溫度傳感器
接觸式溫度傳感器
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。 溫度傳感器
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。壹般測量精度較高。在壹定的測溫範圍內，溫度計也可測量物體內部的溫度分布。但對於運動體、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。它們廣泛應用於工業、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。隨著低溫技術在國防工程、空間技術、冶金、電子、食品、醫藥和石油化工等部門的廣泛應用和超導技術的研究，測量120K以下溫度的低溫溫度計得到了發展，如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復現性和穩定性好。利用多孔高矽氧玻璃滲碳燒結而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的壹種感溫元件，可用於測量1.6～300K範圍內的溫度。
編輯本段非接觸式溫度傳感器
它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，也可用於測量溫度場的溫度分布。 溫度傳感器
最常用的非接觸式測溫儀表基於黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見光學高溫計）、輻射法（見輻射高溫計）和比色法（見比色溫度計）。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（吸收全部輻射並不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度。如欲測定物體的真實溫度，則必須進行材料表面發射率的修正。而材料表面發射率不僅取決於溫度和波長，而且還與表面狀態、塗膜和微觀組織等有關，因此很難精確測量。在自動化生產中往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發射率的測量是相當困難的。對於固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面壹起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發射系數。利用有效發射系數通過儀表對實測溫度進行相應的修正，最終可得到被測表面的真實溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發射系數式中ε為材料表面發射率，ρ為反射鏡的反射率。至於氣體和液體介質真實溫度的輻射測量，則可以用插入耐熱材料管至壹定深度以形成黑體空腔的方法。通過計算求出與介質達到熱平衡後的圓筒空腔的有效發射系數。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即介質溫度）進行修正而得到介質的真實溫度。 非接觸測溫優點：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對於1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術的發展，輻射測溫 溫度傳感器
逐漸由可見光向紅外線擴展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。
編輯本段熱電偶
工作原理
當有兩種不同的導體和半導體A和B組成壹個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，壹端溫度為T，稱為工作端或熱端，另壹端溫度為TO，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，則回 溫度傳感器
路中就有電流產生，如圖2-1(a)所示，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由於溫度不同而產生電動勢的現象稱為塞貝克效應。與塞貝克有關的效應有兩個：其壹，當有電流流過兩個不同導體的連接處時此處便吸收或放出熱量(取決於電流的方向)，稱為珀爾帖效應；其二，當有電流流過存在溫度梯度的導體時，導體吸收或放出熱量(取決於電流相對於溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應。兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢EAB(T，T0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產生的電勢，此電勢與兩種導體或半導體的性質及在接觸點的溫度有關。溫差電勢是指同壹導體或半導體在溫度不同的兩端產生的電勢，此電勢只與導體或半導體的性質和兩端的溫度有關，而與導體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關。無論接觸電勢或溫差電勢都是由於集中於接觸處端點的電子數不同而產生的電勢，熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當回路斷開時，在斷開處a，b之間便有壹電動勢差△V，其極性和大小與回路中的熱電勢壹致，如圖2-1(b)所示。並規定在冷端，當電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。實驗表明，當△V很小時，△V與△T成正比關系。定義△V對△T的微分熱電勢為熱電勢率，又稱塞貝克系數。塞貝克系數的符號和大小取決於組成熱電偶的兩種導體的熱電特性和結點的溫度差。
種類
目前，國際電工委員會（IEC）推薦了8種類型的熱電偶作為標準化熱電偶，即為T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。
編輯本段熱電阻
材料特性
導體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用此原理構 溫度傳感器
成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用於-200—500℃溫度範圍內的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應具有以下特性： ①電阻溫度系數要大而且穩定，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材料的復現性和工藝性好，價格低。 熱敏電阻溫度特性 ④在測溫範圍內化學物理特性穩定。 目前，在工業中應用最廣的鉑和銅，並已制作成標準測溫熱電阻。
鉑電阻
鉑電阻與溫度之間的關系接近於線性（如右圖），在0～630.74℃範圍內可用下式表示Rt＝R0(1+At+Bt2)在-190～0℃範圍內為Rt＝R0(1+At+Bt2十Ct3) 。 式中：RO、Rt為溫度0°及t°時鉑電阻的電阻值，t為任意溫度，A、B、C為溫度系數，由實驗確定，A＝3.9684×10-3/℃，B＝-5.847×10-7／℃2，C＝-4.22×10-l2/℃3。由公式可看出， 溫度傳感器
當R0值不同時，在同樣溫度下，其Rt值也不同。
銅電阻
在測溫精度要求不高，且測溫範圍比較小的情況下，可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50～150℃的溫度範圍內，銅電阻與溫度成線性關系，其電阻與溫度關系的表達式為Rt＝R0(1+At)(2-3)式中，A＝4.25×10-3～4.28×10-3℃為銅電阻的溫度系數。
編輯本段模擬溫度傳感器
傳統的模擬溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻和RTDS對溫度的監控，在壹些溫度範圍內線性 溫度傳感器
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。常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。這裏主要介紹該類器件的幾個典型。 AD590溫度傳感器 AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓範圍為3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當在電路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為喻出電壓。註意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低於3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。作為壹種高阻電流源，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。適用於多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。 LM135/235/335溫度傳感器 LM135/235/335系列是美國國家半導體公司（NS）生產的壹種高精度易校正的集成溫度傳感 溫度傳感器
器，工作特性類似於齊納穩壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小於1Ω的動態阻抗，工作電流範圍從400μA到5mA，精度為1℃，LM135的溫度範圍為-55℃~+150℃，LM235的溫度範圍為-40℃~+125℃，LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該系列器件廣泛應用於溫度測量、溫差測量以及溫度補償系統中。
編輯本段邏輯輸出型溫度傳感器
在許多應用中，我們並不需要嚴格測量溫度值，只關心溫度是否超出了壹個設定範圍，壹旦溫度超出所規定的範圍，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。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。 LM56溫度開關 LM56是NS公司生產的高精度低壓溫度開關，內置1.25V參考電壓輸出端。最大只能帶50μA的負載。電源電壓從2.7~10V，工作電流最大230μA，內置傳感器的靈敏度為6.2mV/℃，傳感器輸出電壓為6.2mV/℃×T+395mV。 MAX6501/02/03/04溫度監控開關 MAX6501/02/03/04是具有邏輯輸出和SOT-23封裝的溫度監視器件 開關，它的設計非常簡單：用戶選擇壹種接近於自己需要的控制的溫度門限（由廠方預設在-45℃到+115℃，預設值間隔為10℃）。直接將其接入電路即可使用，無需任何外部元件。其 溫度傳感器
中MAX6501/MAX6503為漏極開路低電平報警輸出，MAX6502/MAX6504為推/拉式高電平報警輸出，MAX6501/MAX6503提供熱溫度預置門限（35℃到+115℃），當溫度高於預置門限時報警；MAX6502/MAX6504提供冷溫度預置門限（-45℃到+15℃），當溫度低於預置門限時報警。對於需要壹個簡單的溫度超限報警而又空間有限的應用如筆記本電腦、蜂窩移動電話等應用來說是非常理想的，該器件的典型溫度誤差是±0.5℃，最大±4℃，滯回溫度可通過引腳選擇為2℃或10℃，以避免溫度接近門限值時輸出不穩定。這類器件的工作電壓範圍為2.7V到5.5V，典型工作電流30μA。
編輯本段數字式溫度傳感器
MAX6575/76/77數字溫度傳感器 如果采用數字式接口的溫度傳感器，上述設計問題將得到簡化。同樣，當A/D和微處理器的I/O管腳短缺時，采用時間或頻率輸出的溫度傳感器也能解決上述測量問題。以MAX6575/76/77系列SOT-23封裝的溫度傳感器為例，這類器件可通過單線和微處理器進行溫度數據的傳送，提供三種靈活的輸出方式--頻率、周期或定時，並具備±0.8℃的典型精度，壹條線最多允許掛接8個傳感器，150μA典型電源電流和2.7V到5.5V的寬電源電壓範圍及-45℃到+125℃的溫度範圍。它輸出的方波信號具有正比於絕對溫度的周期，采用6腳SOT-23封裝，僅占很小的板面。該器件通過壹條I/O與微處理器相連，利用微處理器內部的計數器測出周期後就可計算出溫度。 可多點檢測、直接輸出數字量的數字溫度傳感器 DS1612是美國達拉斯半導體公司生產的CMOS數字式溫度傳感器。內含兩個不揮發性存儲器，可以在存儲器中任意的設定上限和下限溫度值進行恒溫器的溫度控制，由於這些存儲器具有不揮發性，因此壹次定入後，即使不用CPU也仍然可以獨立使用。DS1612傳感器溫度測量原理和精度：在芯片上分別設置了壹個振蕩頻率溫度系數較大的振蕩器（OSC1）和壹個溫度系數較小的振蕩器（OSC2）。在溫度較低時，由於OSC2的開門時間較短，因此溫度測量計數器計數值（n）較小；而當溫度較高時，由於OSC2的開門時間較長，其計數值（m）增大。如果在上述計數值基礎上再加上壹個同實際溫度相差的校正數據，就可以構成壹個高精度的數字溫度傳感器。該公司將這個校正值定入芯片中的不揮發存儲器中，這樣傳感器輸出的數字量就可以作為實際測量的溫度數據，而不需要再進行校準。它可測量的溫度範圍為-55℃~+125℃，在0℃~+70℃範圍內，測量精度為±0.5℃，輸出的9位編碼直接與溫度相對應。DS1621同外部電路的控制信號和數據的通信是通過雙向總線來實現的，由CPU生成串行時鐘脈沖（SCL），SDA是雙向數據線。通過地址引腳A0、A1、A2將8個不同的地址分配給各器件。通過設定寄存器來設置工作方式，並對工作狀態進行監控。被測的溫度數據被存儲在溫度傳感器寄存器中，高溫（TH）和低溫（TL）閾值寄存器存儲了恒溫器輸出（Tout）的閾值。現在，各種集成的溫度傳感器的功能越來越專業化。比如，MAXIM公司近期推出的MAX1619是壹種增強型精密遠端數字溫度傳感器，能夠監測遠端P-N結和其自身封裝的溫度。它具有雙報警輸出：ALERT和OVERT。ALERT用於指示各傳感器的高/低溫狀態，OVERT信號等價於壹個自動調溫器，在遠端溫度傳感器超上限時觸發，MAX1619與MAX1617A完全軟件兼容，非常適合於系統關斷或風扇控制，甚至在系統“死鎖”後仍能正常工作。美國達拉斯半導體公司的DS1615是有記錄功能的溫度傳感器。器件中包含實時時鐘、數字式溫度傳感器、非易失性存儲器、控制邏輯電路以及串行接口電路。數字溫度傳感器的測量範圍為-40℃~+85℃，精度為±2℃，讀取9位時的分辨率是0.03125℃。時鐘提供的時間從秒至年月，並對到2100年以前的閏年作了修正。電源電壓為2.2V~5.5V，8腳SOIC封裝。DS17775是數字式溫度計及恒溫控制器集成電路。其中包含數字溫度傳感器、A/D轉換器、數字寄存器、恒溫控制比較器以及兩線串行接口電路。供電電壓在3V至5V時的測量溫度精度為±2℃，讀取9位時的分辨率是0.5℃，讀取13位時的分辨率是0.03125℃。
編輯本段發展趨勢
現代信息技術的三大基礎是信息采集(即傳感器技術)、信息傳輸(通信技術)和信息處理(計算機技術)。傳感器屬於信息技術的前沿尖端產品，尤其是溫度傳感器被廣泛用於工農業生產、科學研究和生活等領域，數量高居各種傳感器之首。溫度傳感器的發展大致經歷了以下三個階段；(1)傳統的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器／控制器；(3)智能溫度傳感器。國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、由集成化向智能化、網絡化的方向發展。在20世紀90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到1°C。國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9~12位A/D轉換器，分辨力壹般可達0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數據，其分辨力高達0.03125°C，測溫精度為±0.2°C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每壹路遠程傳感器的轉換時間分別僅為27us、9us。進入21世紀後，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等高科技的方向迅速發展。目前，智能溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規範化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。