示，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞 貝克效應。

與塞貝克有關的效應有兩個：其一，當有電流流過兩個不同導體的連 接處時，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，稱為珀爾帖效應；其二， 當有電流流過存在溫度梯度的導體時，導體吸收或放出熱量(取決于電流相對于 溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應。

兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢 EAB(T，T0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢與兩種導體或半導體的性質(zhì) 及在接觸點的溫度有關。

溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產(chǎn)生 的電勢，此電勢只與導體或半導體的性質(zhì)和兩端的溫度有關，而與導體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集 中于接觸處端點的電子數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢，熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。

當回路斷開時，在斷開處 a，b 之間便有一電動勢差△V，其極性和大小與回路中的熱電勢一致，如圖 2-1(b)所示。并規(guī)定在冷端，當電流由 A 流向 B 時，稱 A 為正極，B 為負極。實驗表明，當△V 很小時，△V 與△T 成正比關系。定義△V 對△T 的微分熱電勢為熱電勢率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號和大小取決于組成熱電偶的兩種導體的熱電特性和結點的溫度差。

目前，國際電工委員會（IEC）推薦了 8 種類型的熱電偶作為標準化熱電偶，即為 T 型、E 型、J 型、K 型、N 型、B 型、R 型和 S 型。

2、熱電阻的工作原理

導體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的`溫度，利用此原理構成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測量。

純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應具有以下特性：①電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系。②電阻率高，熱容量小，反應速度快。③材料的復現(xiàn)性和工藝性好，價格低。④在測溫范圍內(nèi)化學物理特性穩(wěn)定。目前，在工業(yè)中應用最廣的鉑和銅，并已制作成標準測溫熱電阻。

3、紅外溫度傳感器

在自然界中,當物體的溫度高于絕對零度時，由于它內(nèi)部熱運動的存在,就會不斷地向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于 0、75～100μm 的紅外線，紅外溫度傳感器就是利用這一原理制作而成的。

SMTIR9901/02 是荷蘭 Smartec Company 生產(chǎn)的一款現(xiàn)在市場上應用比較廣的紅外傳感器，它是基于熱電堆的硅基紅外傳感器。大量的熱電偶堆集在底層的硅基上，底層上的高溫接點和低溫接點通過一層極薄的薄膜隔離它們的熱量，高溫接點上面的黑色吸收層將入射的放射線轉(zhuǎn)化為熱能，由熱電效應可知，輸出電壓與放射線是成比例的， 通常熱電堆是使用 BiSb 和 NiCr 作為熱電偶。此外，

SMT9902sil 內(nèi)部嵌入以 Ni1000 溫度傳感器和一小視角的硅濾片，使得測量溫度更加的準確。因為紅外輻射特性與溫度相關，可以使用不同的濾鏡來測量不同的溫度范圍。成熟的半導體工藝是產(chǎn)品小型化，低成本化。為了滿足某些應用，紅外傳感器開口視角可以設計成小至 7°。

4、模擬溫度傳感器

常見的模擬溫度傳感器有 LM3911、LM335、LM45、AD22103 電壓輸出型、AD590 電流輸出型。

AD590 是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為 3~30V， 輸出電流 223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為 1μA/℃。當在電路中串接采樣電阻 R 時，R 兩端的電壓可作為輸出電壓。

注意 R 的阻值不能取得太大， 以保證AD590 兩端電壓不低于 3V。AD590 輸出電流信號傳輸距離可達到 1km 以上。作為一種高阻電流源，最高可達 20MΩ，所以它不必考慮選擇開關或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。

5、邏輯輸出型溫度傳感器

設定一個溫度范圍，一旦溫度超出所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報警信號，啟動或關閉風扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設備，此時可選用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510 是其典型代表。

LM56 是 NS 公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開關，內(nèi)置 1、25V 參考電壓輸出端。最大只能帶 50μA 的負載。電源電壓從 2、7~10V，工作電流最大 230μA，內(nèi)置傳感器的靈敏度為 6、2mV/℃，傳感器輸出電壓為 6、2mV/℃×T+395mV。

6、數(shù)字式溫度傳感器

它采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用 PTAT 結構，這種半導體結構具有精確的，與溫度相關的良好輸出特性。PTAT 的輸出通過占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號，占空比與溫度的關系如下式：DC=0、32+0、0047*t，t 為攝氏度。

輸出數(shù)字信號故與微處理器 MCU 兼容，通過處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信號的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于 0、005K。測量溫度范圍-45 到 130℃，故廣泛被用于高精度場合。

溫度傳感器的四種類型及原理3

一、溫度傳感器有哪幾種

溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。

（一）按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。

1、接觸式

接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。

溫度計通過傳導或?qū)α鬟_到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差。

常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等，廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。

2、非接觸式

它的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。

最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法、輻射法和比色法。

非接觸測溫優(yōu)點：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。

（二）按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

1、熱電阻

熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。

溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關系。

熱敏電阻還有其自身的測量技巧。熱敏電阻體積小是優(yōu)點，它能很快穩(wěn)定，不會造成熱負載。不過也因此很不結實，大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會在其上因功率而造成發(fā)熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導致永久性的損壞。

2、熱電偶

熱電偶是溫度測量中最常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環(huán)境，而且結實、價低，無需供電，也是最  便宜的。電偶是最簡單和最通用的溫度傳感器，但熱電偶并不適合高精度的的測量和應用。

二、各種溫度傳感器工作原理

1、熱電偶傳感器工作原理

當有兩種不同的導體和半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為TO，稱為自由端或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應。

與塞貝克有關的效應有兩個，其一，當有電流流過兩個不同導體的連接處時，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)。稱為珀爾帖效應。其二，當有電流流過存在溫度梯度的導體時。導體吸收或放出熱量(取決于電流相對于溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應，兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶。

2、電阻傳感器工作原理

導體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用此原理構成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應具有以下特性：

(1)、電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系。

(2)、電阻率高，熱容量小，反應速度快。

(3)、材料的復現(xiàn)性和工藝性好，價格低。

(4)、在測溫范圍內(nèi)化學物理特性穩(wěn)定。

目前，在工業(yè)中應用最廣的鉑和銅，并已制作成標準測溫熱電阻。

3、紅外溫度傳感器原理

在自然界中，當物體的溫度高于絕對零度時，由于它內(nèi)部熱運動的存在，就會不斷地向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0、75～100μm的紅外線，紅外溫度傳感器就是利用這一原理制作而成的。