簡述溫度傳感器工作原理及其分類標準
時間：2020-03-16點擊：1137次
溫度是一個基本的物理量，實際應用中經常需要測試的參數，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關，從鋼鐵制造到半導體生產，很多工藝都要依靠溫度來實現，溫度測量變得非常重要。
溫度是一個基本的物理量，實際應用中經常需要測試的參數，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關，從鋼鐵制造到半導體生產，很多工藝都要依靠溫度來實現，溫度測量變得非常重要。溫度測量應用非常廣泛，不僅生產工藝需要溫度控制，有些電子產品還需對它們自身的溫度進行測量，如計算機要監控CPU的溫度，馬達控制器要知道功率驅動IC的溫度等等。溫度傳感器是應用系統與現實世界之間的橋梁。
溫度傳感器工作原理
溫度傳感器是之前開發，應用廣的一類傳感器，是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器，是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多，主要基于以下工作原理：
金屬膨脹原理設計的傳感器：金屬在環境溫度變化后會產生一個相應的延伸，因此傳感器可以以不同方式對這種反應進行信號轉換。
雙金屬片式傳感器：雙金屬片由兩片不同膨脹系數的金屬貼在一起而組成，隨著溫度變化，材料A比另外一種金屬膨脹程度要高，引起金屬片彎曲。彎曲的曲率可以轉換成一個輸出信號。
雙金屬桿和金屬管傳感器：隨著溫度升高，金屬管（材料A）長度增加，而不膨脹鋼桿（金屬B）的長度并不增加，這樣由于位置的改變，金屬管的線性膨脹就可以進行傳遞。反過來，這種線性膨脹可以轉換成一個輸出信號。
液體和氣體的變形曲線設計的傳感器：在溫度變化時，液體和氣體同樣會相應產生體積的變化。
多種類型的結構可以把這種膨脹的變化轉換成位置的變化，這樣產生位置的變化輸出（電位計、感應偏差、擋流板等等）。
溫度傳感器分類
溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。溫度傳感器應用廣泛，涵蓋食品加工、HVAC 環境控制、醫療器械、化學品處理和汽車引擎罩下監控（如冷卻劑、進氣管、氣缸蓋溫度等）。溫度傳感器用于測量熱度，以確保某個過程在應對高溫、危險或無法接觸的測量點時，要么能在一定范圍內保持穩定，使應用安全，要么滿足一個強制性條件的要求。溫度傳感器按照不同的分類標準，有不同的種類。
按測量方式區分
按照測量方式，溫度傳感器可分為接觸式和非接觸式兩大類。
接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。
溫度計通過傳導或對流達到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。
一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內，溫度計也可測量物體內部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應用于工業、農業、商業等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。
非接觸式的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。
常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。各類輻射測溫方法只能測出對應的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度。如欲測定物體的真實溫度，則要進行材料表面發射率的修正。而材料表面發射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態、涂膜和微觀組織等有關，因此很難準確測量。
非接觸式溫度傳感器的優點是測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對可測溫度原則上沒有限制。
按材料及電子元件特性區分
按照傳感器材料及電子元件特性，溫度傳感器分為熱電阻和熱電偶兩類。
熱敏電阻是用半導體材料， 大多為負溫度系數，即阻值隨溫度增加而降低。
溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度差，并且與生產工藝有很大關系。
熱敏電阻還有其自身的測量技巧。熱敏電阻體積小是優點，它能很快穩定，不會造成熱負載。不過也因此很不結實，大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會在其上因功率而造成發熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導致損壞。
熱電偶是溫度測量中常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環境，而且結實、價低，無需供電，也是便宜的。電偶是簡單和通用的溫度傳感器，但熱電偶并不適合高精度的的測量和應用。
按溫度傳感器輸出信號的模式區分
按照溫度傳感器輸出信號的模式，可大致劃分為三大類：數字式溫度傳感器、邏輯輸出溫度傳感器、模擬式溫度傳感器。
數字式溫度傳感器采用硅工藝生產的數字式溫度傳感器，其采用PTAT結構，這種半導體結構具有準確的，與溫度相關的良好輸出特性。
邏輯輸出溫度傳感器。在許多應用中，我們并不需要嚴格測量溫度值，只關心溫度是否超出了一個設定范圍，一旦溫度超出所規定的范圍，則發出報警信號，啟動或關閉風扇、空調、加熱器或其它控制設備，此時可選用邏輯輸出式溫度傳感器。
模擬溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻和RTDS對溫度的監控，在一些溫度范圍內線性不好，需要進行冷端補償或引線補償；熱慣性大，響應時間慢。集成模擬溫度傳感器與之相比，具有靈敏度高、線性度好、響應速度快等優點，而且它還將驅動電路、信號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上，有實際尺寸小、使用方便等優點。
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