浅谈温度传感嚣及其应用

杨桃

【摘要】温度传感器是一种最早开发、应用最广的一类传感器，其最常用的有热电阻和热电偶两类产品。自从温度传感器发明以来，就对人类社会产生了巨大影响，本文介绍了温度传感器的原理、类型以及在家用电器、医疗机构和汽车中的应用。

【关键词】温度传感器 家用电器 医疗 汽车

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。

一、温度传感器的原理

温度传感器主要是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。有不少元件、材料的特性都会随着温度的变化而变化，所以说能作为温度传感器的材料应该说是比较多的。温度传感器会随温度变化而引起物理參数变化的有：电阻、？膨胀、电容、而磁性能、电动势、频率、光学特性及热噪声等等，温度传感器是工业生产中最常见的一种传感器。它将物体的温度转化为电信号输出，它具有结构简单，测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。不同的温度传感器制作方法不同，常见的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。并且从测量方式可分为接触式和非接触式两种类型。现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控制等多种功能。

二、温度传感器的主要类型

温度传感器有四种主要类型：热电偶；热敏电阻；电阻温度检测器（RTD）；IC温度传感器：包括模拟输出和数字输出两种类型。

（1）热电阻式：热敏电阻由于体积小，灵敏度高，长期稳定性好等特点在医学领域的温度测量中使用非常广泛。可在珠状或薄片状的热敏电阻外加保护管套，例如将珠状热敏电阻封装在硬塑料、玻璃或金属套管中，用来测量口腔或直肠温度。薄片状的热敏电阻很适合测量皮肤温度，近年来发展的薄膜型热敏电阻可以做得非常薄，只有十几纳米，用它做测温元件，将有很好的发展前景。

（2）热电偶式：当有两种不同的金属组成回路时，若两个触点的温度不同，则回路中就有电流通过，称为温差电效应。热电偶传感器就是利用温差电现象制成的热敏传感器。它具有测温范围宽、性能稳定、准确可靠等优点，在医学领域应用十分广泛。

（3）电阻温度检测器（RTD）：精度极高且具有中等线性度，他们特别稳定，并且有多种配置，但他们的最高工作温度只能达到400℃左右，它们也有很大的TC，且价格昂贵（是热电偶的4-10倍），并且需要一个外接参考源。

（4）IC温度传感器：包括模拟输出和数字输出两种类型。模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度（如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出）、低成本、高精度（大约1%）、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限（55℃～+150℃），并且需要一个外部参考源。数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢（100ms数量级）。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。IC温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。

三、温度传感器的运用

温度传感器在生活中处处存在，从空调系统、冰箱、电风扇等家电产品再到在医疗机构的运用最后以至在汽车方面，均需要温度传感器提供传感功能。

（一）温度传感器在家电产品中的运用

温度是家用电器检测中常见的物理量，利用温度传感器可以将温度的变化转换为电信号，以此对家用电器进行智能控制。家用电器常用的温度传感器主要有热敏电阻、热电偶及晶体管热敏传感器等元件。随着社会的进步以及科技的发展，温度传感器广泛应用于家用产品，并且这种趋势还在逐渐增加中，从微波炉、空调、油烟机、吹风机、烤面包机、电磁炉、炒锅、暖风机冰箱、冷柜、热水器、饮水机、洗碗机、消毒柜、洗衣机、烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等场合的温度测量与控制等，到便携式非接触红外温度测温仪等等许多方面。

（二）温度传感器在医疗机构的应用

温度传感器应用于麻醉机：热敏电阻元件温度传感器——由麻醉机送出的空气如果温/湿合宜，能使病人呼吸舒适，还可避免因吸入干冷空气所引起的喉痛。因此，输气系统的温度必须加以监测和控制，以确保能提供温度适宜的气流。热敏电阻元件温度传感器正是根据这种需要而设计的，它可直接安装在空气通道中来监测空气的温度，传感器和测量气流温度的微控制器配合可用来控制和调节气流的温度。

（三）新型温度传感器在汽车中的应用

温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度用传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。

三、总结

科学技术的发展使得人们对传感器技术越来越重视，认识到它是影响人们生活水平的重要因素之一。温度传感器向着集成工艺和多变量复合传感器，智能化传感器，网络化传感器的方向发展。传感器技术发展趋势可以从以下几方面来看：一是开发新材料、新工艺和开发新型传感器；二是实现传感器的多功能、高精度、集成化和智能化；三是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化。随着科学技术水平的不断进步，各种不同类型的温度传感器将会越来越多的出现在我们的日常生活中，给我们带来极大的方便。让我们的世界变得更加灵敏，更加开放。

参考文献：

[1]王煜东.传感器及应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]黄贤武等编著.传感器原理及其应用[M].成都：电子科技大学出版社，2009.endprint