温度传感器的特性与分类以及结构详解

　　前言：温度压力传感器是由温度敏感元件和检测线路组成的。温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器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，从而达到测温的目的。

　　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进行测量控制。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。

　　温度传感器的特性

　　温度传感器是检测温度的器件，被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，其种类多，发展快．温度传感器一般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，可进行遥测，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温度变化的特性来测量物体的温度，被广泛用于家用电器、汽车、船舶、控制设备、工业测量、通信设备等．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/电压特性随温度变化的半导体集成传感器；有利用光纤传播特性随温度变化或半导体。

　　透光随温度变化的光纤传感器；有利用弹性表面波及振子的振荡频率随温度变化的传感器；有利用核四重共振的振荡频率随温度变化的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温度变化的传感器等． 非接触方式是通过检测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温度变化的热型传感器．非接触传感器广泛用于接触温度传感器、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

　　一、温度传感器热电偶的应用原理

　　温度传感器热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：

　　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，使用方便。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。

　　1．温度传感器热电偶测温基本原理　　

        将两种不同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之间存在温差时，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。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。

　　2．温度传感器热电偶的种类及结构形成

　　（1）温度传感器热电偶的种类

　　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，主要用于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。

　　（2）温度传感器热电偶的结构形式

　　为了保证温度传感器热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：

　　① 组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；

　　② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；

　　③ 补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠；

　　④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

　　3．温度传感器热电偶冷端的温度补偿

　　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，为了节省热 电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把温度传感器热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，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温度变化对测温的影响，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t0≠0℃时对测温的影响。

　　在使用温度传感器热电偶补偿导线时必须注意型号相配，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℃。

　　二、温度传感器热电阻的应用原理

　　温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

　　1．温度传感器热电阻测温原理及材料

　　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。

　　2．温度传感器热电阻的结构

　　（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采用三线制或四线制。

　　（2）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φ2~φ8mm，最小可达φmm。

　　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使用寿命长。

　　（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。

　　3．温度传感器热电阻测温系统的组成

　　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。必须注意以下两点：

　　①温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致

　　②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。

　　温度传感器的主要类型

　　温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器（见下表）。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。

　　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温度传感器具有很高的线性度 （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，但可以采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温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。