温度传感器的常见分类 温度传感器应用大全

温度传感器在我们的日常生活中扮演着十分重要的角色，同时它也是使用范围最广，数量最多的传感器。关于它你了解多少呢？本文主要介绍的就是各种温度传感器的分类及其原理，温度传感器的应用电路。

温度传感器

从17世纪温度传感器首次应用以来，依次诞生了接触式温度传感器，非接触式温度传感器，集成温度传感器，近年来在智能温度传感器在半导体技术，材料技术等新技术的支持下，温度传感器发展迅速，由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度，又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑，使用也更加方便。

温度传感器的常见分类

1、热电偶传感器：

两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的，接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关，当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端，另一端温度为TO，称为自由端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势，这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。

2、热敏电阻传感器：

热敏电阻是敏感元件的一类，热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变，与一般的固定电阻不同，属于可变电阻的一类，广泛应用于各种电子元器件中，不同于电阻温度计使用纯金属，在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物，正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件，热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度，通常是-90℃〜130℃。

3、模拟温度传感器：

HTG3515CH是一款电压输出型温度传感器，输出电流1～3.6V，精度为±3％RH，0～100％RH相对湿度范围，工作温度范围-40～110℃， 5s响应时间， 0±1％RH迟滞，是一个带温湿度一体输出接口的模块，专门为 OEM 客户设计应用在需要一个可靠；精密测量的地方，带有微型控制芯片；湿度为线性电压输出；带 10Kohm NTC 温度输出，HTG3515CH可用于大批量生产和要求测量精度较高的地方。

4、数字式温度传感器：

它采用硅工艺生产的数字式温度传感器，其采用PTAT结构，这种半导体结构具有精确的，与温度相关的良好输出特性，PTAT的输出通过占空比比较器调制成数字信号，占空比与温度的关系如下式：DC=0.32+0.0047*t，t为摄氏度。输出数字信号故与微处理器MCU兼容，通过处理器的高频采样可算出输出电压方波信号的占空比，即可得到温度。该款温度传感器因其特殊工艺，分辨率优于0.005K。测量温度范围-45到130℃，故广泛被用于高精度场合。

温度传感器应用大全

温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。

热敏电阻器

用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。

一个典型的NTC热敏电阻器性能参数

这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。

热敏电阻的温度曲线

从上图可以看到电阻/温度曲线是非线性的，虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：

这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。

热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。

下图是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

自热问题

由于热敏电阻是一个电阻，电流流过它时会产生一定的热量，因此电路设计人员应确保拉升电阻足够大，以防止热敏电阻自热过度，否则系统测量的是热敏电阻发出的热，而不是周围环境的温度。

热敏电阻消耗的能量对温度的影响用耗散常数来表示，它指将热敏电阻温度提高比环境温度高1℃所需要的毫瓦数。耗散常数因热敏电阻的封装、管脚规格、包封材料及其它因素不同而不一样。

系统所允许的自热量及限流电阻大小由测量精度决定，测量精度为±5℃的测量系统比精度为±1℃测量系统可承受的热敏电阻自热要大。

应注意拉升电阻的阻值必须进行计算，以限定整个测量温度范围内的自热功耗。给定出电阻值以后，由于热敏电阻阻值变化，耗散功率在不同温度下也有所不同。

有时需要对热敏电阻的输入进行标定以便得到合适的温度分辨率，图3是一个将10～40℃温度范围扩展到ADC整个0～5V输入区间的电路。

运算放大器输出公式如下：

一旦热敏电阻的输入标定完成以后，就可以用图表表示出实际电阻与温度的对应情况。由于热敏电阻是非线性的，所以需要用图表表示，系统要知道对应每一个温度ADC的值是多少，表的精度具体是以1℃为增量还是以5℃为增量要根据具体应用来定。

累积误差

用热敏电阻测量温度时，在输入电路中要选择好传感器及其它元件，以便和所需要的精度相匹配。有些场合需要精度为1%的电阻，而有些可能需要精度为0.1%的电阻。在任何情况下都应用一张表格算出所有元件的累积误差对测量精度的影响，这些元件包括电阻、参考电压及热敏电阻本身。

如果要求精度高而又想少花一点钱，则需要在系统构建好后对它进行校准，由于线路板及热敏电阻必须在现场更换，所以一般情况下不建议这样做。在设备不能作现场更换或工程师有其它方法监控温度的情况下，也可以让软件建一张温度对应ADC变化的表格，这时需要用其它工具测量实际温度值，软件才能创建相对应的表格。对于有些必须要现场更换热敏电阻的系统，可以将要更换的元件(传感器或整个模拟前端)在出厂前就校准好，并把校准结果保存在磁盘或其它存储介质上，当然，元件更换后软件必须要能够知道使用校准后的数据。

总的来说，热敏电阻是一种低成本温度测量方法，而且使用也很简单，下面我们介绍电阻温度探测器和热电偶温度传感器。

电阻温度探测器

电阻温度探测器(RTD)实际上是一根特殊的导线，它的电阻随温度变化而变化，通常RTD材料包括铜、铂、镍及镍/铁合金。RTD元件可以是一根导线，也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷在陶瓷类材料基底上。

RTD的电阻值以0℃阻值作为标称值。0℃ 100Ω铂RTD电阻在1℃时它的阻值通常为100.39Ω，50℃时为119.4Ω，图4是RTD电阻/温度曲线与热敏电阻的电阻/温度曲线的比较。 RTD的误差要比热敏电阻小，对于铂来说，误差一般在0.01%，镍一般为0.5%。除误差和电阻较小以外，RTD与热敏电阻的接口电路基本相同。

热电偶

热电偶由两种不同金属结合而成，它受热时会产生微小的电压，电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料，铁-康铜(J型)、铜-康铜(T型)和铬-铝(K型)热电偶是最常用的三种。

热电偶产生的电压很小，通常只有几毫伏。K型热电偶温度每变化1℃时电压变化只有大约40μV，因此测量系统要能测出4μV的电压变化测量精度才可以达到0.1℃。

由于两种不同类型的金属结合在一起会产生电位差，所以热电偶与测量系统的连接也会产生电压。一般把连接点放在隔热块上以减小这一影响，使两个节点处以同一温度下，从而降低误差。有时候也会测量隔热块的温度，以补偿温度的影响

测量热电偶电压要求的增益一般为100到300，而热电偶撷取的噪声也会放大同样的倍数。通常采用测量放大器来放大信号，因为它可以除去热电偶连线里的共模噪声。市场上还可以买到热电偶信号调节器，如模拟器件公司的AD594/595，可用来简化硬件接口。

固态热传感器

最简单的半导体温度传感器就是一个PN结，例如二极管或晶体管基极-发射极之间的PN结。如果一个恒定电流流过正向偏置的硅 PN结，正向压降在温度每变化1℃时会降低1.8mV。很多IC利用半导体的这一特性来测量温度，包括美信的MAX1617、国半的LM335和LM74 等等。半导体传感器的接口形式多样，从电压输出到串行SPI/微线接口都可以。

温度传感器种类很多，通过正确地选择软件和硬件，一定可以找到适合自己应用的传感器。

温度传感器在生活的应用

1、温度传感器感测应用

温度传感器的热转换方式经常被用来测量物理量(如流量、辐 射、气体压力、气体种类、湿度、热化学反应等)，这些传感器的测量值都是以热 形式为媒介并以电信号的方式输出；

2、温度传感器生物医学应用

生物医学的应用必须使用特殊的温度传感器，其中最重要 的特性是要求低功耗、长期稳定性好、可靠性高以及在32~44℃之间，精确度小 于0.1℃；

3、温度传感器太空应用

热敏电阻以及硅PN结已经使用于太空温度测量，利用分立的模拟和数字接口电路从感测元件读取温度信息对于低成本、低质量的使用情况 越来越不适用，尤其在微米/纳米卫星中更难满足需要，具有数字输出功能的智能温度传感器可应用于未来的卫星设计中，并能传送与微处理器兼容的数字信息；

4、温度传感器工业应用

集成温度传感器在自动化应用和微生物体热检测应用已有报道，尽管它们的特性和需求根据每个特殊的应用而变化非常大，对于低成本、长期稳定性和可靠性、强大的数字接口以及通信系统等这些特殊的应用需求，目前的智 能温度传感器都可满足；

5、温度传感器消费产品应用

低成本集成温度传感器与变送器已经出现，而且被应用于 消费产品中，如洗衣机、冰箱、空调等，低成本、无需外部部件、制造时简单的片上校正等是消费产品应用的特殊需求，并且在一20一100℃之间测量精度要能达 到0.5℃；

6、温度传感器在医疗行业中的应用

传感器在医疗电子领域的应用也是屡见不鲜的，如非接触式温度计可以测量从一个遥远的红外辐射热源排放的热，用于血液分析仪的热敏电阻元件温度传感器，用于监测厢室、扩散灯和油冷式马达的温度，以免过热，如有过热现象，立即停机使其冷却等，随着科技的进步，传感器制造商可通过四种方法帮助设计人员减小医疗设备尺寸，包括提供灵活的封装选项、减小传感器集成电路尺寸，集成多种传感器功能以及装置智能化。

7、温度传感器在食品行业中应用

温度传感器在食品加工行业也发挥了至关重要的作用，而随着科技的发展，智能温度传感器的应用而生，也为食品加工行业的生产效率打入了强心剂。

温度传感器的主要用途

1、温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个很重要而普遍的测量参数，温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用，由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占50%；

2、温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的，不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多，温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等，随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现；

3、由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用；

4、温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类：接触式和非接触式，接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达到同一温度，这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等，非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的，这一类传感器主要有红外测温传感器，这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度（如慢速行使的火车的轴承温度，旋转着的水泥窑的温度）及热容量小的物体（如集成电路中的温度分布）。

结语

现在，各种集成的温度传感器的功能越来越专业化，因此我们对于温度传感器的认识也需要更新换代了。随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度传感器的要求也越来越高，智能温度传感器虽然能够做到高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性，但是仍有很多技术限制有待解决，比如所开发虚拟传感器和网络传感器、单片测温系统等，因此，预计在不久的将来，随着智能温度传感器的普及、成本的降低和技术瓶颈的突破，其将会取代传统的传感器的地位，但是如今距离那一步仍有很长的一段路要走。

关于温度传感器各种分类及其原理的介绍就到这里了，希望本文能对你有所帮助。