溫度傳感器在我們的日常生活中扮演著十分重要的角色，同時(shí)它也是使用范圍最廣，數(shù)量最多的傳感器。關(guān)于它你了解多少呢？本文主要介紹的就是各種溫度傳感器的分類及其原理，溫度傳感器的應(yīng)用電路。

溫度傳感器

從17世紀(jì)溫度傳感器首次應(yīng)用以來，依次誕生了接觸式溫度傳感器，非接觸式溫度傳感器，集成溫度傳感器，近年來在智能溫度傳感器在半導(dǎo)體技術(shù)，材料技術(shù)等新技術(shù)的支持下，溫度傳感器發(fā)展迅速，由于智能溫度傳感器的軟件和硬件的合理配合既可以大大增強(qiáng)傳感器的功能、提高傳感器的精度，又可以使溫度傳感器的結(jié)構(gòu)更為簡單和緊湊，使用也更加方便。

溫度傳感器的常見分類

1、熱電偶傳感器：

兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)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(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)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(dòng)勢稱為熱電動(dòng)勢，這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。

2、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(huì)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(yīng)用于各種電子元器件中，不同于電阻溫度計(jì)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(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件，熱敏電阻通常在有限的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的精度，通常是-90℃?130℃。

3、模擬溫度傳感器：

HTG3515CH是一款電壓輸出型溫度傳感器，輸出電流1～3.6V，精度為±3％RH，0～100％RH相對濕度范圍，工作溫度范圍-40～110℃， 5s響應(yīng)時(shí)間， 0±1％RH遲滯，是一個(gè)帶溫濕度一體輸出接口的模塊，專門為 OEM 客戶設(shè)計(jì)應(yīng)用在需要一個(gè)可靠；精密測量的地方，帶有微型控制芯片；濕度為線性電壓輸出；帶 10Kohm NTC 溫度輸出，HTG3515CH可用于大批量生產(chǎn)和要求測量精度較高的地方。

4、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(jié)構(gòu)，這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有精確的，與溫度相關(guān)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(hào)，占空比與溫度的關(guān)系如下式：DC=0.32+0.0047*t，t為攝氏度。輸出數(shù)字信號(hào)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(hào)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。

溫度傳感器應(yīng)用大全

溫度測量應(yīng)用非常廣泛，不僅生產(chǎn)工藝需要溫度控制，有些電子產(chǎn)品還需對它們自身的溫度進(jìn)行測量，如計(jì)算機(jī)要監(jiān)控CPU的溫度，馬達(dá)控制器要知道功率驅(qū)動(dòng)IC的溫度等等，下面介紹幾種常用的溫度傳感器。

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(fù)溫度系數(shù)(NTC)，也就是說溫度下降時(shí)它的電阻值會(huì)升高。在所有被動(dòng)式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時(shí)電阻的變化)最高，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。

一個(gè)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(jìn)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(gè)比率形式給出(R/R25)，該比率表示當(dāng)前溫度下的阻值與25℃時(shí)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(shí)阻值為10KΩ的電阻，在0℃時(shí)電阻為28.1KΩ，60℃時(shí)電阻為4.086KΩ；與此類似，25℃時(shí)電阻為5KΩ的熱敏電阻在0℃時(shí)電阻則為 14.050KΩ。

熱敏電阻的溫度曲線

從上圖可以看到電阻/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(diǎn)之間某一溫度下的阻值，可以用這個(gè)曲線來估計(jì)，也可以直接計(jì)算出電阻值，計(jì)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(gè)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(shè)計(jì)成應(yīng)用時(shí)可以互換，用于不能進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)的場合，例如一臺(tái)儀器，用戶或現(xiàn)場工程師只能更換熱敏電阻而無法進(jìn)行校準(zhǔn)，這種熱敏電阻比普通的精度要高很多，也要貴得多。

下圖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(diǎn)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(gè)電阻，電流流過它時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，因此電路設(shè)計(jì)人員應(yīng)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(yīng)注意拉升電阻的阻值必須進(jìn)行計(jì)算，以限定整個(gè)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(shí)需要對熱敏電阻的輸入進(jìn)行標(biāo)定以便得到合適的溫度分辨率，圖3是一個(gè)將10～40℃溫度范圍擴(kuò)展到ADC整個(gè)0～5V輸入?yún)^(qū)間的電路。

運(yùn)算放大器輸出公式如下：

一旦熱敏電阻的輸入標(biāo)定完成以后，就可以用圖表表示出實(shí)際電阻與溫度的對應(yīng)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(yīng)每一個(gè)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(yīng)用來定。

累積誤差

用熱敏電阻測量溫度時(shí)，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(yīng)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(diǎn)錢，則需要在系統(tǒng)構(gòu)建好后對它進(jìn)行校準(zhǔn)，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(shè)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(yīng)ADC變化的表格，這時(shí)需要用其它工具測量實(shí)際溫度值，軟件才能創(chuàng)建相對應(yīng)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(gè)模擬前端)在出廠前就校準(zhǔn)好，并把校準(zhǔn)結(jié)果保存在磁盤或其它存儲(chǔ)介質(zhì)上，當(dāng)然，元件更換后軟件必須要能夠知道使用校準(zhǔn)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(shí)際上是一根特殊的導(dǎo)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(dǎo)線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或?yàn)R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(biāo)稱值。0℃ 100Ω鉑RTD電阻在1℃時(shí)它的阻值通常為100.39Ω，50℃時(shí)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(jié)合而成，它受熱時(shí)會(huì)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(shí)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(dá)到0.1℃。

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

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(huì)放大同樣的倍數(shù)。通常采用測量放大器來放大信號(hào)，因?yàn)樗梢猿犭娕歼B線里的共模噪聲。市場上還可以買到熱電偶信號(hào)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(dǎo)體溫度傳感器就是一個(gè)PN結(jié)，例如二極管或晶體管基極-發(fā)射極之間的PN結(jié)。如果一個(gè)恒定電流流過正向偏置的硅 PN結(jié)，正向壓降在溫度每變化1℃時(shí)會(huì)降低1.8mV。很多IC利用半導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用的傳感器。

溫度傳感器在生活的應(yīng)用

1、溫度傳感器感測應(yīng)用

溫度傳感器的熱轉(zhuǎn)換方式經(jīng)常被用來測量物理量(如流量、輻 射、氣體壓力、氣體種類、濕度、熱化學(xué)反應(yīng)等)，這些傳感器的測量值都是以熱 形式為媒介并以電信號(hào)的方式輸出；

2、溫度傳感器生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用必須使用特殊的溫度傳感器，其中最重要 的特性是要求低功耗、長期穩(wěn)定性好、可靠性高以及在32~44℃之間，精確度小 于0.1℃；

3、溫度傳感器太空應(yīng)用

熱敏電阻以及硅PN結(jié)已經(jīng)使用于太空溫度測量，利用分立的模擬和數(shù)字接口電路從感測元件讀取溫度信息對于低成本、低質(zhì)量的使用情況 越來越不適用，尤其在微米/納米衛(wèi)星中更難滿足需要，具有數(shù)字輸出功能的智能溫度傳感器可應(yīng)用于未來的衛(wèi)星設(shè)計(jì)中，并能傳送與微處理器兼容的數(shù)字信息；

4、溫度傳感器工業(yè)應(yīng)用

集成溫度傳感器在自動(dòng)化應(yīng)用和微生物體熱檢測應(yīng)用已有報(bào)道，盡管它們的特性和需求根據(jù)每個(gè)特殊的應(yīng)用而變化非常大，對于低成本、長期穩(wěn)定性和可靠性、強(qiáng)大的數(shù)字接口以及通信系統(tǒng)等這些特殊的應(yīng)用需求，目前的智 能溫度傳感器都可滿足；

5、溫度傳感器消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用

低成本集成溫度傳感器與變送器已經(jīng)出現(xiàn)，而且被應(yīng)用于 消費(fèi)產(chǎn)品中，如洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等，低成本、無需外部部件、制造時(shí)簡單的片上校正等是消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用的特殊需求，并且在一20一100℃之間測量精度要能達(dá) 到0.5℃；

6、溫度傳感器在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用

傳感器在醫(yī)療電子領(lǐng)域的應(yīng)用也是屢見不鮮的，如非接觸式溫度計(jì)可以測量從一個(gè)遙遠(yuǎn)的紅外輻射熱源排放的熱，用于血液分析儀的熱敏電阻元件溫度傳感器，用于監(jiān)測廂室、擴(kuò)散燈和油冷式馬達(dá)的溫度，以免過熱，如有過熱現(xiàn)象，立即停機(jī)使其冷卻等，隨著科技的進(jìn)步，傳感器制造商可通過四種方法幫助設(shè)計(jì)人員減小醫(yī)療設(shè)備尺寸，包括提供靈活的封裝選項(xiàng)、減小傳感器集成電路尺寸，集成多種傳感器功能以及裝置智能化。

7、溫度傳感器在食品行業(yè)中應(yīng)用

溫度傳感器在食品加工行業(yè)也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，而隨著科技的發(fā)展，智能溫度傳感器的應(yīng)用而生，也為食品加工行業(yè)的生產(chǎn)效率打入了強(qiáng)心劑。

溫度傳感器的主要用途

1、溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)很重要而普遍的測量參數(shù)，溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用，由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占50%；

2、溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的，不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多，溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動(dòng)勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會(huì)不斷涌現(xiàn)；

3、由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度測量的范圍極寬，從零下幾百度到零上幾千度，而各種材料做成的溫度傳感器只能在一定的溫度范圍內(nèi)使用；

4、溫度傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式分為兩大類：接觸式和非接觸式，接觸式溫度傳感器需要與被測介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到同一溫度，這一類傳感器主要有電阻式、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器等，非接觸式溫度傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是通過被測介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅?，以達(dá)到測溫的目的，這一類傳感器主要有紅外測溫傳感器，這種測溫方法的主要特點(diǎn)是可以測量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)物質(zhì)的溫度（如慢速行使的火車的軸承溫度，旋轉(zhuǎn)著的水泥窯的溫度）及熱容量小的物體（如集成電路中的溫度分布）。

結(jié)語

現(xiàn)在，各種集成的溫度傳感器的功能越來越專業(yè)化，因此我們對于溫度傳感器的認(rèn)識(shí)也需要更新?lián)Q代了。隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提高，自動(dòng)化水平與范圍的不斷擴(kuò)大，對溫度傳感器的要求也越來越高，智能溫度傳感器雖然能夠做到高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性，但是仍有很多技術(shù)限制有待解決，比如所開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、單片測溫系統(tǒng)等，因此，預(yù)計(jì)在不久的將來，隨著智能溫度傳感器的普及、成本的降低和技術(shù)瓶頸的突破，其將會(huì)取代傳統(tǒng)的傳感器的地位，但是如今距離那一步仍有很長的一段路要走。

關(guān)于溫度傳感器各種分類及其原理的介紹就到這里了，希望本文能對你有所幫助。