简述温度传感器工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)及其分(fēn)类标准
时间：2020-03-16点击：1248次
温度是一个基本的物(wù)理(lǐ)量，实际应用(yòng)中(zhōng)经常需要测试的参数，自然界中(zhōng)的一切过程无不与温度密切相关，从钢铁制造到半导體(tǐ)生产(chǎn)，很(hěn)多(duō)工(gōng)艺都要依靠温度来实现，温度测量变得非常重要。
温度是一个基本的物(wù)理(lǐ)量，实际应用(yòng)中(zhōng)经常需要测试的参数，自然界中(zhōng)的一切过程无不与温度密切相关，从钢铁制造到半导體(tǐ)生产(chǎn)，很(hěn)多(duō)工(gōng)艺都要依靠温度来实现，温度测量变得非常重要。温度测量应用(yòng)非常广泛，不仅生产(chǎn)工(gōng)艺需要温度控制，有(yǒu)些電(diàn)子产(chǎn)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。温度传感器是应用(yòng)系统与现实世界之间的桥梁。
温度传感器工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)
温度传感器是之前开发，应用(yòng)广的一类传感器，是指能(néng)感受温度并转换成可(kě)用(yòng)输出信号的传感器，是温度测量仪表的核心部分(fēn)，品种繁多(duō)，主要基于以下工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)：
金属膨胀原理(lǐ)设计的传感器：金属在环境温度变化后会产(chǎn)生一个相应的延伸，因此传感器可(kě)以以不同方式对这种反应进行信号转换。
双金属片式传感器：双金属片由两片不同膨胀系数的金属贴在一起而组成，随着温度变化，材料A比另外一种金属膨胀程度要高，引起金属片弯曲。弯曲的曲率可(kě)以转换成一个输出信号。
双金属杆和金属管传感器：随着温度升高，金属管（材料A）長(cháng)度增加，而不膨胀钢杆（金属B）的長(cháng)度并不增加，这样由于位置的改变，金属管的線(xiàn)性膨胀就可(kě)以进行传递。反过来，这种線(xiàn)性膨胀可(kě)以转换成一个输出信号。
液體(tǐ)和气體(tǐ)的变形曲線(xiàn)设计的传感器：在温度变化时，液體(tǐ)和气體(tǐ)同样会相应产(chǎn)生體(tǐ)积的变化。
多(duō)种类型的结构可(kě)以把这种膨胀的变化转换成位置的变化，这样产(chǎn)生位置的变化输出（電(diàn)位计、感应偏差、挡流板等等）。
温度传感器分(fēn)类
温度传感器的市场份额大大超过了其他(tā)的传感器。温度传感器应用(yòng)广泛，涵盖食品加工(gōng)、HVAC 环境控制、医(yī)疗器械、化學(xué)品处理(lǐ)和汽車(chē)引擎罩下监控（如冷却剂、进气管、气缸盖温度等）。温度传感器用(yòng)于测量热度，以确保某个过程在应对高温、危险或无法接触的测量点时，要么能(néng)在一定范围内保持稳定，使应用(yòng)安(ān)全，要么满足一个强制性条件的要求。温度传感器按照不同的分(fēn)类标准，有(yǒu)不同的种类。
按测量方式區(qū)分(fēn)
按照测量方式，温度传感器可(kě)分(fēn)為(wèi)接触式和非接触式两大类。
接触式温度传感器的检测部分(fēn)与被测对象有(yǒu)良好的接触，又(yòu)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(néng)直接表示被测对象的温度。
一般测量精(jīng)度较高。在一定的测温范围内，温度计也可(kě)测量物(wù)體(tǐ)内部的温度分(fēn)布。但对于运动體(tǐ)、小(xiǎo)目标或热容量很(hěn)小(xiǎo)的对象则会产(chǎn)生较大的测量误差，常用(yòng)的温度计有(yǒu)双金属温度计、玻璃液體(tǐ)温度计、压力式温度计、電(diàn)阻温度计、热敏電(diàn)阻和温差電(diàn)偶等。它们广泛应用(yòng)于工(gōng)业、农业、商(shāng)业等部门。在日常生活中(zhōng)人们也常常使用(yòng)这些温度计。
非接触式的敏感元件与被测对象互不接触，又(yòu)称非接触式测温仪表。这种仪表可(kě)用(yòng)来测量运动物(wù)體(tǐ)、小(xiǎo)目标和热容量小(xiǎo)或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可(kě)用(yòng)于测量温度场的温度分(fēn)布。
常用(yòng)的非接触式测温仪表基于黑體(tǐ)辐射的基本定律，称為(wèi)辐射测温仪表。各类辐射测温方法只能(néng)测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有(yǒu)对黑體(tǐ)（吸收全部辐射并不反射光的物(wù)體(tǐ)）所测温度才是真实温度。如欲测定物(wù)體(tǐ)的真实温度，则要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長(cháng)，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有(yǒu)关，因此很(hěn)难准确测量。
非接触式温度传感器的优点是测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对可(kě)测温度原则上没有(yǒu)限制。
按材料及電(diàn)子元件特性區(qū)分(fēn)
按照传感器材料及電(diàn)子元件特性，温度传感器分(fēn)為(wèi)热電(diàn)阻和热電(diàn)偶两类。
热敏電(diàn)阻是用(yòng)半导體(tǐ)材料， 大多(duō)為(wèi)负温度系数，即阻值随温度增加而降低。
温度变化会造成大的阻值改变，因此它是灵敏的温度传感器。但热敏電(diàn)阻的線(xiàn)性度差，并且与生产(chǎn)工(gōng)艺有(yǒu)很(hěn)大关系。
热敏電(diàn)阻还有(yǒu)其自身的测量技(jì )巧。热敏電(diàn)阻體(tǐ)积小(xiǎo)是优点，它能(néng)很(hěn)快稳定，不会造成热负载。不过也因此很(hěn)不结实，大電(diàn)流会造成自热。由于热敏電(diàn)阻是一种電(diàn)阻性器件，任何電(diàn)流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于電(diàn)流平方与電(diàn)阻的积。因此要使用(yòng)小(xiǎo)的電(diàn)流源。如果热敏電(diàn)阻暴露在高热中(zhōng)，将导致损坏。
热電(diàn)偶是温度测量中(zhōng)常用(yòng)的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供電(diàn)，也是便宜的。電(diàn)偶是简单和通用(yòng)的温度传感器，但热電(diàn)偶并不适合高精(jīng)度的的测量和应用(yòng)。
按温度传感器输出信号的模式區(qū)分(fēn)
按照温度传感器输出信号的模式，可(kě)大致划分(fēn)為(wèi)三大类：数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。
数字式温度传感器采用(yòng)硅工(gōng)艺生产(chǎn)的数字式温度传感器，其采用(yòng)PTAT结构，这种半导體(tǐ)结构具(jù)有(yǒu)准确的，与温度相关的良好输出特性。
逻辑输出温度传感器。在许多(duō)应用(yòng)中(zhōng)，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可(kě)选用(yòng)逻辑输出式温度传感器。
模拟温度传感器，如热電(diàn)偶、热敏電(diàn)阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内線(xiàn)性不好，需要进行冷端补偿或引線(xiàn)补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具(jù)有(yǒu)灵敏度高、線(xiàn)性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动電(diàn)路、信号处理(lǐ)電(diàn)路以及必要的逻辑控制電(diàn)路集成在单片IC上，有(yǒu)实际尺寸小(xiǎo)、使用(yòng)方便等优点。
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