什么是溫度傳感器？

溫度傳感器的具體定義就是可以用來感受溫度,并且跟隨著溫度的變化轉(zhuǎn)換成為可以用來輸出信號的傳感器,溫度傳感器是溫度測量儀表的核心,不為根據(jù)測量的方式可以分為接觸式和非接觸式

傳感器溫度

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溫度傳感器的分類 作用 工作原理 及其應(yīng)用范圍

目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導(dǎo)體溫度傳感器和熱電偶四大類。

熱敏電阻（其中分正溫度和負(fù)溫度特性兩類），其根據(jù)電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應(yīng)變化的原理實(shí)現(xiàn)溫度傳感的，其特點(diǎn)是工作溫度范圍廣，成本低、但線性差，誤差較大，適用于溫控精度要求不高的場合。

雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起，根據(jù)不同金屬的熱膨脹率的差異，導(dǎo)致雙金屬機(jī)構(gòu)產(chǎn)生于溫度變化相對應(yīng)的形變的原理做成的，其特點(diǎn)的溫度范圍大，但精度極低。

集成化半導(dǎo)體溫度傳感器是由硅二極管和運(yùn)算放大器組成的，是三端器件，其根據(jù)硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理，由于線性降低的線性精度雖然良好，但變化值微小，所以要通過運(yùn)算放大器線性放大，另外，通過改變運(yùn)算放大器的負(fù)反饋電阻的值，實(shí)現(xiàn)輸出不同電壓變化范圍的各規(guī)格產(chǎn)品，以適應(yīng)不同設(shè)備的要求。其特點(diǎn)是精度高，熱慣性小，響應(yīng)快，輸出負(fù)載能力大（抗電磁干擾能力強(qiáng)），成本較高，溫度適用范圍小。

熱電偶是根據(jù)兩個不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體在不同的溫度下之間產(chǎn)生電動勢的所謂的溫差發(fā)電效應(yīng)產(chǎn)生的傳感器，其并非真正意義上的溫度傳感器，但它對溫差敏感。溫度傳感器是檢測溫度的器件，其種類最多，應(yīng)用最廣，發(fā)展最快。

目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導(dǎo)體溫度傳感器和熱電偶四大類。

熱敏電阻（其中分正溫度和負(fù)溫度特性兩類），其根據(jù)電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應(yīng)變化的原理實(shí)現(xiàn)溫度傳感的，其特點(diǎn)是工作溫度范圍廣，成本低、但線性差，誤差較大，適用于溫控精度要求不高的場合。

雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起，根據(jù)不同金屬的熱膨脹率的差異，導(dǎo)致雙金屬機(jī)構(gòu)產(chǎn)生于溫度變化相對應(yīng)的形變的原理做成的，其特點(diǎn)的溫度范圍大，但精度極低。

集成化半導(dǎo)體溫度傳感器是由硅二極管和運(yùn)算放大器組成的，是三端器件，其根據(jù)硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理，由于線性降低的線性精度雖然良好，但變化值微小，所以要通過運(yùn)算放大器線性放大，另外，通過改變運(yùn)算放大器的負(fù)反饋電阻的值，實(shí)現(xiàn)輸出不同電壓變化范圍的各規(guī)格產(chǎn)品，以適應(yīng)不同設(shè)備的要求。其特點(diǎn)是精度高，熱慣性小，響應(yīng)快，輸出負(fù)載能力大（抗電磁干擾能力強(qiáng)），成本較高，溫度適用范圍小。

熱電偶是根據(jù)兩個不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體在不同的溫度下之間產(chǎn)生電動勢的所謂的溫差發(fā)電效應(yīng)產(chǎn)生的傳感器，其并非真正意義上的溫度傳感器，但它對溫差敏感。

日常使用的材料及電子元件大部分特性都隨溫度而變化，最常用的是熱電阻和熱電偶兩類產(chǎn)品。

1.熱電偶的工作原理

當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體a和b組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點(diǎn)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(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效

應(yīng)有兩個：其一，當(dāng)有電流流過兩個不同導(dǎo)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?duì)柼?yīng)；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時，導(dǎo)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(yīng)。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)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(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)。溫差電勢是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關(guān)。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中

于接觸處端點(diǎn)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(dāng)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(dāng)電流由a流向b時，稱a為正極，b為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)△v很小時，△v與△t成正比關(guān)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(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。

2.熱電偶的種類

目前，國際電工委員會（iec）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為t型、e型、j型、k型、n型、b型、r型和s型。

1.熱電阻材料的特性

導(dǎo)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(gòu)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(yīng)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(yīng)具有良好的線性關(guān)系。

②電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。

③材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價(jià)格低。

④在測溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。

目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測溫?zé)犭娮琛?/p>

2．鉑電阻

鉑電阻與溫度之間的關(guān)系接近于線性，在0～630．74℃范圍內(nèi)可用下式表示rt＝r0(1+at+bt2) (2-1)在-190～0℃范圍內(nèi)為rt＝r0(1+at+bt2十ct3) (2-2)式中，ro、rt為溫度0°及t°時鉑電阻的電阻值，t為任意溫度，a、b、c為溫度系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，a＝3．9684×10-3/℃，b＝-5．847×10-7／℃2，c＝-4．22×10-l2/℃3。由式(2-1)和式(2-2)看出，當(dāng)r0值不同時，在同樣溫度下，其rt值也不同。

3．銅電阻

在測溫精度要求不高，且測溫范圍比較小的情況下，可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50～150℃的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度成線性關(guān)系，其電阻與溫度關(guān)系的表達(dá)式為rt＝r0(1+at) (2-3)式中，a＝4．25×10-3～4．28×10-3℃為銅電阻的溫度系數(shù)。

溫度傳感器的分類 作用 工作原理 及其應(yīng)用范圍

目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導(dǎo)體溫度傳感器和熱電偶四大類。

熱敏電阻（其中分正溫度和負(fù)溫度特性兩類），其根據(jù)電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應(yīng)變化的原理實(shí)現(xiàn)溫度傳感的，其特點(diǎn)是工作溫度范圍廣，成本低、但線性差，誤差較大，適用于溫控精度要求不高的場合。

雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起，根據(jù)不同金屬的熱膨脹率的差異，導(dǎo)致雙金屬機(jī)構(gòu)產(chǎn)生于溫度變化相對應(yīng)的形變的原理做成的，其特點(diǎn)的溫度范圍大，但精度極低。

集成化半導(dǎo)體溫度傳感器是由硅二極管和運(yùn)算放大器組成的，是三端器件，其根據(jù)硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理，由于線性降低的線性精度雖然良好，但變化值微小，所以要通過運(yùn)算放大器線性放大，另外，通過改變運(yùn)算放大器的負(fù)反饋電阻的值，實(shí)現(xiàn)輸出不同電壓變化范圍的各規(guī)格產(chǎn)品，以適應(yīng)不同設(shè)備的要求。其特點(diǎn)是精度高，熱慣性小，響應(yīng)快，輸出負(fù)載能力大（抗電磁干擾能力強(qiáng)），成本較高，溫度適用范圍小。

熱電偶是根據(jù)兩個不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體在不同的溫度下之間產(chǎn)生電動勢的所謂的溫差發(fā)電效應(yīng)產(chǎn)生的傳感器，其并非真正意義上的溫度傳感器，但它對溫差敏感。溫度傳感器是檢測溫度的器件，其種類最多，應(yīng)用最廣，發(fā)展最快。

目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導(dǎo)體溫度傳感器和熱電偶四大類。

熱敏電阻（其中分正溫度和負(fù)溫度特性兩類），其根據(jù)電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應(yīng)變化的原理實(shí)現(xiàn)溫度傳感的，其特點(diǎn)是工作溫度范圍廣，成本低、但線性差，誤差較大，適用于溫控精度要求不高的場合。

雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起，根據(jù)不同金屬的熱膨脹率的差異，導(dǎo)致雙金屬機(jī)構(gòu)產(chǎn)生于溫度變化相對應(yīng)的形變的原理做成的，其特點(diǎn)的溫度范圍大，但精度極低。

集成化半導(dǎo)體溫度傳感器是由硅二極管和運(yùn)算放大器組成的，是三端器件，其根據(jù)硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理，由于線性降低的線性精度雖然良好，但變化值微小，所以要通過運(yùn)算放大器線性放大，另外，通過改變運(yùn)算放大器的負(fù)反饋電阻的值，實(shí)現(xiàn)輸出不同電壓變化范圍的各規(guī)格產(chǎn)品，以適應(yīng)不同設(shè)備的要求。其特點(diǎn)是精度高，熱慣性小，響應(yīng)快，輸出負(fù)載能力大（抗電磁干擾能力強(qiáng)），成本較高，溫度適用范圍小。

熱電偶是根據(jù)兩個不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體在不同的溫度下之間產(chǎn)生電動勢的所謂的溫差發(fā)電效應(yīng)產(chǎn)生的傳感器，其并非真正意義上的溫度傳感器，但它對溫差敏感。

日常使用的材料及電子元件大部分特性都隨溫度而變化，最常用的是熱電阻和熱電偶兩類產(chǎn)品。

1.熱電偶的工作原理

當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體a和b組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點(diǎn)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(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效

應(yīng)有兩個：其一，當(dāng)有電流流過兩個不同導(dǎo)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?duì)柼?yīng)；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時，導(dǎo)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(yīng)。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)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(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)。溫差電勢是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關(guān)。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中

于接觸處端點(diǎn)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(dāng)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(dāng)電流由a流向b時，稱a為正極，b為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)△v很小時，△v與△t成正比關(guān)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(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。

2.熱電偶的種類

目前，國際電工委員會（iec）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為t型、e型、j型、k型、n型、b型、r型和s型。

1.熱電阻材料的特性

導(dǎo)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(gòu)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(yīng)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(yīng)具有良好的線性關(guān)系。

②電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。

③材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價(jià)格低。

④在測溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。

目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測溫?zé)犭娮琛?/p>

2．鉑電阻

鉑電阻與溫度之間的關(guān)系接近于線性，在0～630．74℃范圍內(nèi)可用下式表示rt＝r0(1+at+bt2) (2-1)在-190～0℃范圍內(nèi)為rt＝r0(1+at+bt2十ct3) (2-2)式中，ro、rt為溫度0°及t°時鉑電阻的電阻值，t為任意溫度，a、b、c為溫度系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，a＝3．9684×10-3/℃，b＝-5．847×10-7／℃2，c＝-4．22×10-l2/℃3。由式(2-1)和式(2-2)看出，當(dāng)r0值不同時，在同樣溫度下，其rt值也不同。

3．銅電阻

在測溫精度要求不高，且測溫范圍比較小的情況下，可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50～150℃的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度成線性關(guān)系，其電阻與溫度關(guān)系的表達(dá)式為rt＝r0(1+at) (2-3)式中，a＝4．25×10-3～4．28×10-3℃為銅電阻的溫度系數(shù)。