温度传感器的发展与应用
摘要：自从温度传感器发明以来，就对人类社会产生了巨大影响。由普通的温度传感器向着数字，智能化方向迈进。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
关键词：温度传感器数字化智能化发展应用
The development and application of temperature transducer
Abstract:Since the invention of temperature transducer, it has great influence on the human society. By the ordinary temperature transducer to digital, intelligent direction. After entering the 21st century, intelligent temperature transducer is high accuracy, multi-function, bus standardization, high reliability and security, developing virtual transducer and network transducer, single-chip temperature measurement system and other high-tech rapid development direction.
Key word:temperature transducer digitization Intelligentization development application 1 温度传感器原理,类型及发展方向
1.1 温度传感器的原理
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。其发展大体经历了从分体式、模拟集成到智能型阶段。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。
热电偶有标准热电偶和非标准热电偶两种，标准热电偶严格遵循热电势与温度之前的关系，并有统一的分度号，其误差也在允许范围之内。非标准热电偶通常是根据特殊测量需要制作而成的，它没有测量范围上没有统一的标准，也没有分度号。
热电阻用得最多的当属铂电阻和铜热电阻，铂电阻测量温度范围更大，精度更高。铂电阻和铜热电阻其电阻和温度变化值都有统一的标准。Rt=R0[1+α（t-t0）]，它只跟初始温度和材料温度系数有关。
现在用的智能集成型温度传感器采用单片机技术，里面装有多位模数信号转换器，其测量精度更高，分辨力更是高达0.03度，里面还可以集成日历时钟，实现多种测量模式之间切换，输出更具规范化和标准化，可以有效抑制周围环境对温度信号输出的干扰，使得测量值
更加精确。
温度传感器输出的温度不是待测物现在的温度，通常会有一定的误差。对于需要精确测量的场合，需选用响应速度更快的传感器。在测量过程要保护要探头，探头的寿命远远低于整个测量系统的寿命，当输出不正确的时候要及时更换。在响应时间要求不高的场合，可以用专用套管将探头包裹起来，主要可以延长探头的使用时间，不过这样会影响测量精度，两者之间需权衡好。很多热敏电阻表面都有涂敷层，要保护涂敷层不被损坏，涂敷层具有传温和保护里面元件的作用，可以防潮防腐蚀。
类型及发展方向
现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段:
(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；
(2)模拟集成温度传感器／控制器；
(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展称重传感器。
1.2 温度测量的最新进展
当前，虽然主要的温度传感器，如热电偶、热电阻及辐射温度计等的技术已经成熟，但是只能在传统的场合应用，不能满足许多领域的要求，尤其是高科技领域。因此，各国专家都在针对性的竞争开发各种新型温度传感器及特殊的实用测量技术。
1.2.1 光纤温度传感器
光导纤维（简称光纤）自20世纪70年代问世以来，随着激光技术的发展，从理论和实践上都已证明它具有一系列的优越性，光纤在传感技术领域中的应用也日益受到广泛重视。光纤传感器是一种将被测量的状态转变为可测的光信号的装置。它是由光耦合器、传输光纤及光电转换器等三部分组成。目前已有用来测量压力、位移、应变、液面、角速度、线速度、温度、磁场、电流、电压等物理量的光纤传感器问世，解决了传统方式难以解决的测量技术问题。据统计，目前约有百余种不同形式的光纤传感器，用于不同领域进行检测。可以预料，在新技术革命的浪潮中，光纤传感器必将得到广泛的应用，并发挥出更多的作用。
热电偶是传统的温度传感器，用途非常广泛。近年来，又发展出了一种新的测温技术，能在火灾事故预警中有独特的应用。这种新型温度传感器称为特种测温热敏电缆，又被称为连续热电偶Continuous Thermocouple)或寻热式热电偶（Heating Seeking Thermocouple）。
热敏电缆利用电偶热电效应，但测量的不是偶头部的温度，而是沿热电极长度上最高温度点的温度。由于这种独特功能，最初被发达国家作为高精技术设备铺设在航空母舰、驱逐
舰的舰舱以及军用飞机等军事设备中。目前，已被广泛应用到各个领域来预防和减少因“过热”引起的事故和损失。
目前，热敏电缆主要有两种产品类型（FTLD和CTTC），它们测温原理相同，只是技术参数不同。
构成外层保护管：FTLD型采用双层聚四氟乙烯，CTTC型采用铬镍铁合金。为有效避免测量环境中的粉尘、油脂以及水分等介质浸入，以及温度范围不同而引起的误报，故采用不同材料。测温元件：K型热电偶。目前现有的产品长度约6~15m，若需长度加大，可以将几根热敏电缆连接起来。外径尺寸FTLD为f3.5mm，CTTC为f9.3~18.7mm，可安装在传统探头无法铺设到的恶劣环境中。工作温度 FTLD为-40~200℃，CTTC为-40~899℃。分度与灵敏度热敏电缆的分度与普通热电偶相近，由于连续热电偶的“临时”热接点不是紧密连接，热接点之外两电极间也并非完全绝缘，所以热敏电缆的输出热电势与同种热电偶相比稍有降低，换算成温度大约相差十几摄氏度，这对于火警预报来说是可以接受的。
弯曲半径除和热敏电缆组成材料的性能和质量有关外，还与隔离材料的密实程度有关。一般弯曲半径为热敏电缆外径的10~20倍。
1.2.2 智能温度传感器
进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
提高测温精度和分辨力
在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1℃。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5~0.0625℃。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高0.03125℃，测温精度为±0.2℃。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27μs、9μs。
增加测试功能
新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC)，使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。
智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率(典型产品为MAX6654)，分辨力及最大转换时间(典型产品为DS1624)。
智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统;它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。
2 温度传感器的应用
2.1 温度传感器在工业当中的应用
2.1.1 热电偶在工业制造中发挥的作用
什么叫热电偶：热电偶主要是用来测量温度，故美起名：温度传感器，中航自控：现在温度传感器应用很广泛，比如：1，民用热电偶分：电饭煲用热电偶，冰箱用热电偶，燃气灶用热电偶，汽车用热电偶，电熨斗用热电偶，电脑等等。
工业用的热电偶：军用的，大炮，导弹，飞船，消防坦克，航空航天，工业用的：冶金冶炼，石油化工，火电核电，制造业，机械制造、玻璃陶瓷、塑料橡胶、酿酒制药、轻工纺织、食品、烟草、水处理、等工业行业，为何非要用热电偶，深圳中航自控提醒您：比如消防坦克：当坦克开进火场，距离多远就不能往前走，所以外部要有热电偶，驾驶员通过仪表看到外部温度太高，就不能再往前走，还要看内部温度。像炼钢炼铁，你说钢水温度在1300度，但是要有参照或依据，过去就是通技术人员的眼睛来确认温度，感觉温度到达要求了，就说明这炉钢水完成了，可是现在不行啊，我们要保正产品质量，就要求精测精控，所以必须用热电偶才能达到要示。湿度传感器探头,,不锈钢电热管PT100传感器,,铸铝加热器,加热圈流体电磁阀。
2.1.2 人体测温
体温计的工作原理是，普通测量方式，是水银，由于水银受到体温的影响，产生微小的变化，水银体积的膨胀，使管内水银柱的长度发生明显的变化。人体温度的变化一般在35℃到42℃之间，所以体温计的刻度通常是35℃到42℃，而且每度的范围又分成为10份，因此体温计可精确到1/10度，由于水银对人体可能构成危害，随着科学技术的发展，现在发明电子式体温计，可以说解决了很多难题，因为目前已经出现很多类型的新式体温计。电子式体温计利用某些物质的物理参数(如电阻、电压、电流等)与环境温度之间存在的确定关系，将体温以数字的形式显示出来，读数清晰，携带方便。其不足之处在于示值准确度受电子元件及电池供电状况等因素影响，比如玻璃体温计。
2.2 温度传感器在医疗机构的应用
2.2.1 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。
热敏电阻用于血液分析仪
热敏电阻元件温度传感器可用来监测厢室、扩散灯和油冷式马达的温度，以免过热。如有过热现象，立即停机使其冷却。为了控制样品的温度，对于温度的测量必须准确，测出的温度需要尽量接近实际温度。
2.2.2 温度传感器应用于监测系统
监测冷藏箱温度的传感器似乎相当直观明了，但有没有想过用传感器来监测我们的活动方式?一些老年人发现，监测技术可以让他们在家里待得更久，并且改善生活质量。
所有远程监测和远程健康系统的最终目的是改善病人护理工作。虽然许多老年人身边都有个人紧急响应系统(PERS)按钮，那样遇到紧急情况可以摁按钮求救，但许多人并没有使用按钮，其中有诸多原因：他们可能身体伤残、意识混乱，或远离按钮。
比如说，丈夫患早老性痴呆病的妇女可能很难在晚上睡好觉，因为她提心吊胆，时时防着丈夫在夜间乱走。而监测系统改变了这种情况：如果他离床太久，就会发出警报。不仅仅只有床头传感器能够有此效果。例如明尼苏达州的Healthsense公司，其eNeighbor远程监测系统可提供12种传感器，这些基于Wi-Fi的传感器包括床头传感器、厕所传感器、接触传感器和运动传感器。但光靠传感器未必会告诉某人需要帮助，所以Healthsense的系统会分析数据，评估病人是不是偏离了通常的活动模式;若有偏离，就表明可能有问题。
这种系统可将不同传感器获得的信息关联起来，并且使传感器算法适应患者的一般活动或在家里走动的规律。一旦确立了模式，系统就会根据这些信息评估患者在预期活动范围之内，还是在预期活动范围之外，然后，它会发出相应的警报。
3 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。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，将会有更加先进，更加智能的温度传感器走进人们的生活，让我们的世界变得更加灵敏，更加开放。
参考文献(Reference)
陈黎敏.传感器技术及其应用.机械工业出版社,2009-7-1.
张森.光纤传感器及其应用.西安电子科技大学出版社,2011-9-1.
沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用.机械工业出版,2002-7-1.
秦志强.现代传感器技术及应用.电子工业出版社,2010-5-1.
温度传感器的历史发展与研究现状 摘要：本文通过查阅各类文献并进行分析总结，简述了温度传感器的意义和作用，介绍了温度传感器的发展历史，列举并分析了常用温度传感器的类型，对比了国外温度传感器设计和研究领域的现状与发展，着重阐述了国外先进的CMOS模拟集成温度传感器的主要原理。最后，文章对温度传感器的未来发展方向做出了说明。 关键词：温度传感器，IC温度传感器，CMOS集成温度传感器 一、背景介绍 1.1绪言 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中，它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。[1]传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。它是实现自动测量和自动控制的首要环节。[2]温度是反映物体冷热状态的物理参数，它与人类生活环境有着密切关系。早在2000多年前，人类就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度。[3]在人类社会中，无论工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。 [4]在工业生产自动化流程中，温度测量点一般要占全部测量点的一半左右。[5]因此，人类离不开温度传感器。传感器技术因而成为许多应用技术的基础环节，成为当今世界发达国家普
遍重视并大力发展的高新技术之一，它与通信技术、计算机技术共同构成了现代信息产业的三大支柱。[6] 1.2温度传感器的发展历史和主要分类 人们研究温度测量的历史已经相当的久远了。公元1600年，伽利略研制出气体温度计。 [7]一百年后，酒精温度计[8]和水银温度计[9]问世。到了1821年，德国物理学家赛贝发明了热电偶传感器[10]，人类真正的第一次把温度变成了电信号。此后，随着技术的发展，人们研制出了各种温度传感器。本世纪，在半导体技术的支持下，相继诞生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。[11]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。[12] 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)和IC温度传感器。[13] 热电偶传感器有自己的优点和缺陷。热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。然而热电偶传感器的灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。[14] IC温度传感器即数字集成温度传感器，其外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。尤其是CMOS工艺实现的智能温度传感芯片具有低成本、低功耗、与标准数字工艺兼容以及芯片面积小等优点，已经取代了双极型工艺。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型，最主要的特点之一是将温度传感模块和信号的处理电路同时集成在一个芯片上。[15]
单线数字温度传感器DS18B20原理及其应用 DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的"一线器件"体积更小、适用电压更宽、更经济Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822 "一线总线"数字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持"一线总线"接口，测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为±2°C 。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18B2 0、DS1822 的特性DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继"一线总线"的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 1. DS18B20的新性能 (1) 可用数据线供电，电压范围：3.0~5.5V； (2) 测温范围：-55~+125℃，在-10~+85℃时精度为±0.5℃； (3) 可编程的分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃； (4) 12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字； (5) 负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2. DS18B20的外形和内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下: 图（1）DS18B20外形图 引脚定义： (1) DQ为数字信号输入/输出端； (2) GND为电源地；
DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图 时间：2012-02-16 14:16:04 来源：赛微电子网作者： 前言 温度与工农业生产密切相关，对温度的测量和控制是提高生产效率、保证产品质量以及保障生产安全和节约能源的保障。随着工业的不断发展，由于温度测量的普遍性，温度传感器的市场份额大大增加，居传感器首位。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现在，新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。基于DS18B20温度传感器的重要性，小编整理出DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图供大家参考。 一、DS18B20温度传感器工作原理（热电阻工作原理） DS18B20温度传感器工作原理框图如图所示： DS18B20温度传感器工作原理框图 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 二、DS18B20温度传感器的应用电路 1.DS18B20温度传感器寄生电源供电方式电路图 寄生电源方式特点： (1)进行远距离测温时，无须本地电源。 (2)可以在没有常规电源的条件下读取ROM。 (3)电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。 (4)只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适于采用电池供电系统中。
各种温度传感器分类及其原理
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化，在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1.热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体A和B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO,称为自由端(也称参考端或冷端，则回路中就有电流产生，如图2-1(a所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向， 称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T，T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势， 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势：热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开处a，b 之间便有一电动势差△ V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图 2-1(b所示。并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B 为负极。实验表明，当△ V很小时，△ V与厶T成正比关系。定义△ V对厶T 的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。
温度传感器的常见分类温度传感器应用大全 温度传感器在我们的日常生活中扮演着十分重要的角色，同时它也是使用范围最广，数量最多的传感器。关于它你了解多少呢？本文主要介绍的就是各种温度传感器的分类及其原理，温度传感器的应用电路。 温度传感器从17世纪温度传感器首次应用以来，依次诞生了接触式温度传感器，非接触式温度传感器，集成温度传感器，近年来在智能温度传感器在半导体技术，材料技术等新技术的支持下，温度传感器发展迅速，由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度，又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑，使用也更加方便。 1、热电偶传感器： 两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的，接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关，当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端，另一端温度为TO，称为自由端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势，这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 2、热敏电阻传感器： 热敏电阻是敏感元件的一类，热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变，与一般的固定电阻不同，属于可变电阻的一类，广泛应用于各种电子元器件中，不同于电阻温度计使用纯金属，在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物，正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件，热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度，通常是-90℃?130℃。 3、模拟温度传感器： HTG3515CH是一款电压输出型温度传感器，输出电流1～3.6V，精度为±3％RH，0～100％RH相对湿度范围，工作温度范围-40～110℃，5s响应时间，0±1％RH迟滞，是一个带
温度传感器的发展现状、原理及应用 摘要： 近年来，中国工业现代化进程和电子信息产业的持续快速发展，推动了传感器市场的快速崛起。温度传感器是一类重要的传感器，占传感器总需求量的40%以上。温度传感器是一种半导体器件，利用NTC电阻随温度变化的特点，将非电物理量转化为电量，从而实现精确的温度测量和自动控制。温度传感器广泛应用于温度测量和控制、温度补偿、流量和风速测量、液位指示、温度测量、紫外和红外测量、微波功率测量等领域，广泛应用于彩电领域。电脑彩色显示，开关电源，热水器，冰箱，厨房设备，空调，汽车等领域。近年来，汽车电子和消费电子行业的快速增长推动了中国对温度传感器需求的快速增长。 关键词：温度传感器；发展现状；应用
目录 一、温度传感器的发展现状 (3) 二、温度传感器的原理 (3) （一）热电偶温度传感器原理 (4) （二）金属热电阻温度传感器原理 (4) （三）集成温度传感器原理 (4) 三、温度传感器的应用 (4) （一）在汽车中的应用 (5) （二）在家用电器中的应用 (5) （三）生物医学中的应用 (6) （四）工业中的应用 (6) （五）太空中的应用 (6) 四、结论 (6) 参考文献 (8)
一、温度传感器的发展现状 温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的[1]。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。 由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般产用各式各样形态的温度传感器。 表1.1当前市面上温度传感器分类统计表[2] 分类特征传感器名称 测量范围 超高温用1500℃以上光学高温计、辐射传感器 中高温用1000℃ -1500℃ 光学高温计、辐射传感器、热电偶 中温用500℃-1000℃光学高温计、辐射传感器、热电 低温用-250℃-0℃晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计极低温用-270℃ --250℃ BaSrTi03陶瓷 现如今，在集成数字智能温度传感器领域，国内相关的设计和研究尚处于交 际处的阶段。目前市场上流行的同类温度传感器诸如DS18B20，AD7416，AD7417，AD7418，AD590等F，大国都是出自国外一些比较大的公司。就目前来说，国内的很多公司往往温度传感器产品比较少，并且已申请到的相关专利也非常少，处理厦门大学等高校申请专利外，还有香港应用科技研究院、苏州纳芯微电子、背景中电华大电子设计、上海贝岭等少数研究机构或企业的专利，虽然其专利名称比较大，但是技术涉及点并不全面。因此，在集成数字温度传感器方面，我国尚有较大的发展空间。
温度传感器的选用 摘要：在各种各样的测量技术中，温度的测量可能是最为常见的一种，因为许多的应用领域，掌握温度的确切数值，了解温度与实际状态之间的差异等，都具有极为重要的意义。就以测量为例，在力的测量，压力，流量，位置及电平高低等测量的过程中，为了提高测量精度，通常都会要求对温度进行监视。可以说，各种的物理量都是温度的函数，要得到精确的测定结果，必须针对温度的变化，作出精确的校正。 关键字：温度传感器热电偶热电阻集成电路 引言： 工业上常用的温度传感器有四类：即热电偶、热电阻RTD、热敏电阻及集成电路温 度传感器；每一类温度传感器有自己独特的温度测量围，有自己适用的温度环境；没有一种温度传感器可以通用于所有的用途：热电偶的可测温度围最宽，而热电阻的测量线性度最优，热敏电阻的测量精度最高。 1、热电偶 热电偶由二根不同的金属线材，将它们一端焊接在一起构成；参考端温度（也称冷补偿端）用来消除铁-铜相联及康铜-铜联接端所贡献的误差；而两种不同金属的焊接端放置于需 要测量温度的目标上。 两种材料这样联接后会在未焊接的一端产生一个电压，电压数值是所有联接端温度的函数，热电偶无需电压或电流激励。实际应用时，如果试图提供电压或电流激励反而会将误差 引进系统。 鉴于热电偶的电压产生于两种不同线材的开路端，其与外界的接口似乎可通过直接测量两导线之间的电压实现；如果热电偶的的两端头不是联接至另外金属，通常是铜，那末事情 真会简单至此。 但热电偶需与另外一种金属联接这一事实，实际上又建立了新的一对热电偶，在系统中引入了极大的误差，消除此误差的唯一办法是检测参考端的温度，以硬件或硬件-软件相结 合的方式将这一联接所贡献的误差减掉，纯硬件消除技术由于线性化校正的因素，比软件-硬件相结合技术受限制更大。一般情况下，参考端温度的精确检测用热电阻RTD，热敏电 阻或是集成电路温度传感器进行。原则上说，热电偶可由任意的两种不同金属构建而成，但在实践中，构成热电偶的两种金属组合已经标准化，因为标准组合的线性度及所产生的电压与温度的关系更趋理想。 表3与图2是常用的热电偶E,J,T,K,N,S,B R的特性。
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC 的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。热敏电阻器用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。 表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为14.050K Ω。 虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。在实际使用上通常会和一些仪表配套使用，但也会出现很多故障现象。下面就让艾驰商城小编对温度传感器常见故障的处理方法来一一为大家做介绍吧。 第一，被测介质温度升高或者降低时变送器输出没有变化，这种情况大多是温度传感器密封的问题，可能是由于温度传感器没有密封好或者是在焊接的时候不小心将传感器焊了个小洞，这种情况一般需要更换传感器外壳才能解决。 第二，输出信号不稳定，这种原因是温度源本事的原因，温度源本事就是一个不稳定的温度，如果是仪表显示不稳定，那就是仪表的抗干扰能力不强的原因。 第三，变送器输出误差大，这种情况原因就比较多，可能是选用的温度传感器的电阻丝不对导致量程错误，也有可以能是传感器出厂的时候没有标定好。 温度传感器出现故障的情况很少见，只要出厂的时候进行仔细的检测，这些情况都是可以避免的，所以温度传感器在出厂的时候一地要进行检验，客户也可找传感器厂家索要出厂检测报告进行参考。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/e33422382.html,/
温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段： 1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。2.模拟集成温度传感器/控制器。 3.智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。 温度传感器的分类 温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。 接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。 温度传感器的发展 1.传统的分立式温度传感器——热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃。 2.模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。 2．1光纤传感器 光纤式测温原理 光纤测温技术可分为两类:一是利用辐射式测量原理,光纤作为传输光通量的导体,配合光敏元件构成结构型传感器;二是光纤本身就是感温部件同时又是传输光通量的功能型传感器。光纤挠性好、透光谱段宽、传输损耗低,无论是就地使用或远传均十分方便而且光纤直径小,可以单根、成束、Y型或阵列方式使用,结构布置简单且体积小。因此,作为温度计,适用的检测对象几乎无所不包,可用于其他温度计难以应用的特殊场合,如密封、高电压、强磁场、核辐射、严格防爆、防水、防腐、特小空间或特小工件等等。目前,光纤测温技术主要有全辐射测温法、单辐射测温法、双波长测温法及多波长测温等 2.1.1 全辐射测温法 全辐射测温法是测量全波段的辐射能量,由普朗克定律: 测量中由于周围背景的辐射、测试距离、介质的吸收、发射及透过率等的变化都会严重影响准确度。同时辐射率也很难预知。但因该高温计的结构简单,使用操作方便,而且自动测量,测温范围宽,故在工业中一般作为固定目标的监控温度装置。该类光纤温度计测量范围一般在600～3000℃,最大误差为16℃。 2.1.2 单辐射测温法 由黑体辐射定律可知,物体在某温度下的单色辐射度是温度的单值函数,而且单色辐射度的增长速度较温度升高快得多,可以通过对于单辐射亮度的测量获得温度信息。在常用温度与波长范围内,单色辐射亮度用维恩公式表示: 2.1.3 双波长测温法 双波长测温法是利用不同工作波长的两路信号比值与温度的单值关系确定物体温度。两路信号的比值由下式给出: 际应用时,测得R(T)后,通过查表获知温度T。同时,恰当地选择λ1和λ2,使被测物体在这两特定波段内,ε(λ1,T)与ε(λ2,T)近似相等,就可得到与辐射率无关的目标真实温度。这种方法响应快,不受电磁感应影响,抗干扰能力强。特别在有灰尘,烟雾等恶劣环境下,对目标不充满视场的运动或振动物体测温,优越性显著。但是,由于它假设两波段的发射率相等,这只有灰体才满足,因此在实际应用中受到了限制。该类仪器测温范围一般在600～3000℃,准确度可达2℃。 2.1.4 多波长辐射测温法 多波长辐射测温法是利用目标的多光谱辐射测量信息,经过数据处理得到真温和材料光谱发射率。考虑到多波长高温计有n个通道,其中第i个通道的输出信号Si可表示为: 将式(9)～(13)中的任何一式与式(8)联合,便可通过拟合或解方程的方法求得温度T和光谱发射率。Coates[8,9]在1988年讨论了式(9)、(10)
温度传感器 一、简介 温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。 二、主要分类 1、接触式 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测量范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸气压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差热电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、精确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳少杰而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6-300K范围内的温度。 2、非接触式 它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。 最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微
红外温度传感器在工业中的应用 随着工业生产的发展，温度测量与控制十分重要，温度参数的准确测量对输出品质、生产效率和安全可靠的运行至关重要。目前，在热处理及热加工中已逐渐开始采用先进的红外温度计等非传统测温传感器，来代替传统的热电偶、热电阻类的热电式温度传感器，从而实现生产过程或者重要设备的温度监视和控制。 基本原理 温度传感器基本原理，最常用的非接触式温度传感器基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数式中ε为材料表面发射率，ρ为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。 在水泥制造生产中的应用 红外温度传感器在水泥制造生产中有着广泛的应用。据调查目前我国每年因红窑事故造成的直接经济损失达2000万元，间接损失达3亿元。用常规的方法很难对非匀速旋转的水泥胴体进行测温，国际上先进的办法是在窑尾预热平台上安装一套红外扫描测温仪，系统的软件部分主要由数据采集滤波、同步扫描控制、数据通讯处理等，红外辐射测温仪按预定的扫描方式，实现对窑胴体轴向每一个测量段成的温度的测量，在一个扫描周期内，红外温度传感器将在扫描装置的驱动下，将每一个测量元表面的红外辐射转换成温度相关的电信号，送进数据采集装置作为数据采集，同步装置保证数据采集与回转窑的旋转保持严格同步，要让测量的温度值与测量元下确对应，测温仪由扫描起点扫描到终点后，即对窑胴体表面各测量元完成了一次逐元温度检测后，立即快速返回扫描起点，开始下一扫描周期的检测，数据经微机处理后，给出反映窑内状况的图像，文字信息，必要时可以发射声光报警。为保证测量的精度，定要考虑物体的发射率，周围环境影响。红外测温仪要垂直对准窑胴体的表面，因因水汽，尘埃，烟雾的影响，要采取加装水冷，风吹扫装置。意义：1.生产过程中对产品的质量监控与监视，只要温度控制在设定值内，产品质量会有保证，过低过高都浪费能源；2.在线安全的检测可以起到保护人以及设备安全；3.降低能耗，节约能源。 在热处理行业中的应用 红外温度传感器可以广泛的应用于钢铁生产过程中，对生产过程的温度进行监控，对于提高生产率和产品质量至重要。红外温度传感器可精确地监视每个阶段，使钢材在整个加工过程中保持正确的冶金性能。红外温度传感器可以帮助钢铁生产过程中提高产品质量和生产率、降低能耗、增强人员安全、减少停机时间等。 红外温度传感器在钢铁加工和制造过程中主要应用在连铸、热风炉、热轧、冷轧、棒材和线材轧制等过程中。 红外温度传感器传感头有数字和模拟输出两种，发射率可调。—这对于发射率变化金属材料尤其重要。要生产出优质的产品和提高生产率，在炼钢的全过程中，精确测温是关键。连铸将钢水变为扁坯、板坯或方坯时，有可能出现减产或停机，需精确的实时温度监测，配以水嘴和流量的调节，以提供合适的冷却，从而确保钢坯所要求的冶
【收稿日期】２００６－０２－１６ 【作者简介】 严芸（１９８２—），女，江苏无锡人，无锡商业职业技术学院塘山校区助教。浅谈温度传感器的现状与发展 严芸 （无锡商业职业技术学院塘山校区，江苏无锡２１４１５３） 【摘要】 文章介绍了模拟温度传感器和数字温度传感器的特点、现状及其应用，并对两者进行了比较分析。【关键词】 模拟温度传感器；ＤＳ１６２０；ＭＡＸ６５７５Ｌ／Ｈ；ＡＤ７４１６【中图分类号】ＴＰ２１２．１１【文献标识码】Ａ【文章编号】１００８－１１５１（２００６）０５－００３８－０２大众科技 ＤＡＺＨＯＮＧＫＥＪＩ２００６年第５期（总第９１期） Ｎｏ．５，２００６ （ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙＮｏ．９１） 温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般产用各式各样形态的温度传感器。根据它们在讯号输出方式上的不同又可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器。现将模拟温度传感器和数字温度传感器进行简单介绍。 一、模拟温度传感器 模拟温度传感器有多种输出形式（绝对温度、摄氏温度和华氏温度）以及电压偏移值。后者让组件在使用单电源的情形下就能对负温度值进行监测。模拟温度传感器的输出还可以送到比较器来产生超温指示信号，或直接送到模拟数字转换器的输入，用来显示实时温度数据（如图１）。模拟温度传感器适合需要低成本、小体积和低功耗的应用。 图１典型的模拟传感器的应用电路 另一种是温度开关或逻辑输出传感器，这种传感器会在温度超过某个默认值时输出特定的逻辑讯号。而这个触发点（限制值）可以预设，因此，这类组件让设计更加简单，成本也更低。它的典型应用如关闭系统电源，启动风扇、空调、加热器等（见图２）。 图２温度开关的典型应用 二、数字温度传感器 对于更紧密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求带动了数字温度传感器的发展。被测温度信号从敏感元件接收的非电量到转换为微处理器可处理的数字信号，环节较多，而且模拟信号在长距离传输的过程中，受到的干扰较多，误差较大。因此，从非电量转换到数字信号，一般将其处理过程集成 在单片ＩＣ器件体内部，这样就形成了功能强大，精确的数字传感器。 （一）ＤＳ１６２０ 美国达拉斯半导体公司生产的ＤＳ１６２０是经过特殊工艺而制成的集成式数字温度传感器，具有体积小、测量精度高、无需Ａ／Ｄ转换、直接输出数字信号等特点，可在－５５～＋１２５℃之间将温度转换成对应的１位符号、８位数据的９位二进制数字，并以串行数据方式按着低位在先、高位在后的格式进行连续的数字输出，典型转换时间为２００ｍｓ，分辨率为０．５℃。经过特殊的处理可使其达到０．１℃的分辨率，以满足高精度的工业测量和控制系统的需要。该传感器测量结果的读取方式有两种：一次读取９位（读到第９位时将ＲＳＴ置成“０”）；读取２个８位字并将高７位置“０”。根据其数据输出编码格式，当第９位（符号位）ＭＳＢ为 “０”时，表示被测温度为正，ＭＳＢ为“１”时，则表示被测温度位负，以下是几个典型的温度值。 ０１１１１１０１０＋１２５℃ ０００１１００１０＋２５℃００００００００００℃１１１１１１１１１－０．５℃２１１００１１１０－２５℃ ＤＳ１６２０为８脚ＤＩＰ或ＳＯＩＣ封装形式，可工作在ＰＣ或单 片机等具有可编程功能的测温系统中，也可作为独立的测温元件而工作在无ＣＰＵ的测温系统中（此时只用到其中的３个引脚）。表１为ＤＳ１６２０的引脚及其功能说明。 表１ＤＳ１６２０引脚功能 表１中，４和８之间引入５Ｖ电源电压；ＴＨ、ＴＬ分别为高温、低温越限触发端，作为温度控制系统的触发输出信号；Ｔ－ ＣＯＭ为高、低触发信号的回差，当被测温度高于上限设定值 时，ＴＨ置“１”，而只有当被测温度降至低于下限设定值时，ＴＬ置“０”，因而形成上、 下限之间的回差，图３是三者之间的关系图。 ３８－－
温度传感器的原理及发展 温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段； (1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)，主要是能够进行非电量和电量之间转换。 (2)模拟集成温度传感器／控制器。 (3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。 1、温度传感器的分类 温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。 接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。 2、温度传感器的发展 2．1传统的分立式温度传感器——热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精确度；测量范围广，可从—50~l600℃进行连续测量，特殊的热电偶如金铁—镍铬，最低可测到一269，钨—铼最高可达2800℃。 2．2集成(IC)温度传感器 2．2．1模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅 测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输 距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需 要进行非线性校准，外围电路简单。 2．2．2智能温度传感器 智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A ／D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
温度传感器工作原理与类型 前言:温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 一、温度传感器热电偶的应用原理 温度传感器热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．温度传感器热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。 2．温度传感器热电偶的种类及结构形成 (1)温度传感器热电偶的种类 常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶两大类。所谓标准温度传感器热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的温度传感器热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化温度传感器热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化温度传感器热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化温度传感器热电偶我国从1988年1月1日起，温度传感器热电偶
1 引言 科学技术离不开测量。测量的目的就是要获得被测对象的有关物理或化学性质的信息，以便根据这些信息对被测对象进行评价或控制，完成这一功能的器件就我们称之为传感器。传感器是信息技术的前沿尖端产品，被广泛用于工农业生产、科学研究和生等领域，尤其是温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段; (1) 传统的分立式温度传感器(含敏感元件);主要是能够进行非电量和电量之间转换。 (2) 模拟集成温度传感器/控制器; (3) 智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。 2 传感器的分类 传感器分类方法很多，常用的有2种:一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。 温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。目前最常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。 3 传感器的原理及发展 3.1 传统的分立式温度传感器—热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精确度;测量范围广，可从-50℃-1600℃进行连续测量，特殊的热电偶如金铁-镍铬，最低可测到-269℃，钨-铼最高可达2800℃。 热电偶传感器主要按照热电效应来工作。将两种不同的导体A和B 连接起来，组成一个闭合回路，即构成感温元件，如图1所示。当导体A和B的两个接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象即称为热电效应，也叫温差电效应。热电偶就是利用这一效应进行工作的。热电偶的一端是将A、B两种导体焊接在一起，称为工作端，置于温度为t的被测介质中。另一端称为参比端或自由端，放于温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入计算机进行处理，即可得到温度值。 热电偶两端的热电势差可以用下式表示: Et=E(t)-E(t0) 式中:Et—热电偶的热电势 E(t)—温度为t时的热电势
常用温度传感器比较 一.接触式温度传感器 1. 热电偶： （1）测温原理： 两种不同成分的导体（称为热电偶丝或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电动势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测 量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表连接，显示出热电偶所产生的热电动势，通过查询热电偶分度表，即可得到被测介质温度。 （2）测温范围： 常用的热电偶从-50~+1600C均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到- 269C（如金铁镍铬），最高可达+28000（如钨-铼）。 （3）常用热电偶型号： （4）实例： T型热电偶，测温范围-40~350C，详细信息见T型热电偶实例。 2. 热电阻： （1）测温原理： 热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化 而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。 目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即： R=R o [1+ a（t-t 0）] 式中，R为温度t时的阻值；R o为温度t o （通常10=00 ）时对应电阻值；a为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为： R =Ae B/t 式中R为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。 （2）测温范围：
金属热电阻一般适用于-200~5000范围内的温度测量，其特点是测量准确、 稳定性好、性能可靠。 半导体热敏电阻测温范围只有-50~300C左右，且互换性较差，非线性严重，但温度系数更大，常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上) 。 (3)常用热电阻： 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150C 易被氧化。 中国最常用的有R°=10Q、R°=100Q和R°=1000Q等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000;铜电阻有R o=50Q和R o=100Q两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。 (4)实例： Pt100为正温度系数热敏电阻传感器，测量范围-200 C ~850C，允许温度偏差值0.15+0.002|t| ，最小置入深度200mm最大允许电流5mA详细信息见Pt100 实例。 3. 集成温度传感器： <1>模拟式温度传感器： (1)原理： 将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，具 有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点。 (2)常见模拟式温度传感器： 电压输出型： LM3911、LM335 LM45 AD22103 电流输出型： AD590。 (3)实例： LM135\235\335系列是美国国家半导体公司(NS)生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，是电压输出型温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Q的动态阻抗，工作电流范围从400^A 到5mA，精度为1C，LM135的温度范围为-55 C?+150C，LM235的温度范围为-40 C ?+125C，LM335 为-40C ~+100°C。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。详细信息见 LM135，235，335.pdf。 AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V,可以承受44V正向电压和20V反向电压，测温范围为-55 C?+150C，输出电流为223卩 A~423卩A,输出电流变化1卩A相当于温度变化1 C，最大非线性误差为土03C,响应时间仅为20卩s，重复性误差低至土0.05C,功耗约为2mW, 输出电流信号的传输距离可达到1km以上，作为一种高阻电流源，最高可达 20血，所以它不必考虑选择开关或CMO多路转换器所引入的附加电阻造成的误差,适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。详细信息见AD590.pdf。 <2>数字式温度传感器： (1)原理： 将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的