温度传感器的特性与分类及结构详解

  直接与待测物体接触，来敏感被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，进而达到测温的目的。

  传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过一定的接口电路转换后输出模拟电压或电流信号，利用这些电压或电流信号即可做测量控制。而将模拟温度传感器与数字转换接口电路集成在一起，就成为具有数字输出能力的数字温度传感器。随着半导体技术的迅猛发展，半导体温度传感器与相应的转换电路、接口电路以及各种其它功能电路逐渐集成在一起，形成了功能强大、精确、价廉的数字温度传感器。

  温度传感器是检测温度的器件，被大范围的使用在工农业生产、科学研究和生活等领域，其种类多，发展快．温度传感器大体上分为接触式和非接触式两大类．所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触进行温度测量，这是温度测量的基本形式．而非接触式是测量物体热辐射而发出的红外线从而测量物体的温度，可做遥测，这是接触方式所做不到的． 接触式温度传感器有热电偶、热敏电阻以及铂电阻等，利用其产生的热电动势或电阻随气温变化的特性来测量物体的温度，被大范围的使用在家用电器、汽车、船舶、控制设备、工业测量、通信设施等．另外，还有一些新开发研制的传感器，例如，有利用半导体PN 结电流/电压特性随气温变化的半导体集成传感器；有利用光纤传播特性随气温变化或半导体。

  透光随气温变化的光纤传感器；有利用弹性表面波及振子的振荡频率随气温变化的传感器；有利用核四重共振的振荡频率随气温变化的NQR 传感器；有利用在居里温度附近磁性急剧变化的磁性温度传感器以及利用液晶或涂料颜色随气温变化的传感器等． 非接触方式是通过检验测试光传感器中红外线来测量物体的温度，有利用半导体吸收光而使电子迁移的量子型与吸收光而引起气温变化的热型传感器．非接触传感器大范围的使用在接触温度传感器、辐射温度计、报警装置、来客告知器、火灾报警器、自动门、气体分析仪、分光光度计、资源探测等． 公司专业生产各种温度传感器系列：热电偶、热电阻、双金属温度计、温度变送器系列等，欢迎客户前来选型。温度传感器原理

  ①测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

  ②测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

  ③构造简单，使用起来更便捷。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

  将两种不一样的材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间有温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶是利用这一效应来工作的。

  常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶两大类。所谓标准温度传感器热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的温度传感器热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化温度传感器热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化温度传感器热电偶，一般也没有统一的分度表，大多数都用在某些特殊场合的测量。标准化温度传感器热电偶 我国从1988年1月1日起，温度传感器热电偶和温度传感器热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化温度传感器热电偶为我国统一设计型温度传感器热电偶。

  由于温度传感器热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节约热 电偶材料，减少相关成本，一般会用补偿导线把温度传感器热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度较为稳定的控制室内，连接到 仪表端子上。必须指出，温度传感器热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使温度传感器热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端气温变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00℃时对测温的影响。

  在使用温度传感器热电偶补偿导线时一定要注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与温度传感器热电偶连接端的温度不能超过100℃。

  温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特征是测量精度高，稳定性很高。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅大范围的应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

  温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制造成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。如Omega公司的PT100温度传感器，就包含一个100欧姆的铂金电阻温度探头。

  （1）精通型温度传感器热电阻 工业常用温度传感器热电阻感温元件（电阻体） 从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般都会采用三线）铠装温度传感器热电阻 铠装温度传感器热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为2~8mm，最小可达mm。

  与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④常规使用的寿命长。

  （3）端面温度传感器热电阻 端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

  （4）隔爆型温度传感器热电阻 隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

  温度传感器热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成。一定要注意以下两点：

  热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从-200℃到2000℃。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。

  RTD精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作时候的温度只能达到400℃左右。它们也有很大的TC，且价格昂贵（是热电偶的4～10倍），并且需要一个外部参考源。

  模拟输出IC温度传感器具备极高的线性度 （如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出）、低成本、高精度（大约1［［%］］）、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限（-55℃～＋150℃），并且需要一个外部参考源

  数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢（100 ms数量级）。虽然它们固有地会自身发热，但能够使用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。

  与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具备极高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，可提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。