溫度是反應(yīng)物體冷熱狀態(tài)的參數(shù)，它與人們的生活密切相關(guān)，過高或者過低的溫度會(huì)給人體帶來不適，嚴(yán)重者甚至?xí){到生命。因此，對(duì)溫度的監(jiān)測十分重要。古時(shí)候人們就已經(jīng)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(jiān)測溫度的工具，通過觀察瓶中水的狀態(tài)變化判斷溫度的變化。隨著科技的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對(duì)溫度監(jiān)測的要求也越來越高，現(xiàn)如今，溫度傳感器作為監(jiān)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(diǎn)及應(yīng)用這四個(gè)方面來論述溫度傳感器。

1、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(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器品種繁多，主要分為四類，分別是熱電偶傳感器、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擬輸出和數(shù)字輸出兩種。溫度的測量及控制對(duì)提高工作效率、保證生產(chǎn)品質(zhì)以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

由于溫度傳感器是通過感知物體隨溫度變化而某種特性發(fā)生變化測得的，因而能當(dāng)作溫度傳感器的材料有很多，如電阻的阻值可以隨著溫度的變化而變化，物質(zhì)的熱脹冷縮等，因而隨著科技的發(fā)展，越來越多的溫度傳感器會(huì)不斷出現(xiàn)在人們的身邊。下面我們主要介紹四大類溫度傳感器。

2、熱電偶傳感器

兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)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(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)。熱電偶測溫度的基本原理是當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)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，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動(dòng)勢稱為熱電動(dòng)勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。根據(jù)熱電動(dòng)勢與溫度的函數(shù)關(guān)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。它的測量范圍大，一般是-200℃~1300℃，特殊情況下最低測量溫度可達(dá)-270℃，最高測量溫度達(dá)2800℃。除此之外，熱電偶傳感器機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性好，制作工藝簡單，價(jià)格便宜，在許多領(lǐng)域都能見識(shí)到它的身影。

根據(jù)熱電偶傳感器的特性要求熱電偶的材料溫度測量范圍廣，溫度線性度好，測量準(zhǔn)確度高，輸出熱電動(dòng)勢大，熱電性能穩(wěn)定，物理化學(xué)性能好，不蒸發(fā)抗氧化等等。我國標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶有六種，分別是銅-康銅，鎳鉻-考銅，鎳鉻-鎳硅，鎳鉻-鎳鋁，鉑銠10-鉑，鉑銠30-鉑銠6。

3、熱敏電阻傳感器

熱敏電阻是敏感元件的一類，熱敏電阻的電阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變，與一般的固定電阻不同，屬于可變電阻的一類，廣泛應(yīng)用于各種電子元器件中。不同于電阻溫度計(jì)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(shù)熱敏電阻器在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。熱敏電阻通常在有限的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(diǎn)是靈敏度高，電阻溫度系數(shù)比金屬大十倍以上，工作范圍廣，目前最高能測2000℃，最低能測-273℃。且熱敏電阻體積小，使用方便，易加工成復(fù)雜形狀，可大批量生產(chǎn)。

4、電阻溫度檢測器

一種物質(zhì)材料做成的電阻，它會(huì)隨溫度的上升而改變電阻值，如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數(shù)，如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負(fù)電阻系數(shù)。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

電阻式溫度檢測器是最準(zhǔn)確的溫度傳感器之一，它不僅提供良好的精度，也提供了出色的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。大多OMEGA的標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度檢測器都符合DIN-IEC B類標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，電阻溫度檢測器還相對(duì)防止電氣噪聲，因此非常適合在工業(yè)環(huán)境中的溫度測量，特別是在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)及其他高壓設(shè)備的周圍使用。

圖3 電阻溫度檢測器

5、IC溫度傳感器

- 模擬溫度傳感器

圖4 模擬溫度傳感器

常見的模擬溫度傳感器有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，供電電壓范圍是3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí)，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輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。

-數(shù)字式溫度傳感器

輸出為占空比的數(shù)字溫度傳感器采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用PTAT結(jié)構(gòu)，這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有精確的，與溫度相關(guān)的良好輸出特性。PTAT的輸出通過占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號(hào)，占空比與溫度的關(guān)系如下式：DC=0.32+0.0047*t，t為攝氏度。輸出數(shù)字信號(hào)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號(hào)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(yōu)于0.005K。測量溫度范圍-45到130℃，故廣泛被用于高精度場合。

圖5 數(shù)字式溫度傳感器

若是采用數(shù)字式接口的溫度傳感器，則可通過單線和微處理器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的傳送，輸出的方波信號(hào)具有正比于絕對(duì)溫度的周期，利用微處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器測出周期后就可計(jì)算出溫度。

可多點(diǎn)檢測、直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器一般在芯片上分別設(shè)置了一個(gè)振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器和一個(gè)溫度系數(shù)較小的振蕩器。在溫度較低時(shí)，由于溫度系數(shù)較小的振蕩器開門時(shí)間較短，因此溫度測量值較小，當(dāng)溫度較高時(shí)，其計(jì)數(shù)值增大，上述計(jì)數(shù)值基礎(chǔ)上再加上一個(gè)同實(shí)際溫度差的校正數(shù)據(jù)構(gòu)成了精密的數(shù)字式溫度傳感器。

6、溫度傳感器的應(yīng)用

在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用——車用傳感器是汽車電子設(shè)備的重要組成部分，它們擔(dān)負(fù)著信息收集的任務(wù)。在汽車電噴發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)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(gè)炎熱的夏天，你坐著一輛沒有空調(diào)的車去往你的目的地，這是一件多么恐怖的事。因此，車用溫度傳感器必不可少。

在家用電器中的應(yīng)用——溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器，如微波爐、空調(diào)、油煙機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、烤面包機(jī)、電磁爐、炒鍋、冰箱、熱水器、飲水機(jī)、洗衣機(jī)等等。

在醫(yī)藥方面的應(yīng)用——現(xiàn)如今，諸多藥品的研發(fā)與生產(chǎn)也開始對(duì)溫度有了要求，如何保證藥品在研發(fā)到運(yùn)輸?shù)酱鎯?chǔ)或食用這幾個(gè)階段內(nèi)依舊安全有效，醫(yī)藥鏈溫度監(jiān)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。

7、總結(jié)

溫度傳感器種類數(shù)量繁多，功能強(qiáng)大，已經(jīng)深深的影響并改變了人們的生活。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功能越來越強(qiáng)大且完善的溫度傳感器會(huì)使人們的生活水平越來越高，會(huì)給人們帶來越來越多的便利，也會(huì)給人們的生命安全帶來更多的保障。
責(zé)任編輯人：CC?