序言

溫度是反應物體冷熱狀态的參數，它與人們的生活密切相關，過高或者過低的溫度會給人體帶來不适，嚴重者甚至會威脅到生命。因此，對溫度的監測十分重要。古時候人們就已經為檢測溫度做出了努力，“水瓶”亦可稱“冰瓶”是古代人們用于監測溫度的工具，通過觀察瓶中水的狀态變化判斷溫度的變化。随着科技的發展，人民生活水平的不斷提高，對溫度監測的要求也越來越高，現如今，溫度傳感器作為監測溫度的重要手段之一，為人民的生活帶來了極大的方便。本文就主要從類型、原理、特點及應用這四個方面來論述溫度傳感器。

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換成可用輸出信号的傳感器。溫度傳感器品種繁多，主要分為四類，分别是熱電偶傳感器、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拟輸出和數字輸出兩種。溫度的測量及控制對提高工作效率、保證生産品質以及促進經濟發展有着至關重要的作用。

由于溫度傳感器是通過感知物體随溫度變化而某種特性發生變化測得的，因而能當作溫度傳感器的材料有很多，如電阻的阻值可以随着溫度的變化而變化，物質的熱脹冷縮等，因而随着科技的發展，越來越多的溫度傳感器會不斷出現在人們的身邊。下面我們主要介紹四大類溫度傳感器。

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産生的電勢，此電勢與兩種導體或半導體的性質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，隻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，則回路中就有電流産生，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産生電動勢的現象稱為塞貝克效應。根據熱電動勢與溫度的函數關系可以求得溫度。

圖1 熱電偶傳感器

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。它的測量範圍大，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。

根據熱電偶傳感器的特性要求熱電偶的材料溫度測量範圍廣，溫度線性度好，測量準确度高，輸出熱電動勢大，熱電性能穩定，物理化學性能好，不蒸發抗氧化等等。我國标準的熱電偶有六種，分别是銅-康銅，鎳鉻-考銅，鎳鉻-鎳矽，鎳鉻-鎳鋁，鉑铑10-鉑，鉑铑30-鉑铑6。

熱敏電阻是敏感元件的一類，熱敏電阻的電阻值會随着溫度的變化而改變，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。正溫度系數熱敏電阻器在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數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範圍内實現較高的精度，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，電阻溫度系數比金屬大十倍以上，工作範圍廣，目前最高能測2000℃，最低能測-273℃。且熱敏電阻體積小，使用方便，易加工成複雜形狀，可大批量生産。

一種物質材料做成的電阻,它會随溫度的上升而改變電阻值,如果它随溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數,如果它随溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負電阻系數。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值随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，現在已開始采用鎳、錳和铑等材料制造熱電阻。

電阻式溫度檢測器是最準确的溫度傳感器之一，它不僅提供良好的精度，也提供了出色的穩定性和可重複性。大多OMEGA的标準電阻溫度檢測器都符合DIN-IEC B類标準。除此之外，電阻溫度檢測器還相對防止電氣噪聲，因此非常适合在工業環境中的溫度測量，特别是在電動機和發電機及其他高壓設備的周圍使用。

圖3 電阻溫度檢測器

- 模拟溫度傳感器

圖4 模拟溫度傳感器

常見的模拟溫度傳感器有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，供電電壓範圍是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輸出電流信号傳輸距離可達到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多路轉換器所引入的附加電阻造成的誤差。适用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。

- 數字式溫度傳感器

輸出為占空比的數字溫度傳感器采用矽工藝生産的數字式溫度傳感器，其采用PTAT結構，這種半導體結構具有精确的，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制成數字信号，占空比與溫度的關系如下式：DC=0.32 0.0047*t，t為攝氏度。輸出數字信号故與微處理器MCU兼容，通過處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信号的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優于0.005K。測量溫度範圍-45到130℃，故廣泛被用于高精度場合。

圖5 數字式溫度傳感器

若是采用數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據的傳送，輸出的方波信号具有正比于絕對溫度的周期，利用微處理器内部的計數器測出周期後就可計算出溫度。

可多點檢測、直接輸出數字量的數字溫度傳感器一般在芯片上分别設置了一個振蕩頻率溫度系數較大的振蕩器和一個溫度系數較小的振蕩器。在溫度較低時，由于溫度系數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，其計數值增大，上述計數值基礎上再加上一個同實際溫度差的校正數據構成了精密的數字式溫度傳感器。

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，它們擔負着信息收集的任務。在汽車電噴發動機系統、自動空調系統中，溫度是需要測量和控制的重要參數之一。發動機熱狀态的測量、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，你坐着一輛沒有空調的車去往你的目的地，這是一件多麼恐怖的事。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、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。

在醫藥方面的應用——現如今，諸多藥品的研發與生産也開始對溫度有了要求，如何保證藥品在研發到運輸到存儲或食用這幾個階段内依舊安全有效，醫藥鍊溫度監測是重中之重。有效使用溫度傳感器，病人患者的生命安全得到保障。

溫度傳感器種類數量繁多，功能強大，已經深深的影響并改變了人們的生活。相信随着科學技術的發展，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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