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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 溫度傳感器

對溫度傳感器的總結：常用溫度傳感器測溫原理總結

發(fā)布日期：2022-10-09 點擊率：66

對溫度傳感器的總結：常用溫度傳感器測溫原理總結

原標題：常用溫度傳感器測溫原理總結

如果您要進行可靠的溫度測量，就需要為您的應用選擇正確的溫度傳感器。熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻(RTD)和溫度IC是測試中最常用的溫度傳感器。

圖1 各種流行溫度傳感器的優(yōu)點和缺點

熱電偶

測溫原理:

兩種不同成分的導體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電動勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表連接，顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢，通過查詢熱電偶分度表，即可得到被測介質溫度。

熱電偶是溫度測量中最常用的傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環(huán)境，而且結實、價低，無需供電，尤其最便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構成，如圖2所示。當熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差。可用測量的電勢差來計算溫度。

圖 2 熱偶電路圖(左)和熱偶電壓— 溫度曲線例子(右)

由于電壓和溫度是非線性關系，因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測量，并利用測試設備軟件和∕或硬件在儀器內部處理電壓—溫度變換，以最終獲得熱偶溫度(Tx)。AgilentA和A數(shù)據(jù)采集器均有內置的測量了運算能力。

簡而言之，熱偶是最簡單和最通用的溫度傳感器，但熱偶并不適合高精度的應用。

常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。

熱敏電阻

（1）測溫原理:

熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。

目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即：

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；α為溫度系數(shù)。半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為：

式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結構的常數(shù)。

熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線。

圖3 熱敏電阻電路圖

熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。

熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度，有較好的精度，但它比熱偶貴，可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應用。尺寸小對于有空間要求的應用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。

測量技巧

熱敏電阻體積小是優(yōu)點，它能很快穩(wěn)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(fā)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，將導致永久性的損壞。

鉑電阻溫度傳感器

與熱敏電阻相似，鉑電阻溫度傳感器(RTD)是用鉑制成的熱敏感電阻。當通過測量電壓計算RTD溫度時，數(shù)字萬用表用已知電流源測量該電流源所產(chǎn)生的電壓。這一電壓為兩條引線(Vlead)上的壓降加RTD上的電壓(Vtemp)。例如，常用RTD的電阻為100Ω，每1℃僅產(chǎn)生0.385Ω的電阻變化。如果每條引線有10Ω電阻，就將造成26℃的測量誤差，這是不可接受的。所以應對RTD作4線歐姆測量。

圖4 RTD需要用4線測量

RTD是最精確和最穩(wěn)定的溫度傳感器，它的線性度優(yōu)于熱偶和熱敏電阻。但RTD是最貴的溫度傳感器。因此RTD最適合對精度有嚴格要求，而速度和價格不太關鍵的應用領域。

測量技巧

使用5mA電流源會因自熱造成2.5℃的溫度測量誤差。因此把自熱誤差減到最小是極為重要的。

4線測量更為精確，但需要兩倍的引線和兩倍的開關。

溫度IC

溫度集成電路(IC)是一種數(shù)字溫度傳感器，它有非常線性的電壓∕電流—溫度關系。有些IC傳感器甚至有代表溫度、并能被微處理器直接讀出的數(shù)字輸出形式。

圖6 電流傳感器(左)和電壓傳感器(右)

有兩類具有如下溫度關系的溫度IC：

電壓IC: 10 mV/K。

電流IC: 1μA/K。

溫度IC的輸出是非常線性的電壓∕℃。實際產(chǎn)生的是電壓∕Kelvin，因此室溫時的1℃輸出約為3V。溫度IC需要有外電源。通常溫度IC是嵌入在電路中而不用于探測。

溫度IC缺點是溫度范圍非常有限，也存在同樣的自熱、不堅固和需要外電源的問題。總之，溫度IC提供產(chǎn)生正比于溫度的易讀讀數(shù)方法。它很便宜，但也受到配置和速度限制。

測量技巧

溫度IC 體積較大，因此它變化慢，并可能造成熱負載。

把溫度IC用于接近室溫的場合。這是它最流行的應用。雖然測量范圍有限，但也能測量150℃的高溫。

實例

LM系列是美國國家半導體公司（NS）生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，是電壓輸出型溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1Ω的動態(tài)阻抗，工作電流范圍從400μA到5mA，精度為1℃，LM135的溫度范圍為-55℃～+150℃，LM235的溫度范圍為-40℃～+125℃，LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該器件廣泛應用于溫度測量、溫差測量以及溫度補償系統(tǒng)中。詳細信息見LM135，235，335.pdf。

AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，測溫范圍為-55℃～+150℃，輸出電流為223μA~423μA，輸出電流變化1μA相當于溫度變化1℃，最大非線性誤差為±0.3℃，響應時間僅為20μs，重復性誤差低至±0.05℃，功耗約為2mW,輸出電流信號的傳輸距離可達到1km以上，作為一種高阻電流源，最高可達20MΩ，所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換器所引入的附加電阻造成的誤差,適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。詳細信息見AD590.pdf。

數(shù)字式溫度傳感器：

（1）原理：

將敏感元件、A/D轉換單元、存儲器等集成在一個芯片上，直接輸出反應被測溫度的數(shù)字信號，使用方便，但響應速度較慢（100ms數(shù)量級）。

（2）實例：

DS18B20是美國Dallas半導體公司生產(chǎn)的世界上第一片支持“一線總線”

接口的數(shù)字式溫度傳感器，供電電壓范圍為3～5.5V，測溫范圍為-55℃～+125℃，可編程的9～12位分辨率，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，出廠設置默認為12位，在12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字。

經(jīng)驗豐富的電路板設計人員將根據(jù)最終產(chǎn)品要求來使用最合適的解決方案。表1展示了每種溫度傳感器的相對優(yōu)勢/劣勢。

非接觸式溫度傳感器

傳感器型號

測溫范圍

典型應用

OTP-538F2S

-40～+500℃

醫(yī)學（耳溫機），家庭設施（吹風機等）

TS105-1

-20～100℃（精確度： -0.45±0.08 %/K）

紅外測溫儀，非接觸溫度測量，移動物體溫度測量

TS105-2

-20～100℃

溫度計，微波爐，室內空調，高溫計，汽車環(huán)境控制

TS118-1

跟處理電路相關（普通-20～300℃）

無接觸溫度測量，移動物體溫度測量，溫度控制，火災報警

TS118-3

跟處理電路相關（普通-20～300℃）

無接觸溫度測量，溫度控制，火災報警，氣候控制系統(tǒng)

TSEV01

0～300℃（精確度：0.1℃）

家庭，醫(yī)療，汽車，安全，工業(yè)

非接觸式的溫度傳感器的優(yōu)點：

1、由于和被測量介質不直接發(fā)生接觸，所以不用考慮被接觸介質的一些自身物理特性，例如：粘附、腐蝕、磨損等等都不會對傳感器造成損害。而接觸搜索式的就要面臨這些問題的額外解決。

2、受空間局限性較小。對于一些距離較遠不易接觸到的被測量目標可以遠距離測量溫度。

3、對于一些不方便接觸測量的目標可以實現(xiàn)測量，例如旋轉機械、運動中的目標等等

非接觸式溫度傳感器缺點：

1、容易受到環(huán)境因素干擾，例如熱輻射

2、不容易實現(xiàn)對目標的長期連續(xù)測量。

MLX遠紅外線傳感器采用非接觸溫度測量技術，是一種高性價比的熱成像解決方案。該16 x 4遠紅外熱電堆傳感器陣列可覆蓋-20°C～300°C的溫度范圍，能生成目標區(qū)域的實時熱值圖譜。有了它，就可以不用單點傳感器或昂貴的微測熱輻射計來掃描目標區(qū)域了。

MLX遠紅外線傳感器可即獲取64幅二維像素圖片，大大簡化集成熱成像系統(tǒng)，從而將價格維持在大批量、低成本應用領域能夠接受的范圍。該陣列在每個像素中集成了一個放大器和一個模擬數(shù)字轉換器，可提供0.5-64赫茲的幀速率。在0°C －50°C溫度范圍內使用時可保持±1.5°C的精確度。有60o x 15o和40o x 10o兩個視場可供選擇。MLX遠紅外線傳感器擁有高速I2C兼容數(shù)字界面，采用的是帶控制單元的同步化觸發(fā)模式，可以單獨使用，也可以與多臺設備組合構成陣列，獲得更高的圖像分辨率。

遠紅外線成像正成為汽車行業(yè)非常重要的一項技術，能夠提高汽車的安全性。MLX遠紅外線傳感器可用于車輛的行人探測、近距離盲點探測和乘坐率分類等領域。這種傳感器陣列提供的多點精確熱圖像還能幫助智能樓宇控制系統(tǒng)進行溫度測量和入住率統(tǒng)計。在家用環(huán)境中，該陣列能夠使微波爐和其它傳統(tǒng)爐灶更加智能化。人們對能源效率的關注推動了市場對熱成像設備的需求不斷上升。熱成像設備可以探測房間的熱損耗情況，并以圖像形式指明需要改進的地方。MLX遠紅外線傳感器非常適宜于家用和商用低分辨率紅外熱像儀，能滿足上述各任務的需要。在商用環(huán)境中，該傳感器為智能程序控制和熱檢測開辟了新的機會。最后，它還能用作智能火災探測傳感器，可幫助消防人員和其他應急服務人員發(fā)現(xiàn)熱點、探明疏散路線和隱蔽火源。返回搜狐，查看更多

責任編輯：
對溫度傳感器的總結：常用溫度傳感器測溫原理總結第1張

對溫度傳感器的總結：溫度傳感器實驗總結.pdf

實驗報告
姓名____________ 班級____________ 學號____________ 實驗成績____________
同組姓名____________ 實驗日期____________ 指導教師____________ 批閱日期____________
溫度傳感器特性的研究
實驗目的
1、了解幾種常用的接觸式溫度傳感器的原理及其應用范圍；
2、測量這些溫度傳感器的特征物理量隨溫度變化的曲線。
實驗原理
1、鉑電阻
導體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其電阻值推算出被測環(huán)境的溫度，利用此原理構成的傳感器就是熱電阻溫度傳感器．能夠
用于制作熱電阻的金屬材料必須具備以下特性：（1）電阻溫度系數(shù)要盡可能大和穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系；（2 ）電
阻率高，熱容量小，反應速度快；（3 ）材料的復現(xiàn)性和工藝性好，價格低；（4 ）在測量范圍內物理和化學性質穩(wěn)定。目前，在工業(yè)中應用
最廣的材料是鉑和銅。鉑電阻與溫度之間的關系，在0～630.74 °C 范圍內可用下式表示
RT R0 ?1 AT ?BT 2 ? （1）
在-200～0 oC 的溫度范圍內為
R R ?1AT ?BT 2 ?C T ?100°C T 3 ?
T 0 ? ? ? ? （2 ）
式中，R0 和RT 分別為在0°C 和溫度T 時鉑電阻的電阻值，A 、B、C 為溫度系數(shù)，由實驗確定，A=3.×10-3 °C- 1，B=-5.×10-7 °C-2，
C=-4.×10-12 °C-4 。由式（1）和式（2 ）可見，要確定電阻RT 與溫度T 的關系，首先要確定R0 的數(shù)值，R0 值不同時，RT 與T
的關系不同。目前國內統(tǒng)一設計的一般工業(yè)用標準鉑電阻R0 值有100Ω 和500Ω 兩種，并將電阻值RT 與溫度T 的相應關系統(tǒng)一列成表格，
稱其為鉑電阻的分度表，分度號分別用Pt100 和Pt500 表示。
鉑電阻在常用的熱電阻中準確度最高，國際溫標ITS －90 中還規(guī)定，將具有特殊構造的鉑電阻作為13.5033K～961.78°C 標準溫度計
來使用．鉑電阻廣泛用于-200～850°C 范圍內的溫度測量，工業(yè)中通常在600 °C 以下。
2 、半導體熱敏電阻
熱敏電阻是其電阻值隨溫度顯著變化的一種熱敏元件。熱敏電阻按其電阻隨溫度變化的典型特性可分為三類，即負溫度系數(shù)（NTC ）
熱敏電阻，正溫度系數(shù)（PTC ）熱敏電阻和臨界溫度電阻器（CTR ）。PTC 和CTR 型熱敏
電阻在某些溫度范圍內，其電阻值會產(chǎn)生急劇變化，適用于某些狹窄溫度范圍內一些特殊
應用，而NTC 熱敏電阻可用于較寬溫度范圍的測量．熱敏電阻的電阻－溫度特性曲線如
圖1 所示。
NTC 半導體熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鈷、錳、鎳、銅等過渡金屬的氧化物，
采用不同比例的配方，經(jīng)高溫燒結而成，然后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、
墊圈狀等各種形狀。與金屬導體熱電阻比較，半導體熱敏電阻具有以下特點：（1）有很大
的負電阻溫度系數(shù)，因此其溫度測量的靈敏度也比較高；（2 ）體積小，目前最小的珠狀熱
敏電阻的尺寸可達0.2 mm ，故熱容量很小，可作為點溫或表面溫度以及快速變化溫度的
測量；（3 ）具有很大的電阻值（102～105 Ω），因此可以忽略線路導線電阻和接觸電阻等
的影響，特別適用于遠距離的溫度測量和控制；（4 ）制造工藝比較簡單，價格便宜。半導
體熱敏電阻的缺點是溫度測量范圍較窄。
半導體熱敏電阻具有負電阻溫度系數(shù)，其電阻值隨溫度升高而減小，電阻與溫度的
關系可以用下面的經(jīng)驗公式表示
B
R Ae T
T （3 ）
式中，RT 位在溫度為T 時的電阻值，T 為絕對溫度（以K 為單位），A 和B 分別

對溫度傳感器的總結：溫度傳感器接線方式總結

不同種類的溫度傳感器的接線方式不同，這里簡單介紹幾種常用的溫度傳感器。
第一種：鉑電阻PT100/PT1000的接線方式。
用PT100/PT1000封裝的溫度傳感器一般有三種出線方式：二線制、三線制、四線制。顧名思義二線制就是引出兩根導線，二線制的接線很簡單，找到上級儀表的接線位置接上即可；三線制兩根信號線之外有一根補償導線，如果上級儀表只有兩個接線柱，那么傳感器的引線分為兩組，一組一根信號線，一組包括一根信號線和一根補償導線，廠家生產(chǎn)溫度傳感器時通常都會用不同顏色的線進行區(qū)分，如果沒有顏色區(qū)分，就需要用表測量阻值，區(qū)分出信號線和補償導線來再接線。四線制跟二線制一樣，只不過是線分成兩組，每組一根信號線一根補償導線，HX-RS高精度鉑電阻溫度傳感器四線制通常是兩紅兩白兩根導線，同時會在產(chǎn)品說明書標明線序定義，接線時如果還有疑問，可以直接跟廠家技術溝通。
第二種：數(shù)字溫度傳感器DS18B20。
DS18B20是TO92封裝的元件，有三個引腳，封裝成溫度傳感器通常有兩線制、三線制兩種，接線的時候要嚴格按照使用說明書上的線序定義接線，如果接反可能導致芯片發(fā)熱燒毀。不同的廠家生產(chǎn)時線序定義不同、用線習慣不同，使用說明書不通用，所以建議找到原生產(chǎn)廠詢問接線方式最為可靠。
第三種：AD590溫度傳感器。
AD590溫度傳感器是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成測溫元件，外觀金屬殼有三只引腳，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。因此常見的AD590溫度傳感器為兩線制，接線相對簡單。AD590可以承受44V正向電壓和20V的反向電壓。因而器件反接也不會損壞。
溫度傳感器接線是否能準確讀出溫度的關鍵，比如鉑電阻溫度傳感器常見的沒有讀數(shù)、DS18B20顯示的85℃并不斷跳動等問題，都是由溫度傳感器接線不正確引起的，因此使用溫度傳感器前要仔細閱讀使用說明書，必要時向廠家咨詢。

接線圖

溫度傳感器接線注意事項如下：
1、請檢查包裝是否完好，并核對型號和規(guī)格是否與您選購的產(chǎn)品相符。
2、連接端子時請壓緊螺釘或者焊接連接，做好絕緣，務必接實接牢，避免短接、虛接。
3、接線完成，檢查無誤后，方可上電工作。
4、溫度傳感器為電子產(chǎn)品，請務必輕拿輕放，避免不必要的人為損壞。
5、溫度傳感器的接線方式只限于廠家的指定產(chǎn)品，一般不通用。

不錯

HX-RS系列帶插頭的溫度傳感器不存在接線問題，安裝更方便。
各種封裝形式溫度傳感器，歡迎垂詢！

大佬，小弟遇到一個問題。
供熱企業(yè)，因之前某換熱站，三線柱的溫度傳感器不準，新購了溫度傳感器，但是是兩線柱的。
之前的是四線制，就是四根線接入三線柱的溫感中。
三線柱的溫感，一個線柱紅色的（接兩根線），另外兩個線柱白色的（各接一根線）
那現(xiàn)在跟換為兩線柱的溫感，我把之前三線柱中紅色線柱接的兩根線，擰在一起插在兩線柱的一端
之前三線柱中兩個白色線柱各接的兩根線，擰在一起插在兩線柱的另一端
是否完成兩線柱溫感的安裝？之前三線柱四根線全用上了，兩線柱是否也可以四根線全用上？
樓上的朋友，兩線制不用說哈，三線一紅兩白就是紅白兩組，四線就兩個一組，你的接線方式?jīng)]問題。我要說的是如果距離不遠，傳感器出幾根引線對精度影響不大。如果換廠家重訂傳感器，完全可以按照以前熟悉的接線方式確定出幾根引線。至于傳感器不準有很多原因，因為不知道不準的具體表現(xiàn)是什么，所以這里無從分析。希望能幫到你。
溫度傳感器出廠時廠家都會隨產(chǎn)品附有產(chǎn)品使用說明書，說明書中會注明溫度傳感器的接線定義，請務必認真閱讀。因為溫度傳感器是非標產(chǎn)品，每個廠家接線的定義會有區(qū)別。
對溫度傳感器的總結：常用溫度傳感器測溫原理總結第2張

工業(yè)電氣產(chǎn)品

工業(yè)控制產(chǎn)品

傳感測量產(chǎn)品

儀表工具產(chǎn)品

工業(yè)電子產(chǎn)品

機械設備產(chǎn)品

對溫度傳感器的總結：常用溫度傳感器測溫原理總結

對溫度傳感器的總結：常用溫度傳感器測溫原理總結

對溫度傳感器的總結：溫度傳感器實驗總結.pdf

對溫度傳感器的總結：溫度傳感器接線方式總結

對溫度傳感器的總結：溫度傳感器相關知識總結

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