所有傳感器中最常用的類型是那些檢測(cè)溫度或熱量的傳感器，這些類型的溫度傳感器從控制家用熱水加熱系統(tǒng)的簡(jiǎn)單開(kāi)/關(guān)恒溫設(shè)備到可以控制復(fù)雜的過(guò)程控制熔爐工廠的高度敏感的半導(dǎo)體類型不等。

我們從學(xué)校的科學(xué)課中記得，分子和原子的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱量（動(dòng)能），并且運(yùn)動(dòng)越大，產(chǎn)生的熱量就越大。 溫度傳感器測(cè)量物體或系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能甚至冷量，使我們能夠“感知”或檢測(cè)到該溫度的任何物理變化，從而產(chǎn)生模擬或數(shù)字輸出。

有許多不同類型的溫度傳感器 ，并且根據(jù)它們的實(shí)際應(yīng)用都有不同的特性。 溫度傳感器包括兩種基本的物理類型：

● 接觸式溫度傳感器類型 –這些類型的溫度傳感器必須與被感測(cè)對(duì)象物理接觸，并使用傳導(dǎo)來(lái)監(jiān)視溫度變化。 它們可用于檢測(cè)各種溫度范圍內(nèi)的固體，液體或氣體。

● 非接觸式溫度傳感器類型 –這些類型的溫度傳感器使用對(duì)流和輻射來(lái)監(jiān)視溫度變化。 它們可用于檢測(cè)在對(duì)流中熱量升高和冷沉降到底部時(shí)散發(fā)輻射能的液體和氣體，或檢測(cè)以紅外輻射（太陽(yáng)）的形式從物體傳輸來(lái)的輻射能。

接觸式或什至非接觸式溫度傳感器的兩種基本類型也可以細(xì)分為以下三類傳感器：機(jī)電式 ， 電阻式和電子式，下面將對(duì)這三種類型進(jìn)行討論。

溫控器

溫控器是一種接觸式機(jī)電溫度傳感器或開(kāi)關(guān)，它基本上由兩種不同的金屬（例如鎳，銅，鎢或鋁等）組成，它們結(jié)合在一起形成雙金屬條 。 當(dāng)帶材受熱時(shí)，兩種不同金屬的不同線性膨脹率會(huì)產(chǎn)生機(jī)械彎曲運(yùn)動(dòng)。

雙金屬帶材本身可以用作電氣開(kāi)關(guān)，也可以用作在恒溫控制中操作電氣開(kāi)關(guān)的機(jī)械方式，并普遍用于控制鍋爐，熔爐，熱水儲(chǔ)罐以及車輛中的熱水加熱元件散熱器冷卻系統(tǒng)。

雙金屬恒溫器

溫控器由背靠背粘在一起的兩種不同熱金屬組成。 寒冷時(shí)，觸點(diǎn)閉合，電流流過(guò)恒溫器。 當(dāng)金屬變熱時(shí)，一種金屬會(huì)比另一種金屬膨脹得更多，并且粘合的雙金屬條會(huì)向上（或向下）彎曲以打開(kāi)觸點(diǎn)，從而阻止電流流動(dòng)。

開(kāi)/關(guān)恒溫器

雙金屬帶材主要有兩種類型，主要是基于它們?cè)跍囟茸兓瘯r(shí)的運(yùn)動(dòng)。 有“突跳動(dòng)作”類型會(huì)在設(shè)定的溫度點(diǎn)上對(duì)電觸點(diǎn)產(chǎn)生瞬時(shí)的“ ON / OFF”或“ OFF / ON”類型動(dòng)作，而較慢的“ creep-action”類型會(huì)逐漸改變其位置隨著溫度的變化。

速動(dòng)型恒溫器在我們的家庭中通常用于控制烤箱，熨斗，浸入式熱水箱的溫度設(shè)定點(diǎn)，并且還可以在墻壁上找到它們來(lái)控制家庭供暖系統(tǒng)。

爬行器類型通常由雙金屬線圈或螺旋線組成，隨著溫度變化，它們會(huì)緩慢展開(kāi)或卷起。 通常，蠕變型雙金屬條比標(biāo)準(zhǔn)的按動(dòng)開(kāi)/關(guān)型對(duì)溫度變化更敏感，因?yàn)樵摋l較長(zhǎng)且較薄，因此非常適合在溫度表和刻度盤等中使用。

盡管非常便宜并且可以在很寬的工作范圍內(nèi)使用，但是當(dāng)將標(biāo)準(zhǔn)速動(dòng)型恒溫器用作溫度傳感器時(shí)，其主要缺點(diǎn)之一是從電觸點(diǎn)打開(kāi)到再次閉合之間，它們具有較大的滯后范圍。 例如，可以將其設(shè)置為20 o C，但直到22 o C才能打開(kāi)，或者直到18 o C再關(guān)閉。

因此，溫度擺幅的范圍可能會(huì)很大。 家用的市售雙金屬恒溫器確實(shí)具有溫度調(diào)節(jié)螺釘，可以預(yù)先設(shè)定更精確的所需溫度設(shè)定點(diǎn)和滯后水平。

NTC熱敏電阻

熱敏電阻是另一種類型的溫度傳感器，其名稱是單詞THERM- allyally resrestor的組合。 熱敏電阻是一種特殊類型的電阻器，當(dāng)暴露于溫度變化時(shí)會(huì)改變其物理電阻。

熱敏電阻

熱敏電阻通常由陶瓷材料制成，例如鍍?cè)诓Ａе械逆嚕i或鈷的氧化物，使其容易損壞。 與快速動(dòng)作類型相比，它們的主要優(yōu)點(diǎn)是它們對(duì)溫度，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性任何變化的響應(yīng)速度。

大多數(shù)類型的熱敏電阻都有一個(gè)負(fù)溫度系數(shù) （NTC） ，即它們的電阻值隨溫度的升高而下降，當(dāng)然，也有一些正溫度系數(shù)（PTC）是因?yàn)殡娮柚惦S溫度升高而上升。

熱敏電阻由陶瓷型半導(dǎo)體材料使用錳，鈷和鎳等金屬氧化物技術(shù)制成。半導(dǎo)體材料通常形成為小型密封盤或球，這些密封盤或球被密封以對(duì)溫度的任何變化做出相對(duì)快速的響應(yīng)。

通過(guò)在室溫下（通常在25 o C時(shí)）的電阻值，其時(shí)間常數(shù)（對(duì)溫度變化做出反應(yīng)的時(shí)間）以及相對(duì)于流過(guò)它們的電流的額定功率來(lái)對(duì)熱敏電阻進(jìn)行評(píng)級(jí)。 像電阻器一樣，熱敏電阻在室溫下的電阻值范圍從MΩ的10到低至幾Ohms，但是出于感測(cè)目的，通常使用千電阻的類型。

熱敏電阻是無(wú)源電阻設(shè)備，這意味著我們需要使電流流過(guò)它以產(chǎn)生可測(cè)量的電壓輸出。 然后，通常將熱敏電阻與合適的偏置電阻器串聯(lián)連接，以形成一個(gè)分壓器網(wǎng)絡(luò)，選擇電阻器可在某個(gè)預(yù)定溫度點(diǎn)或某個(gè)值提供電壓輸出，例如：

溫度傳感器示例

以下熱敏電阻在25 o C時(shí)的電阻值為10KΩ，在100 o C時(shí)的電阻值為100Ω。計(jì)算與兩個(gè)1kΩ電阻串聯(lián)時(shí)在兩個(gè)溫度下熱敏電阻的壓降，從而計(jì)算出其輸出電壓（Vout）?？?2v電源。

在25 ℃

在100 ℃

通過(guò)將R2的固定電阻值（在我們的示例中為1kΩ）更改為電位計(jì)或預(yù)設(shè)值，可以在預(yù)定的溫度設(shè)定點(diǎn)獲得電壓輸出，例如在60 o C時(shí)為5v輸出，并且通過(guò)改變電位計(jì)的特定輸出電壓可以在更寬的溫度范圍內(nèi)獲得水平。

但是，需要注意的是，熱敏電阻是非線性器件，并且它們?cè)谑覝叵碌臉?biāo)準(zhǔn)電阻值在不同的熱敏電阻之間是不同的，這主要是由于它們是由半導(dǎo)體材料制成的。 熱敏電阻隨溫度呈指數(shù)變化，因此具有Beta溫度常數(shù)（ β ），可用于計(jì)算任何給定溫度點(diǎn)的電阻。

但是，當(dāng)與串聯(lián)電阻一起使用時(shí)，例如在分壓器網(wǎng)絡(luò)或惠斯通電橋類型的裝置中，響應(yīng)于施加到分壓器/橋網(wǎng)絡(luò)的電壓而獲得的電流與溫度成線性關(guān)系。 然后，電阻兩端的輸出電壓隨溫度線性變化。

電阻溫度檢測(cè)器（RTD）。

電阻溫度傳感器的另一種類型是電阻溫度檢測(cè)器或RTD 。 RTD是由高純度導(dǎo)電金屬（例如鉑，銅或鎳）制成的精密溫度傳感器，其纏繞成線圈后，其電阻隨溫度的變化而變化，類似于熱敏電阻。 也可以使用薄膜RTD。 這些設(shè)備具有沉積在白色陶瓷基板上的鉑糊薄膜。

電阻RTD

電阻溫度檢測(cè)器具有正溫度系數(shù)（PTC），但與熱敏電阻不同，它們的輸出極為線性，可產(chǎn)生非常精確的溫度測(cè)量值。

但是，它們的熱敏性非常差，也就是說(shuō)，溫度變化只會(huì)產(chǎn)生很小的輸出變化，例如1Ω/℃。

RTD的最常見(jiàn)類型是鉑，稱為鉑電阻溫度計(jì)或PRT ，其中最常用的都是Pt100傳感器，其在0 o C時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電阻值為100Ω。缺點(diǎn)是鉑這種裝置價(jià)格昂貴，而這種裝置的主要缺點(diǎn)之一就是成本。

像熱敏電阻一樣，RTD是無(wú)源電阻器件，通過(guò)使恒定電流流過(guò)溫度傳感器，就有可能獲得隨溫度線性增加的輸出電壓。 典型的RTD在0 o C時(shí)的基極電阻約為100Ω，在-200至+600 o C的工作溫度范圍內(nèi)，在100 o C時(shí)基極電阻會(huì)增加至140Ω。

由于RTD是電阻性設(shè)備，因此我們需要使電流流過(guò)它們并監(jiān)視所產(chǎn)生的電壓。 但是，當(dāng)電流流過(guò)電阻線時(shí)，電阻線的自發(fā)熱引起的任何電阻變化I 2 R （歐姆定律）都會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)誤差。 為避免這種情況，RTD通常連接到惠斯通電橋網(wǎng)絡(luò)中，該網(wǎng)絡(luò)具有用于引線補(bǔ)償和/或連接到恒流源的附加連接線。

熱電偶

到目前為止， 熱電偶是所有溫度傳感器類型中最常用的類型。 熱電偶因其簡(jiǎn)單，易用以及其對(duì)溫度變化的響應(yīng)速度而廣受歡迎，這主要是由于其尺寸小。 在所有溫度傳感器中，熱電偶的溫度范圍最廣，從-200 o C以下到超過(guò)2000 ℃以上。

熱電偶是一種熱電傳感器，基本上由兩個(gè)不同的金屬（例如銅和康斯坦康）的兩個(gè)結(jié)焊接或壓接在一起組成。 一個(gè)結(jié)保持在稱為參考（冷）結(jié)的恒定溫度，而另一個(gè)結(jié)則保持在測(cè)量（熱）結(jié)。 當(dāng)兩個(gè)結(jié)的溫度不同時(shí)，結(jié)兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓用于測(cè)量溫度傳感器，如下所示。

熱電偶構(gòu)造

熱電偶的工作原理非常簡(jiǎn)單和基本。 當(dāng)將兩種不同金屬（例如銅和康斯坦丁）融合在一起時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“熱電”效應(yīng)，從而使它們之間的恒定電位差只為幾毫伏（mV）。 兩個(gè)結(jié)之間的電壓差稱為“塞貝克效應(yīng)”，因?yàn)檠刂a(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生溫度梯度。 然后，熱電偶的輸出電壓是溫度變化的函數(shù)。

如果兩個(gè)結(jié)處于相同溫度，則兩個(gè)結(jié)之間的電勢(shì)差為零，也就是說(shuō)，沒(méi)有電壓輸出，因?yàn)閂 1 = V 2 。 但是，當(dāng)結(jié)點(diǎn)在電路內(nèi)連接且都處于不同溫度時(shí)，將檢測(cè)到相對(duì)于兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的溫差V 1 – V 2的電壓輸出。 電壓差會(huì)隨著溫度的升高而增加，直到達(dá)到結(jié)峰值電壓電平為止，這取決于所使用的兩種不同金屬的特性。

熱電偶可以由多種不同的材料制成，可以測(cè)量-200 o C至+2000 o C以上的極端溫度。 在如此眾多的材料和溫度范圍內(nèi)，已開(kāi)發(fā)出國(guó)際認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，并附有熱電偶顏色代碼，以使用戶能夠?yàn)樘囟☉?yīng)用選擇正確的熱電偶傳感器。 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的英國(guó)顏色代碼如下。

熱電偶顏色代碼

上面用于常規(guī)溫度測(cè)量的三種最常見(jiàn)的熱電偶材料是： 鐵-康斯坦坦 （J型）， 銅-康斯坦丁 （T型）和鎳鉻 （K型）。 熱電偶的輸出電壓非常小，溫度差變化10 o C時(shí)只需幾毫伏（mV），由于這種小電壓輸出，通常需要某種形式的放大。

熱電偶放大

需要仔細(xì)選擇放大器的類型，無(wú)論是分立的還是運(yùn)算放大器的形式，因?yàn)樾枰己玫钠品€(wěn)定性以防止熱電偶以頻繁的間隔進(jìn)行重新校準(zhǔn)。 這使得斬波器和儀表放大器成為大多數(shù)溫度感測(cè)應(yīng)用的首選。

此處未提及的其他溫度傳感器類型包括：半導(dǎo)體結(jié)傳感器，紅外和熱輻射傳感器，醫(yī)用溫度計(jì)，指示器和變色油墨或染料。