溫度傳感器

摘 要：溫度傳感器是最早開發、也是應用最廣泛的一種傳感器。據調查，早在1990年，溫度傳感器的市場份額就大大超出了其它傳感器。從17世紀初，伽利略發明溫度計開始，人們便開始了溫度測量。而真正把溫度轉換成電信號的傳感器，是1821年德國物理學家賽貝發明的，也就是我們現在使用的熱電偶傳感器。隨后，鉑電阻溫度傳感器、半導體熱電偶溫度傳感器、PN結溫度傳感器、集成溫度傳感器相繼而生。也使得溫度傳感器更加廣泛的應用到我們的生產和生活中。本文主要介紹了溫度傳感器的分類、工作原理及應用。

關鍵詞：溫度傳感器；溫度；攝氏度

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

溫度傳感器（temperature transducer），利用物質各種物理性質隨溫度變化的規律把溫度轉換為可用輸出信號。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。現代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產實踐的各個領域中，也為我們的生活提供了無數的便利和功能。

一、溫度的相關知識

溫度是用來表征物體冷熱程度的物理量。溫度的高低要用數字來量化，溫標就是溫度的數值表示方法。常用溫標有攝氏溫標和熱力學溫標。

攝氏溫標是把標準大氣壓下，沸水的溫度定為100攝氏度，冰水混合物的溫度定為0攝氏度，在100攝氏度和0攝氏度之間進行100等份，每一等份為1攝氏度。熱力學溫標是威廉湯姆提出的，以熱力學第二定律為基礎，建立溫度僅與熱量有關而與物質無關的熱力學溫標。由于是開爾文總結出來的，所以又稱為開爾文溫標。

二、溫度傳感器的分類

根據測量方式不同，溫度傳感器分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度傳感器是指傳感器直接與被測物體接觸，從而進行溫度測量。這也是溫度測量的基本形式。其中接觸式溫度傳感器又分為熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、半導體熱敏電阻溫度傳感器等。

非接觸式溫度傳感器是測量物體熱輻射發出的紅外線，從而測量物體的溫度，可以進行遙測。

三、溫度傳感器的工作原理

（一）熱電偶溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器結構簡單，僅由兩根不同材料的導體或半導體焊接而成，是應用最廣泛的溫度傳感器。

熱電偶溫度傳感器是根據熱電效應原理制成的：把兩種不同的金屬A、B組成閉合回路，兩接點溫度分別為t1和t2，則在回路中產生一個電動勢。

熱電偶也是由兩種不同材料的導體或半導體A、B焊接而成，焊接的一端稱為工作端或熱端。與導線連接的一端稱為自由端或冷端，導體A、B稱為熱電極，總稱熱電偶。測量時，工作端與被測物相接觸，測量儀表為電位差計，用來測出熱電偶的熱電動勢，連接導線為補償導線及銅導線。

從測量儀表上，我們觀測到的便是熱電動勢，而要想知道物體的溫度，還需要查看熱電偶的分度表。

為了保證溫度測量結果足夠精確，在熱電極材料的選擇方面也有嚴格的要求：物理、化學穩定性要高；電阻溫度系數小；導電率高；熱電動勢要大；熱電動勢與溫度要有線性或簡單的函數關系；復現性好；便于加工等。根據我們常用的熱電極材料，熱電偶溫度傳感器可分為標準化熱電偶和非標準化熱電偶。鉑銠-鉑熱電偶是常用的標準化熱電偶，熔點高，可用于測量高溫，誤差小，但價格昂貴，一般適用于較為精密的溫度測量。鐵-康銅為常用的非標準化熱電偶，測溫上限為600攝氏度，易生銹，但溫度與熱電動勢線性關系好，靈敏度高。

（二）電阻式溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器雖然結構簡單，測量準確，但僅適用于測量500攝氏度以上的高溫。而要測量-200攝氏度到500攝氏度的中低溫物體，就要用到電阻式溫度傳感器。

電阻式溫度傳感器是利用導體或者半導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的。大多數金屬在溫度升高1攝氏度時，電阻值要增加0.4%到0.6%。電阻式溫度傳感器就是要將溫度的變化轉化為電阻值的變化，再通過測量電橋轉換成電壓信號送至顯示儀表。

（三）半導體熱敏電阻。半導體熱敏電阻的特點是靈敏度高，體積小，反應快，它是利用半導體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成的。可分為三種類型：（1）NTC熱敏電阻，主要是Mn，Co，Ni，Fe等金屬的氧化物燒結而成，具有負溫度系數。（2）CTR熱敏電阻，用V，Ge，W，P等元素的氧化物在弱還原氣氛中形成燒結體，它也是具有負溫度系數的。（3）PTC熱敏電阻，以鈦酸鋇摻和稀土元素燒結而成的半導體陶瓷元件，具有正溫度系數。也正是因為PTC熱敏電阻具有正溫度系數，也制作成溫度控制開關。

（四）非接觸式溫度傳感器。非接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測物體互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。這種測溫方法的主要特點是：可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可用來測量溫度場的溫度分布，但受環境溫度影響比較大。

四、溫度傳感器的應用舉例

（一）溫度傳感器在汽車上的應用。溫度傳感器的作用是測量發動機的進氣，冷卻水，燃油等的溫度，并把測量結果轉換為電信號輸送給ECU.對于所有的汽油機電控系統，進氣溫度和冷卻水溫度是ECU進行控制所必須的兩個溫度參數，而其他的溫度參數則隨電控系統的類型及控制需要而不盡相同。進氣溫度傳感器通常安裝在空氣流量計或從空氣濾清器到節氣門體之間的進氣道或空氣流量計中，水溫傳感器則布置在發動機冷卻水路，汽缸蓋或機體上上的適當位置.可以用來測量溫度的傳感器有繞線電阻式，擴散電阻式，半導體晶體管式，金屬芯式，熱電偶式和半導體熱敏電阻式等多種類型，目前用在進氣溫度和冷卻水溫度測量中應用最廣泛的是熱敏電阻式溫度傳感器。

（二）利用溫度傳感器調節衛生間的溫度。溫度傳感器還能調節衛生間內的溫度，尤其是在洗澡的時候，能自動調節衛生間內的溫度是很有必要的。通過溫濕度傳感器和氣體傳感器就能很好的控制衛生間內的環境從而使我們能夠擁有一個舒適的生活。現在大部分旅館和一些公共場所都實現了自動調節，而普通家庭的衛生間都還是人工操作，尚未實現自動調節這主要是一般客戶不知道能夠利用傳感器實現自動化，隨著未來人們的進一步了解，普通家庭的衛生間也能實現自動調節。

參考文獻：

[1]周琦.集成溫度傳感器的設計[D].西安電子科技大學，2007.