温度传感器
温度传感器
1.温度传感器概述温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
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。
1.热电偶热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。
对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。
这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。
这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。
由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。
不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。
热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。
对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏/℃之间。
2.热敏电阻热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。
温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。
但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。
制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。
热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。
但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。
热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度，有较好的精度，但它比热偶贵，可测温度范围也小于热偶。
一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ，每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。
注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。
它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。
尺寸小对于有空间要求的应用是有利的，但必须注意防止自热误差。
3.电阻传感器电阻传感器热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。
各种温度传感器分类及其原理
各种温度传感器分类及其原理温度传感器是一种集成电路或器件，用于测量环境或物体的温度。
根据其工作原理和分类，常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶、热电阻、红外线传感器以及半导体温度传感器等。
1. 热敏电阻（Thermistor）热敏电阻是一种元件，其电阻值随温度的变化而变化。
根据电阻与温度之间的关系，热敏电阻分为两种类型：负温度系数（NTC）热敏电阻和正温度系数（PTC）热敏电阻。
NTC热敏电阻的电阻值随温度的升高而下降，常用于测量环境温度。
PTC热敏电阻的电阻值随温度的升高而增加，常用于过载保护和温度控制。
2. 热电偶（Thermocouple）热电偶是由两种不同金属线组成的开路回路。
当热电偶的两个接头处于不同温度下时，会产生温差电势。
该电势与两个接头之间的温差成正比。
通过测量温差电势，可以计算出温度值。
热电偶具有广泛的测温范围和较高的准确性，因此被广泛应用于工业领域。
3.热电阻（RTD）热电阻是一种利用材料的电阻与温度之间的关系来测量温度的传感器。
常见的热电阻材料是铂（Pt），因为铂的电阻与温度之间的关系比较稳定和预测性好。
热电阻的工作原理是利用热电阻材料的电阻随温度的变化而变化，通过测量电阻值来计算温度。
4. 红外线传感器（Infrared Sensor）红外线传感器是利用物体释放的热辐射来测量温度的传感器。
红外线传感器可以通过测量物体辐射的红外线能量来计算出物体的温度。
红外线传感器常用于非接触式测温，特别适用于测量高温、移动对象或远距离测温。
5. 半导体温度传感器（Semiconductor Temperature Sensor）半导体温度传感器是利用半导体材料的电特性随温度变化而变化的传感器。
根据不同的半导体材料和工作原理，半导体温度传感器可以分为基于PN结的温度传感器（比如二极管温度传感器）、基于电压输出的温度传感器（比如温度传感器芯片）以及基于电流输出的温度传感器（比如恒流源温度传感器）等。
温度传感器的特性及应用
1
GND
4 LM358AN 6
Vo
GND
R1
47k
五、注意事项
1. 实验中要小心操作，避免人身和仪器受损。从设计者和使用者的双重角度细心 观察仪器，以利于今后的学习和课题研究、设计任务；
2. 发现异常情况应立即切断电源，并及时报告老师；
3. 标准温度测量可以将万用表调整到温度测量档，并直接读数；
4. 测量时应注意控制温度缓慢增加，并在每个测量点上多停留一些时间，待作为 标准温度测量仪的万用表读数稳定后，再将其切换到电压档，读出相应的电压 值。
2. 假如希望NTC热敏电阻两端的电压与热敏的电阻成 正比，应当如何修改电路。
3. 根据测得的数据计算出测量所用PN结在温度每变化 1C时实际的电压变化值(放大器的增益约为4.7)。
4. 评价和比较PN结与NTC热敏电阻测温电路的特点和 异同。
5. 分析一下两种测温电路的误差来源。 6. 如果要在图2中电路的基础上制作一个0~100C的温
NTC热敏电阻
-
+
IN4148二极管
设备、器件介绍
半导体致冷片
+
侧面
-
正面
三、实验准备
1. 半导体致冷片的连接： （1）稳流：将稳压/稳流电源的一组电源调节到稳流输出状态，并使之处 于电流最小的位置。然后关闭电源； （2）极性：将半导体致冷片二根引线中的红色线接稳压电源的正极，黑 色线接负极； （3）试验：经检查无误后，开启稳压/稳流电源，并缓慢调节输出电流至 100mA左右，用手接触半导体致冷片的两面(冷端和热端)，体验致冷片两 面的温差，并据此确认致冷片冷端和热端。调节稳压/稳流电源的输出电 流(最大允许到2A)，感觉温差的变化； （4）复位：减小稳压/稳流电源的输出电流至0，切断电源，让致冷片恢 复常温，准备后面的实验。
温度传感器的种类与用途
01
温度传感器的基本概念与分类
温度传感器的定义与原理
温度传感器的原理多种多样，包括热敏电阻、热电偶、光纤传感等
• 不同原理的温度传感器适用于不同的测量场景和范围
温度传感器是一种测量和监控温度的装置
• 通过将温度转换为可测量的物理量（如电阻、电压、电流等） • 利用传感器的特性将温度信息转换为可读数据
03
温度传感器的应用领域与实例
工业领域的温度传感器应用
01
钢铁工业： 测量熔炉、
锅炉等设
备的温度
石油化工： 测量管道、
02
储罐等设
备的温度
电力工业：
03
测量发电
机、变压
器等设备
的温度
制造业：
测量各种
04
加工设备
的温度
家用电器中的温度传感器应用
空调：测量室 内温度，控制 空调的运行状
态
01
冰箱：测量冰 箱内部温度， 控制制冷系统
温度传感器的分类方法
根据测量原理分类
• 热敏电阻温度传感器：利用热敏电阻随 温度变化的特性测量温度 • 热电偶温度传感器：利用热电偶效应测 量温度 • 光纤温度传感器：利用光纤传输特性测 量温度
根据测量范围分类
• 低温温度传感器：测量范围在-200℃ 至0℃之间 • 中温温度传感器：测量范围在0℃至 1000℃之间 • 高温温度传感器：测量范围在1000℃ 以上
温度传感器的市场需求与预测
随着全球经济的不断发展，温度传感器 的市场需求将持续增长
预测未来几年，温度传感器市场将保持 稳定增长，各类温度传感器将有更大的 应用空间
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温度传感器特点及使用场合
温度传感器特点及使用场合温度传感器是一种广泛应用于工业、医疗、农业等领域的传感器。
它能够感知周围环境的温度，并将温度转化为电信号输出，从而实现对环境温度的监测和控制。
本文将从温度传感器的特点和使用场合两个方面进行详细介绍。
一、温度传感器的特点1.高精度温度传感器具有较高的精度，能够准确地测量环境中的温度变化。
这种高精度使得它在许多应用场合中都能发挥重要作用，比如在医疗设备中需要对体温进行精确测量时，就需要使用高精度的温度传感器。
2.灵敏快速温度传感器具有灵敏快速的特点，能够迅速地反应环境中的温度变化。
这种特性使得它在许多需要实时监测和控制环境温度的场合中得到广泛应用，比如在工业生产过程中需要对物料或设备进行实时监测和控制时，就需要使用灵敏快速的温度传感器。
3.稳定可靠温度传感器具有稳定可靠的特点，能够长期稳定地工作，不受环境影响。
这种稳定可靠性使得它在许多重要的应用场合中得到广泛应用，比如在航空航天、国防和医疗等领域，需要对关键设备或系统进行长期稳定监测时，就需要使用稳定可靠的温度传感器。
4.多种类型温度传感器有多种类型，包括热电偶、热敏电阻、红外线测温等。
每种类型的传感器都有其独特的优点和适用范围。
比如热电偶具有较高的灵敏度和响应速度，适用于高温环境下的测量；而热敏电阻则具有较高的精度和稳定性，适用于低温环境下的测量。
二、温度传感器的使用场合1.工业生产在工业生产过程中，需要对物料或设备进行实时监测和控制。
其中包括对环境温度进行监测和控制。
比如在钢铁生产过程中需要对高炉内部温度进行实时监测和控制，以确保生产过程的稳定和安全；在电子产品生产过程中需要对设备温度进行实时监测和控制，以确保产品质量。
2.医疗设备在医疗设备中，需要对患者的体温进行精确测量。
比如在手术室中需要对患者体温进行实时监测，以确保手术过程的安全和顺利；在ICU 中需要对患者体温进行长期稳定监测，以及时发现并处理患者病情变化。
3.农业生产在农业生产中，需要对环境温度进行监测和控制。
5、温度传感器
2.1 温度测量概述 2.2 热电偶传感器 2.3 热电阻式传感器 2.4 热敏电阻传感器
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。 在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广 泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流 程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。
=30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得 T=770℃。
习题：
1、什么是金属导体的热电效应？试说明热电偶的测温原理。
2、说明热电偶的基本定律的含义及它们的实用价值。
3、用镍铬-镍硅热电偶测量温度，已知冷端温度为400C，用 高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mv，求被测点 的温度。
具有中间导体的热电偶回路
• (2)中间温度定律
• 在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自由端温度
为T0，中间温度为Ｔ0′，如图所示。则T，T0热电势等于 T，T0′与T0′，T0热电势的代数和。即
•
EAB(T,T0)=EAB(T,T0′)+EAB(T0′,T0)
• 运用该定律若冷端温度不为00C时，则实际T0可视为中间 温度。
达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电 位差，即接触电势eAB。
热电偶的接触电势
（2）温差电动势
导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能， 因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电 势称为单一导体的温差电势。
对于单一导体，如果两端温度分别为T、T0，且 T>T0。
单一导体温差电势
热电偶回路中产生的总热电势： EAB(T,T0) = EAB(T) + EB(T,T0) - EAB(T0) - EA(T,T0)
温度传感器
热电式温度传感器的优点是：实现了非接触式测值，不为红外线的 波长所左右，可获得稳定的检测灵敏度。可以实现对高、低温物体以及移 动中的气体、液体、固体状态的检测对象的远程温度测量。另外，这种温 度传感器使用简单、价格便宜。
机电一体化
图3-19 热敏电阻器的各种形状 表3-3示出了常用热敏电阻器的种类和特性，可以看出，随着温 度的升高，有在特定温度下阻抗急剧增加的PTC型，有在特定温度下阻 抗急剧减小的CTR型，以及阻抗随温度按指数规律减的NTC型等。PTC 型不能在宽广的温度范围内作为温度传感器使用，但是与NTC型相比 较，其温度系数高出接近一个数量级，因此常作为定温温度传感器使用。 作为定温温度传感器使用的还有CTR型，只是其阻抗在特定温度下不是 急剧增加，而是急剧减小。由于PTC型热敏电阻器具有特异的阻抗一温 度特性，因此广泛应用于电饭锅、干燥机、干燥器等很多种工业制品中， 作为温度传感器使用。
作为定温温度传感器使用的还有CTR型，只是其阻抗在特定温度下 不是急剧增加，而是急剧减小。由于PTC型热敏电阻器具有特异的阻抗 一温度特性，因此广泛应用于电饭锅、干燥机、干燥器等很多种工业制 品中，作为温度传感器使用。
表3-3 热敏阻器的种类与特性
种类 特性
NT 随着温度升高阻抗值 C 减小的负温度系数
热电偶具有以下优点：比较便宜、容易买到，测量方法简单、测 温精度高，测量时间上的滞后小，可以实现很宽范围内的温度测量( 与热敏电阻等相比)。可以选用与灵敏度和寿命等状况相适应的热电 偶类型。利用热电偶可以进行小型被测物和狭窄场所的测温，可以进 行较长距离(即被测物体与测温仪表之间的距离较远)的温度测量，对 于测量电路到测温仪表中间的电路，即使局部的温度发生变化，也基 本上不会对测定值造成影响。图3-22示出了典型热电偶的热电动势温度特性。
常用温度传感器
医疗健康：监测人体体温辅 助诊断疾病
农业种植：监测土壤和空气 温度优化种植环境
Prt Three
热电偶温度传感器
热电偶工作原理
热电偶由两种不同的金属或金属合金组成 当两种金属或金属合金的温度不同时会产生电压 电压的大小与温度差成正比 热电偶通过测量电压来测量温度
热电偶种类及材料
热电偶种类：K型、J型、T型、E型等 K型热电偶：镍铬-镍硅适用于高温环境 J型热电偶：铁-康铜适用于中低温环境 T型热电偶：铜-康铜适用于低温环境 E型热电偶：镍铬-康铜适用于中低温环境 热电偶材料：镍铬、镍硅、铁、康铜等
汽车电子：发动机温度监测、 空调温度控制等
Prt Six
红外线温度传感器
红外线温度传感器工作原理
红外线辐射： 物体温度越高 辐射的红外线
越多
传感器接收： 红外线温度传 感器接收物体 辐射的红外线
信号处理：传 感器将接收到 的红外线信号 转换为电信号
显示温度：将 电信号处理后 显示为物体温
度
红外线温度传感器种类及特点
热敏电阻工作原理
热敏电阻是一种半导体器件其电阻随温度变化而变化 热敏电阻的电阻随温度升高而减小随温度降低而增大 热敏电阻的电阻变化率与温度变化率成正比 热敏电阻的电阻变化率可以通过测量电阻值来计算从而得到温度值
热敏电阻种类及材料
正温度系数热敏电阻（PTC）：由半导体材料制成电阻随温度升高而增大 负温度系数热敏电阻（NTC）：由金属氧化物制成电阻随温度升高而降低 临界温度系数热敏电阻（CTR）：由半导体材料制成电阻随温度升高而减小 热敏电阻材料：包括陶瓷、金属氧化物、半导体等
红外线温度传感器应用场景及注意事项
应用场景：工业生产、医 疗健康、环境监测等领域
温度传感器分类与特点
温度传感器分类与特点1.热电阻温度传感器（RTD）：热电阻温度传感器是一种基于电阻值随温度变化的原理工作的传感器。
常见的热电阻材料有铂（Pt100、Pt1000）、镍（Ni100、Ni1000）等。
热电阻温度传感器具有较高的精度、较宽的测量范围和较好的线性特性。
但是，它们的响应时间较慢，对环境干扰较为敏感。
2.热敏电阻温度传感器（NTC）：热敏电阻温度传感器是一种采用热敏电阻材料工作的传感器，其电阻值随温度变化。
常见的热敏电阻材料有氧化锡（SnO2）、氧化镁（MgO）等。
热敏电阻温度传感器具有较高的灵敏度和较低的成本，适用于大量应用场合。
但是，由于其非线性特性，需要进行校准和补偿，测量精度相对较低。
3.热电偶温度传感器：热电偶温度传感器是基于两种不同金属的电动势随温度变化的原理工作的传感器。
常见的热电偶有铜-铜镍（Type T）、铁-铜镍（Type J）等。
热电偶温度传感器具有较大的测量范围、良好的线性特性和较快的响应速度。
但是，由于热电偶两端的接触材料不同，容易受到外界电磁干扰的影响。
4.热电堆温度传感器：热电堆温度传感器是一种由多个热电偶组成的传感器，用于测量较高温度下的温度变化。
热电堆温度传感器具有较高的测量精度和较大的温度范围，适用于高温环境。
但是，由于需要多个热电偶的组合，造成了较高的成本。
5.红外温度传感器：红外温度传感器是一种基于物体放射出的红外线辐射功率与其温度成正比的原理工作的传感器。
红外温度传感器具有非接触式测量、快速响应和长测量距离等特点。
但是，其测量精度受到环境因素的影响较大，同时需要针对不同物体进行校准。
总的来说，不同类型的温度传感器各具特点，适用于不同的应用场合。
选择合适的温度传感器需要根据测量范围、精度要求、响应速度以及环境干扰等因素综合考虑。
温度传感器简介
NTC温度传感器
规格型号表示方法： ××× - CWF ××× × ×××× × × ×××× × × ① ② ③ ④ ⑤ ⑥⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ①公司标示记号； ②NTC热敏电阻负温度传感器标示符号； ③标称电阻值为25度时的数值,单位为欧姆，前两位数字表示电阻值的有效数字，第三位数字 表示其后零的个数； ④电阻值公差符号（%）； 记号 电阻值公差 E ±0.5 F ±1.0 G ±2.0 H ±3.0 J ±5.0 K ±10 X 特殊公差
热电阻传感器：金属随着温度变化，其电阻 值也发生变化。对于不同金属来说，温度每变化 一度，电阻值变化是不同的，电阻值可以直接作 为输出信号，从而测量出温度值。 优点：具有准确度高、输出信号大、灵敏度 高、测温范围广、稳定性好、无需参考点。 应用：在流程工业中有大量应用。
热电偶传感器：热电偶由两个不同材料的金属线组 成，两种导体接触在一块，结点处会有一个稳定的电动 势；同一导体，两端温度不同，两端间有一定大小的电 动势，就可以准确知道加热点的温度。其温度测量回路 由热电偶、补偿导线及测量仪表构成。 优点：具有工作可靠、响应较快、易于使用、成本 低、测温范围广、适于远距离测控 。 应用：在电力、化工、石油等工业场合应用较普遍， 广泛用来测量-200℃～1300℃范围内的温度。
常用热电阻 ： 使用范围：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改进后可连续工作 2000h，失效率小于1％，使用期为10年。 精度：A 级 0℃ < ±0.15℃: -100~ 100℃< ±0.35℃(理论电阻值) B 级 0℃ < ±0.3℃: -100~ 100℃< ±0.8℃ (理论电阻值) 电阻随温度变化率：0.003851Ω/℃ 绝缘电阻：>200MΩ 供电电流：<2mA 外壳材料：不锈钢 测量介质：与不锈钢兼容的气体和液体 温度极限：120％ 额定温度范围 (持续30秒不损坏)
常用温度传感器
一、 热电阻的测温原理
热电阻效应：
物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象。
热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特 性来进行温度测量的。
金属的电阻温度系数为正值，如图。
因为：在金属中，载流子为自由电子， 当温度升高时，每个自由电子的动能 将增加，因而在一定的电场作用下， 要使这些杂乱无章的电子作定向运动 就会遇到更大的阻力，导致金属电阻 值随温度的升高而增加 。
➢当介质流动时，由于介质流动要带走热 量， Rt1所耗散的热量与被测介质的平均 流速成正比。因而Rt1温度下降，引起电阻 下降，电桥失去平衡，检流计有相应指示， 可用流量或流速标定。
突断型温度传感器
➢ 电热水壶接通电源加热 后，水温逐步上升到100度， 水开始沸腾，蒸汽冲击蒸 汽开关上面的双金属片， 由于热胀冷缩的作用，双 金属片膨胀变形，顶开开 关触点断开电源。 ➢ 如果蒸汽开关失效，壶 内的水会一直烧下去，直 到水被烧干，发热元件温 度急剧上升，位于发热盘 底部的有两个双金属片， 会因为热传导作用温度急 剧上升，膨胀变形，断开 电源。
R2 R1 Rt R3
二、热电阻材料、结构及参数
1、热电阻材料 对电阻体材料的基本要求：
➢电阻温度系数大----提高灵敏度 ➢电阻率尽可能大----减小电阻尺寸 ➢材料的化学、物理性质稳定----减小误差 ➢材料易于加工----提高工艺性
较为广泛应用的电阻体材料有： 铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜 。
如果热电阻安装的位置与仪表相距较远， 当环境温度变化时，其连接导线电阻也要 变化。为消除连接导线电阻变化带来的测 量误差，测量时采用三线制连接法。除了 三线制接法，另外还有四线制接法，主要 用于精密测量。
(Rt 2r)R2 R1R3 R2 R1
温度传感器原理及应用
温度传感器原理及应用
温度传感器是一种用于测量环境或物体温度的设备。
其原理是基于物质的热特性，在不同温度下产生特定的电信号。
下面将介绍常见的温度传感器原理及其应用。
1. 热敏电阻温度传感器原理：
热敏电阻温度传感器利用材料在温度变化时产生的电阻变化来测量温度。
常见的热敏电阻材料有铂、镍、铜等。
随着温度的升高，热敏电阻的电阻值会减小，反之则增大。
热敏电阻温度传感器广泛应用于家用电器（如空调、冰箱）、工业自动化（如温度控制系统）、医疗设备以及气象观测等领域。
2. 热电偶温度传感器原理：
热电偶利用两种不同金属导线的热电势差随温度变化的特性进行温度测量。
当两个不同金属的接触点处于不同温度时，就会产生电势差。
热电偶温度传感器被广泛应用于石油化工、冶金、电力等高温环境下的温度测量。
3. 红外线温度传感器原理：
红外线温度传感器利用物体的辐射能谱与温度之间的关系来测量物体的表面温度。
红外线温度传感器可以无接触地实时测量目标物体的温度。
红外线温度传感器广泛应用于食品加工、医疗、安防监控以及火灾预警等领域。
总之，温度传感器通过不同的工作原理实现对温度的测量，具有广泛的应用领域。
热敏电阻温度传感器适用于一般温度测量，热电偶温度传感器适用于高温环境温度测量，红外线温度传感器适用于无接触测温场景。
温度传感器的介绍
3
在农业和食品工业中，温 度传感器被用于监测和控 制农产品的储存温度、食 品加工过程中的温度等。 这些温度传感器可以帮助 确保农产品的质量和安全， 以及食品加工过程中的效
率和品质
结语
01
02
此外，随着智能家居和楼宇自动化系统的 不断发展，温度传感器也越来越多地应用 于这些领域。这些温度传感器可以与智能 家居系统相连，通过手机或平板电脑等设 备进行远程控制和监测，帮助人们更加便 捷地管理家居环境的温度
2
应用领域
7
应用领域
医疗领域：温度传感器在医疗领域的 应用非常广泛，例如体温计、血液分 析仪、呼吸分析仪等等都需要温度传 感器来测量患者的体温或环境温度
能源管理：在能源管理领域，温度 传感器可以帮助监测和控制能源的 使用情况，例如智能家居系统、楼 宇自动化系统等等
工业领域：在工业领域，温度传 感器也被广泛应用于各种设备和 机器的温度监测和控制，例如锅 炉、化工反应釜、热力管道等等
一定的关系，可以被读取和记录
根据不同的材料和结构，温度传感器可以 分为多种类型，如热电阻、热电偶、半导 体温度传感器等等。其中，热电阻是通过 材料的电阻随温度变化的特性来测量温度； 热电偶则是利用两种不同材料在温度变化 时产生的热电势来测量温度；半导体温度 传感器则是利用半导体材料的电阻随温度
变化的特性来测量温度
温度传感器的介绍
-
我们的目录
1
2
3
4
工作原理 应用领域 展趋势 结语
温度传感器的介绍
温度传感器是一种用于测量 温度的设备，它能够将温度 转换为可以由计算机或其它 设备读取的电信号
温度传感器在许多领域都有 广泛的应用，包括医疗、工 业、环境监测、能源管理等 等
温度传感器简介
朱君妍 1333991
一、温度传感器介绍
温度传感器（temperature transducer）是 指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。 温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种 繁多。 温度传感器是五花八门的各种传感器中最 为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得 小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个 领域中，也为人们的生活提供了无数的便利和 功能。
双金属温度传感器
热电阻传感器
热电偶温度传感器
激光红外温度传感器
B、按传感器材料及电子元件特性分类
温度传感器
热电偶传感器
热敏电阻传感器
IC温度传感器
电阻温度检测器 （RTD）
模拟输出
数字输出
三、温度传感器的工作原理
接触式温度传感器： 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良 好的接触，又称温度计。 温度计通过传导或对流达 到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对 象的温度， 一般测量精度较高。 接触式温度传感器包括：双金属温度传感器、 液体温度计、热电阻温度传感器、热电偶温度传感 器、热敏电阻温度传感器 。
热敏电阻温度传感器 ：是一种电阻值随其温度 呈指数变化的半导体热敏感元件，分为电阻随温度 升高而增加的正温度系数PTC型，以及电阻随温度 升高而降低的负温度系数NTC型。 优点：灵敏度高、电阻值高、体积小、结构简 单、响应时间短、功耗小、价格低、化学稳定性好。 应用：现大量用于家电、汽车、HVAC采暖通 风、医疗、电信和特定工业场合的温度测量，少用 于工业上。
二、温度传感器的分类
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照 传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
A、按测量方式分类
温度传感器
温度传感器介绍
8
R4 29
10k 30 31
OPA2277P
PSEN ALE EA
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8
D5 D4 D3 D2 D1 D0
U2 P1.0
P1.1
PP11..1230 P1.46
P1.5
PP11..677
CLOCK START
EOC
AT89C51
D721 D620
19 18
8 15 14 17
OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8
PSEN ALE EA
key0 1 key1 2 key2 3 key3 4 key4 5 key5 6 key6 7 key7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C51
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
13温度传感器
⑷ 能量灵敏度G （W）
使热敏电阻的阻值变化1％所需耗散的功率。
⑸ 时间常数τ 温度为T 的
介温质度中为，T热0的敏热电敏阻电的阻温突度然增置量于
ΔT= 0.63 (T－T0) 时所需的时间。
⑹ 额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和 规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连 续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实
uBE
UG0
kTlnTr
q IF
uo1 uBE
A1的输出电压随环境温度的变化而变化。
Rp1：调节温度传感器的电流（要求十分稳定）；
A2对A1的输出再次放大，Rp2调节A2增益；
Rp3对电路进行校正，使环境温度为0oC时，输出电压为0V。
RC防止电路振荡。
五 集成(IC)
集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流、电压特性与 温度的关系，把感温PN结及有关电子线路集成在一个小硅 片上， 构成一个小型化、一体化的专用集成电路片。集成温 度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等优点。由 于PN结受耐热性能和特性范围的限制，它只能用来测150℃ 以下的温度。
2 三极管温度传感器
晶体管的基极－发射极电压 u BE 与集电极电流IC随温度
的关系满足下面公式：
uBEUG0
k TlnTr
q iC
UG0——三极管在绝对温度为 273K时的硅禁带宽度电压 ，约为 1.2V；α、r——由三极管结构决定，与温度无关。保持 Ic为定值
u 时， BE 与温度T呈近似线性关系，利用这一特性可制成晶体管
1K
R2
10K
vC
C
0.1uF
4
8
7
TH 6
3
盘点四种常用的温度传感器
盘点四种常用的温度传感器温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
设计中最常用的温度传感器有：热电偶传感器、热敏电阻传感器、铂电阻传感器(RTD)、集成（IC）温度传感器。
下图给出代表性的实物照片。
1. 热电偶传感器热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，由该原理可知热电偶的一个优势是其无需外部供电。
另外，热电偶还有测温范围宽、价格便宜、适应各种大气环境等优点，但其缺点是测量精度不高，故在高精度的测量和应用中不宜使用热电偶。
热电偶两种不同成份的材料连接是标准的，根据采用材料不同可分为K型热电偶、S型热电偶、E型热电偶、N型热电偶、J 型热电偶等等。
2. 热敏电阻传感器热敏电阻是敏感元件的一类，热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变。
按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）。
正温度系数热敏电阻（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件，被广泛应用于各种电子元器件中。
热敏电阻通常在有限的温度范围内可实现较高的精度，通常是-90℃〜130℃。
3. 铂电阻传感器铂电阻，又称为铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。
并且铂电阻阻值会随着温度的升高匀速有规律的变大。
铂电阻可分为PT100和PT1000等系列产品，PT100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，PT1000即表示它在0℃时阻值为1000欧姆。
铂电阻具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，被广泛应用于医疗、电机、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备中。
4. 集成(IC)温度传感器集成（IC）温度传感器是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及信号输出功能的专用IC。
温度传感器
温度传感器1. 什么是温度传感器？温度传感器是用于测量温度的一种传感器。
它们的作用是将温度转换为数字或电信号，以便电子设备可以读取并做出相应的反应。
温度传感器通常由许多不同的技术和组件制成，包括硅、热敏电阻、电子表和红外测温技术。
2. 温度传感器的种类2.1 热敏传感器主要由半导体材料制造，其特点是可以根据温度的变化来改变电阻的值。
常见的热敏传感器有热敏电阻、热电偶和热电阻等。
2.2 红外传感器通过检测物体发射的红外线来推断它的温度。
这种传感器通常被用于工业控制和医疗领域等需要测量远距离、高温度或速度的地方。
2.3 摆线传感器由材质伸缩时带动摆线轴转动而产生的位移变化来测量温度的传感器。
常见摆线传感器有基于壳体扩张和丝杆伸缩两种。
2.4 压敏传感器使用高温陶瓷或聚合物材料制作而成，可以通过材料的微变形来测量温度。
依靠互联网和移动通信传输数据，可用于大范围监测温度的变化。
3. 温度传感器的应用作为一种基本设备，温度传感器被广泛应用于各个领域。
以下列举几个常见的场景：3.1 家庭和商业应用温度传感器在家庭和商业应用中有着广泛的应用场景，例如空调、热水器等家电的温度控制，以及各种包括居民楼、医院、学校、大楼、商场在内的商业建筑的温度控制。
3.2 工业和制造业领域在工业和制造业领域，温度传感器主要用于测量和控制过程温度以及检测设备的运行状态。
3.3 医疗领域温度传感器在医疗领域中有着广泛的应用，如体温计和高科技的红外温度计。
3.4 航空航天领域温度传感器在航空航天领域中被广泛应用，如测量飞机发动机温度、航空发动机热损伤评估等。
4. 温度传感器的市场前景随着人们不断对生活质量的提高，温度控制技术在各行各业中的应用越来越广泛。
预计到2025年，全球温度传感器市场将达到47亿美元。
由于可靠性需求的提高，热敏电阻和红外传感器技术应用数量将增加，从而进一步促进市场增长。
结语总的来说，温度传感器已经成为生活中不可缺少的一部分。
温度传感器：温度传感器的类型
温度传感器：温度传感器的类型温度传感器是一种测量温度的仪器，广泛用于温控系统、温度自动控制仪和工业过程控制等领域。
温度传感器的类型根据测温原理和使用场景不同，可以分为多种类型。
1. 热电偶温度传感器热电偶温度传感器是利用热电效应来测量物体温度的一种传感器。
热电偶由两种不同金属接触后形成一个回路，当两种金属的温度不同时，就会产生电势差，通过测量这个电势差来计算温度。
热电偶能够在高温下工作，并且具有较高的测量精度和稳定性，因此被广泛应用于高温领域，比如炉温测量、火箭发射等。
2. 热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感器是通过测量抵抗值随温度变化的关系来测量物体温度的一种传感器。
热敏电阻的抵抗值随温度升高而减小，利用这种特性可以计算出物体的温度值。
热敏电阻温度传感器具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，广泛应用于家用电器、汽车等领域。
3. 热电阻温度传感器热电阻温度传感器是利用材料电阻率随温度变化的规律来测量物体温度的一种传感器。
热电阻的电阻值随温度升高而增加，根据这个规律我们可以测量物体的温度。
热电阻温度传感器具有精度高、稳定性好、响应速度快等特点，被广泛应用于航空航天、机械制造等领域。
4. 红外温度传感器红外温度传感器是利用物体表面的红外辐射来测量物体温度的一种传感器。
红外温度传感器可以非接触式地测量物体温度，对于高温、难以接近的物体检测非常有效。
热量来自于物体表面放射的红外辐射，红外温度传感器测得的温度值就是该表面的温度值。
红外温度传感器被广泛应用于安防监控、工业自动化等领域。
总结起来，不同类型的温度传感器测温原理不同、使用场景不同，具有各自的优缺点。
我们根据实际需要选择不同类型的温度传感器就可以达到最佳的测温效果。
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温度传感器前言温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。
温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。
2.模拟集成温度传感器/控制器。
3.智能温度传感器。
目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。
温度传感器的分类温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。
接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是的示值即为被测对象的温度。
这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。
但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。
非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。
常用的是辐射热交换原理。
此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。
温度传感器的发展1.传统的分立式温度传感器――热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50—1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁――镍铬，最低可测到-269℃，钨――铼最高可达2800℃。
2.模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。
模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。
模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。
2．1光纤传感器光纤式测温原理光纤测温技术可分为两类:一是利用辐射式测量原理,光纤作为传输光通量的导体,配合光敏元件构成结构型传感器;二是光纤本身就是感温部件同时又是传输光通量的功能型传感器。
光纤挠性好、透光谱段宽、传输损耗低,无论是就地使用或远传均十分方便而且光纤直径小,可以单根、成束、Y型或阵列方式使用,结构布置简单且体积小。
因此,作为温度计,适用的检测对象几乎无所不包,可用于其他温度计难以应用的特殊场合,如密封、高电压、强磁场、核辐射、严格防爆、防水、防腐、特小空间或特小工件等等。
目前,光纤测温技术主要有全辐射测温法、单辐射测温法、双波长测温法及多波长测温等2.1.1 全辐射测温法全辐射测温法是测量全波段的辐射能量,由普朗克定律:测量中由于周围背景的辐射、测试距离、介质的吸收、发射及透过率等的变化都会严重影响准确度。
同时辐射率也很难预知。
但因该高温计的结构简单,使用操作方便,而且自动测量,测温范围宽,故在工业中一般作为固定目标的监控温度装置。
该类光纤温度计测量范围一般在600～3000℃,最大误差为16℃。
2.1.2 单辐射测温法由黑体辐射定律可知,物体在某温度下的单色辐射度是温度的单值函数,而且单色辐射度的增长速度较温度升高快得多,可以通过对于单辐射亮度的测量获得温度信息。
在常用温度与波长范围内,单色辐射亮度用维恩公式表示:2.1.3 双波长测温法双波长测温法是利用不同工作波长的两路信号比值与温度的单值关系确定物体温度。
两路信号的比值由下式给出: 际应用时,测得R(T)后,通过查表获知温度T。
同时,恰当地选择λ1和λ2,使被测物体在这两特定波段内,ε(λ1,T)与ε(λ2,T)近似相等,就可得到与辐射率无关的目标真实温度。
这种方法响应快,不受电磁感应影响,抗干扰能力强。
特别在有灰尘,烟雾等恶劣环境下,对目标不充满视场的运动或振动物体测温,优越性显著。
但是,由于它假设两波段的发射率相等,这只有灰体才满足,因此在实际应用中受到了限制。
该类仪器测温范围一般在600～3000℃,准确度可达2℃。
2.1.4 多波长辐射测温法多波长辐射测温法是利用目标的多光谱辐射测量信息,经过数据处理得到真温和材料光谱发射率。
考虑到多波长高温计有n个通道,其中第i个通道的输出信号Si可表示为:将式(9)～(13)中的任何一式与式(8)联合,便可通过拟合或解方程的方法求得温度T和光谱发射率。
Coates[8,9]在1988年讨论了式(9)、(10)假设下多波长高温计数据拟合方法和精度问题。
1991年Mansoor[10]等总结了多波长高温计数据拟合方法和精度问题。
该方法有很高的精度,目前欧共体及美国联合课题组的Hiernaut等人已研究出亚毫米级的6波长高温计(图4),用于2000～5000K真温的测量[11]。
哈尔滨工业大学研制成了棱镜分光的35波长高温计,并用于烧蚀材料的真温测量。
多波长高温计在辐射真温测量中已显出很大潜力,在高温,甚高温,特别是瞬变高温对象的真温测量方面,多波长高温计量是很有前途的仪器。
该类仪器测温范围广,可用于600～5000℃温度区真温的测量,准确度可达±1%。
2.1.5 结论光纤技术的发展,为非接触式测温在生产中的应用提供了非常有利的条件。
光纤测温技术解决了许多热电偶和常规红外测温仪无法解决的问题。
而在高温领域,光纤测温技术越来越显示出强大的生命力。
全辐射测温法是测量全波段的辐射能量而得到温度,周围背景的辐射、介质吸收率的变化和辐射率εT的预测都会给测量带来困难,因此难于实现较高的精度。
单辐射测温法所选波段越窄越好,可是带宽过窄会使探测器接收的能量变得太小,从而影响其测量准确度。
多波长辐射测温法是一种很精确的方法,但工艺比较复杂,且造价高,推广应用有一定困难。
双波长测温法采用波长窄带比较技术,克服了上述方法的诸多不足,在非常恶劣的条件下,如有烟雾、灰尘、蒸汽和颗粒的环境中,目标表面发射率变化的条件下,仍可获得较高的精度2.2半导体吸收式光纤温度传感器是一种传光型光纤温度传感器。
所谓传光型光纤温度传感器是指在光纤传感系统中，光纤仅作为光波的传输通路，而利用其它如光学式或机械式的敏感元件来感受被测温度的变化。
这种类型主要使用数值孔径和芯径大的阶跃型多模光纤。
由于它利用光纤来传输信号，因此它也具有光纤传感器的电绝缘、抗电磁干扰和安全防爆等优点，适用于传统传感器所不能胜任的测量场所。
在这类传感器中，半导体吸收式光纤温度传感器是研究得比较深入的一种。
半导体吸收式光纤温度传感器由一个半导体吸收器、光纤、光发射器和包括光探测器的信号处理系统等组成。
它体积小，灵敏度高，工作可靠，容易制作，而且没有杂散光损耗。
因此应用于象高压电力装置中的温度测量等一些特别场合中，是十分有价值的。
B 半导体吸收式光纤温度传感器的测温原理半导体吸收式光纤温度传感器是利用了半导体材料的吸收光谱随温度变化的特性实现的。
根据的研究，在20~972K 温度范围内，半导体的禁带宽度能量Eg 与温度T 的关系为3.智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。
目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D 传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。
3.1数字温度传感器。
随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。
其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。
一、DS1722的工作原理1 、DS1722的主要特点DS1722是一种低价位、低功耗的三总线式数字温度传感器，其主要特点如表1所示。
2、DS1722的内部结构数字温度传感器DS1722有8管脚m-SOP封装和8管脚SOIC封装两种，其引脚排列如图1所示。
它由四个主要部分组成：精密温度传感器、模数转换器、SPI/三线接口电子器件和数据寄存器，其内部结构如图2所示。
开始供电时，DS1722处于能量关闭状态，供电之后用户通过改变寄存器分辨率使其处于连续转换温度模式或者单一转换模式。
在连续转换模式下，DS1722连续转换温度并将结果存于温度寄存器中，读温度寄存器中的内容不影响其温度转换；在单一转换模式，DS1722执行一次温度转换，结果存于温度寄存器中，然后回到关闭模式，这种转换模式适用于对温度敏感的应用场合。
在应用中，用户可以通过程序设置分辨率寄存器来实现不同的温度分辨率，其分辨率有8位、9位、10位、11位或12位五种，对应温度分辨率分别为1.0℃、0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃，温度转换结果的默认分辨率为9位。
DS1722有摩托罗拉串行接口和标准三线接口两种通信接口，用户可以通过SERMODE管脚选择通信标准。
3、DS1722温度操作方法传感器DS1722将温度转换成数字量后以二进制的补码格式存储于温度寄存器中，通过SPI或者三线接口，温度寄存器中地址01H和02H中的数据可以被读出。
输出数据的地址如表2所示，输出数据的二进制形式与十六进制形式的精确关系如表3所示。
在表3中，假定DS1722 配置为12位分辨率。
数据通过数字接口连续传送，MSB（最高有效位）首先通过SPI传输，LSB（最低有效位）首先通过三线传输。
4、DS1722的工作程序DS1722的所有的工作程序由SPI接口或者三总线通信接口通过选择状态寄存器位置适合的地址来完成。
表4为寄存器的地址表格，说明了DS1722两个寄存器（状态和温度）的地址。
1SHOT是单步温度转换位，SD是关闭断路位。
如果SD位为“1”，则不进行连续温度转换，1SHOT位写入“1”时，DS1722执行一次温度转换并且把结果存在温度寄存器的地址位01h(LSB)和02h(MSB)中，完成温度转换后1SHOT自动清“0”。
如果SD位是“0”，则进入连续转换模式，DS1722将连续执行温度转换并且将全部的结果存入温度寄存器中。
虽然写到1SHOT位的数据被忽略，但是用户还是对这一位有读/写访问权限。
如果把SD改为“1”，进行中的转换将继续进行直至完成并且存储结果，然后装置将进入低功率关闭模式。
传感器上电时默认1SHOT位为“0”。