温度传感器种类、原理、应用特性介绍

众所周知，传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。

在所有的传感器当中，最常用的类型是那些检测温度或热量的传感器，也就是温度传感器，它们的应用非常广泛，从控制家用热水加热系统的简单开/关恒温设备到可以控制复杂过程控制炉设备的高灵敏度半导体类型不等。

目前有许多不同类型的温度传感器，并且根据其实际应用具有不同的特性。按照物理构造类型来看，温度传感器可以分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器。

• 接触式温度传感器类型；这些类型的温度传感器需要与被感测对象物理接触，并使用传导来监测温度变化。它们可用于在很宽的温度范围内检测固体、液体或气体。
• 非接触式温度传感器类型；这些类型的温度传感器使用对流和辐射来监测温度变化。它们可用于检测液体和气体，这些液体和气体随着热量的升高和冷在对流中沉降到底部而发射辐射能，或者检测以红外辐射（太阳）形式从物体传输的辐射能。

当然，无论是接触式还是非接触式温度传感器，也可以细分为以下三组传感器，即机电式、电阻式和电子式，下面简单来介绍下。

1、恒温器

恒温器是一种接触式机电温度传感器或开关，基本上由两种不同的金属组成，例如镍、铜、钨或铝等，它们粘合在一起形成双金属条。当带材受热时，两种不同金属的不同线性膨胀率会产生机械弯曲运动。

双金属条本身可用作电气开关或作为操作恒温控制中电气开关的机械方式，并广泛用于控制锅炉、熔炉、热水储罐以及车辆中的热水加热元件散热器冷却系统。

恒温器由两种热度不同的金属背靠背粘在一起组成。当温度较低时，触点闭合，电流通过恒温器。当它变热时，一种金属比另一种金属膨胀得更多，粘合的双金属条向上（或向下）弯曲，打开触点，防止电流流动。

2、热电偶（电阻式温度检测器）

热电偶是一种温度传感器，它是通过在一端连接两种不同的金属制成的，连接端称为HOT JUNCTION（热端），另一端称为COLD JUNCTION（冷端）。冷端在热电偶材料的最后一点形成，如果热端和冷端之间存在温差，则会产生一个小的电压。该电压被称为EMF（电动势），可以测量并反过来用于指示温度。

3、RTD

RTD是一种温度传感装置，其电阻随温度而变化。通常由铂制成，虽然由镍或铜制成的设备并不少见，但RTD可以采用许多不同的形状，如绕线、薄膜。要测量RTD上的电阻，请施加恒定电流，测量产生的电压，然后确定RTD电阻。RTD对温度曲线表现出相当线性的电阻在它们的工作区域内，任何非线性都是高度可预测和可重复的。

PT100 RTD评估板使用表面贴装RTD测量温度，外部 2、3或4线PT100也可以与偏远地区的温度测量相关联。RTD使用恒流源偏置。为了减少由于功耗引起的自热，电流幅度适中。

如下图所示的电路是恒流源，采用参考电压，一个放大器，一个PNP晶体管。

4、热敏电阻

与RTD类似，热敏电阻是一种温度传感装置，其电阻随温度变化，不过热敏电阻由半导体材料制成。电阻的确定方式与RTD相同，但热敏电阻呈现出高度非线性的电阻与温度曲线。因此，在热敏电阻的工作范围内，可以看到非常小的温度变化带来的大电阻变化。这使得设备成为高度敏感的设备，非常适合设定点应用。

5、传感器IC

有各种各样的温度传感器IC可用于简化尽可能广泛的温度监测，这些硅温度传感器在几个重要方面与上述类型有很大不同。首先是工作温度范围，温度传感器IC可在-55°C至+150°C的标称IC温度范围内工作。

第二个主要区别是功能，硅温度传感器是一种集成电路，因此可以在与传感器相同的封装内包含大量信号处理电路。无需为温度传感器ICS添加补偿电路。其中一些是具有电压或电流输出的模拟电路。

此外，数字输出传感器通常包含温度传感器、模数转换器 (ADC)、两线数字接口和用于控制IC操作的寄存器。温度是连续测量的，可以随时读取。如果需要，主处理器可以指示传感器监控温度，如果温度超过编程限制，则将输出引脚设为高（或低）。因此，数字输出传感器可用于基于微处理器的系统中的可靠温度监测。

除了以上几种类型的温度传感器之外，还有包括半导体结传感器、红外线和热辐射传感器、医用温度计、指示器和变色墨水或染料，这些都是温度传感器的主要类型，而且应用都非常广泛。

总结

在实际应用中，温度是最常测量的环境量，因为大多数物理、电子、化学、机械和生物系统都会受到温度的影响。某些化学反应、生物过程，甚至电子电路在有限的温度范围内表现最好。温度是最常测量的变量之一，因此有多种检测方法也就不足为奇了。温度感测可以通过直接接触热源或远程进行，而无需使用辐射能量直接接触热源，因而温度传感器也就被广泛的应用。