教你如何选择温度传感器？

温度传感器种类繁多，应用也极为广泛，在我们日常所需的汽车、消费电子、家用电器等产品上都存在一个至数个温度传感器。较比其他种类传感器，温度传感器出现的最早，相继出现了热电偶传感器、RTD铂电阻和集成半导体温度传感器等多种温度传感器，并且随着技术的发展，新型温度传感器还在不断涌现。

常用测温方案对比

温度传感器的使用非常广泛，大到工业过程控制中的温度变送器，小到家庭必备的电子体温计都需要通过温度传感器来实现温度检测，但在这些应用场景中，所采用的测温方案是不同的。

根据测温原理，测温方案主要有如下几大类：

热电偶

铂电阻RTD

热敏电阻NTC

CMOS温度传感器

热电偶温度范围最宽，可达-200℃~2000℃，使用时需要外部参考端，较为复杂。铂电阻RTD精度高，范围范围也比较宽，但成本较高，外围电路复杂。NTC热敏电阻成本较低，但精度有限，本身具有温度系数大和非线性输出的特点。CMOS温度传感器又称为IC温度传感器，包括模拟输出和数字输出两种类型。与上述三种温度传感器相比，CMOS温度传感器具有非常高的线性度，低系统成本，功能集成度高，外围简单，能支持数字输出，主要缺点是测温范围一般集中在-40℃~125℃，较为局限。

用一张图表来对比，更加直观：

通过以上对比，大家已经了解了几种测温方案的差异，这些差异也决定了不同的应用场景。热电偶和RTD两种方案测温范围宽，使用复杂，所以基本局限在工业应用。热敏电阻NTC因为低成本和相对易于使用的优点使其应用非常广泛，例如汽车上的水温、油温、发动机进气温度、缸内温度到尾气温度，家电和小家电中的空调、冰箱电饭煲等等这些都是NTC的主战场，物联网应用中的环境温度测量、水温探头，电子体温计等也都是采用以NTC为主的测温方案。

CMOS数字温度传感器过去主要以IC形态存在，采用标准IC的SOP8脚封装，用在电子产品中的板级测温，比如硬盘、主板上，输出信号以I2C接口为主，也有部分采用模拟电压输出。随着摩尔定律的发展，基于CMOS工艺的数字温度传感器性能越来越好，成本也越来越低。

下面我们就介绍一下集中温度传感器的典型产品：

热电偶传感器

热电偶传感器包含两种不同的金属，二者通过热电偶接点在一端结合在一起。当热电偶接点与导线另一端处于不同的温度时，会产生毫伏信号，且接点处就是测量温度之处。这两种金属产生的电压较小，可以通过控制系统进行测量和解读。两种金属各自绝缘，有一个外涂层来保持密切的双线结构。

铂电阻温度传感器：

RTD传感器根据0°C时的标称电阻、电阻温度系数和公差等级来指定。

标称电阻是传感元件在0°C时的电阻。例如，在pt100 RTD中，0°C时的标称电阻为100欧姆，材料为铂。电阻温度系数是电阻随温度每单位变化的变化，该值应尽可能高。铂金的电阻温度系数等于0.00392。这意味着，温度每变化1℃，铂丝的电阻将变化0.00392欧姆。

公差等级是RTD在标称温度即0°C下的精度。IEC751中对铂RTD进行了定义。ptRTD 在0°C时的精度为±0.3°C。RTD元件由铂、铜或镍制成。镍铁合金也用作传感元件，其导热率与镍相似，但电阻率是镍的两倍。

热敏电阻NTC

NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。是使用单一高纯度材料、具有 接近理论密度结构的高性能陶瓷。因此，在实现小型化的同时，还具有电阻值、 温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点，可进行高灵敏度、高精度的 检测。

CMOS温度传感器

CMOS温度传感器利用CMOS晶体管的温度特性来进行温度测量。在CMOS晶体管中,晶体管的阈值电压与温度成反比。利用这个特性,可以通过测量晶体管的阈值电压来得到温度值。具体来说,CMOS温度传感器由一串串联的CMOS晶体管组成,这些晶体管的宽度和长度相同,且都是相同类型的晶体管。通过在不同的晶体管上加上不同的电流,可以使得每个晶体管的阈值电压与温度呈线性关系。通过测量这些晶体管的阈值电压,可以得到温度的近似值。ST推出了最新TMOS传感器STHS34PF80。TMOS传感器是基于CMOS技术，利用在自然界中，任何高于绝对零度（-273.15℃）的物体就存在分子和原子无规则的运动，物体都在不断地向外释放红外辐射能量。辐射能量的大小及其波长与物体表面的温度有着密切的关系，TMOS传感器通过测量FOV范围内的物体随着温度的变化，判断辐射的能量值及波长，来判断物体的存在状态和运动状态。可以测量物体的绝对温度，5-20um的红外辐射。广泛应用于智能家居、楼宇、节能灯控、工业温度状况监测、IoT等。

MEMS温度传感器IC

该传感器配有一个全新设计的ASIC专用芯片、一个经过改进的MEMS电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件，其性能已经大大提升甚至超出了前一代传感器的可靠性水平，新一代温湿度传感器，响应迅速、抗干扰能力更强，经过改进使其在恶劣环境下的性能更稳定。这种传感器可广泛应用于暖通空调、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、气象站、家电、湿度调节、医疗及其它相关湿度检测控制等领域。

审核编辑 黄宇