淺談溫度傳感囂及其應用

楊桃

【摘要】溫度傳感器是一種最早開發(fā)、應用最廣的一類傳感器，其最常用的有熱電阻和熱電偶兩類產品。自從溫度傳感器發(fā)明以來，就對人類社會產生了巨大影響，本文介紹了溫度傳感器的原理、類型以及在家用電器、醫(yī)療機構和汽車中的應用。

【關鍵詞】溫度傳感器 家用電器 醫(yī)療 汽車

溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關。溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。。溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀初人們開始利用溫度進行測量。在半導體技術的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應，根據波與物質的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。

一、溫度傳感器的原理

溫度傳感器主要是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。有不少元件、材料的特性都會隨著溫度的變化而變化，所以說能作為溫度傳感器的材料應該說是比較多的。溫度傳感器會隨溫度變化而引起物理參數變化的有：電阻、？膨脹、電容、而磁性能、電動勢、頻率、光學特性及熱噪聲等等，溫度傳感器是工業(yè)生產中最常見的一種傳感器。它將物體的溫度轉化為電信號輸出，它具有結構簡單，測量范圍寬，穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點。不同的溫度傳感器制作方法不同，常見的有熱敏電阻、熱電偶和集成型產品。并且從測量方式可分為接觸式和非接觸式兩種類型。現在的溫度傳感器不僅溫度信號輸出，還可以集成濕度測量，信號輸出也由原來的單一信號變成多樣化的輸出形式，可以進行遠距離通信，數據可以根據需要進行記錄、上限報警和自控控制等多種功能。

二、溫度傳感器的主要類型

溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶；熱敏電阻；電阻溫度檢測器（RTD）；IC溫度傳感器：包括模擬輸出和數字輸出兩種類型。

（1）熱電阻式：熱敏電阻由于體積小，靈敏度高，長期穩(wěn)定性好等特點在醫(yī)學領域的溫度測量中使用非常廣泛。可在珠狀或薄片狀的熱敏電阻外加保護管套，例如將珠狀熱敏電阻封裝在硬塑料、玻璃或金屬套管中，用來測量口腔或直腸溫度。薄片狀的熱敏電阻很適合測量皮膚溫度，近年來發(fā)展的薄膜型熱敏電阻可以做得非常薄，只有十幾納米，用它做測溫元件，將有很好的發(fā)展前景。

（2）熱電偶式：當有兩種不同的金屬組成回路時，若兩個觸點的溫度不同，則回路中就有電流通過，稱為溫差電效應。熱電偶傳感器就是利用溫差電現象制成的熱敏傳感器。它具有測溫范圍寬、性能穩(wěn)定、準確可靠等優(yōu)點，在醫(yī)學領域應用十分廣泛。

（3）電阻溫度檢測器（RTD）：精度極高且具有中等線性度，他們特別穩(wěn)定，并且有多種配置，但他們的最高工作溫度只能達到400℃左右，它們也有很大的TC，且價格昂貴（是熱電偶的4-10倍），并且需要一個外接參考源。

（4）IC溫度傳感器：包括模擬輸出和數字輸出兩種類型。模擬輸出IC溫度傳感器具有很高的線性度（如果配合一個模數轉換器或ADC可產生數字輸出）、低成本、高精度（大約1%）、小尺寸和高分辨率。它們的不足之處在于溫度范圍有限（55℃～+150℃），并且需要一個外部參考源。數字輸出IC溫度傳感器帶有一個內置參考源，它們的響應速度也相當慢（100ms數量級）。雖然它們固有地會自身發(fā)熱，但可以采用自動關閉和單次轉換模式使其在需要測量之前將IC設置為低功耗狀態(tài)，從而將自身發(fā)熱降到最低。IC溫度傳感器具有很高的線性，低系統(tǒng)成本，集成復雜的功能，能夠提供一個數字輸出，并能夠在一個相當有用的范圍內進行溫度測量。

三、溫度傳感器的運用

溫度傳感器在生活中處處存在，從空調系統(tǒng)、冰箱、電風扇等家電產品再到在醫(yī)療機構的運用最后以至在汽車方面，均需要溫度傳感器提供傳感功能。

（一）溫度傳感器在家電產品中的運用

溫度是家用電器檢測中常見的物理量，利用溫度傳感器可以將溫度的變化轉換為電信號，以此對家用電器進行智能控制。家用電器常用的溫度傳感器主要有熱敏電阻、熱電偶及晶體管熱敏傳感器等元件。隨著社會的進步以及科技的發(fā)展，溫度傳感器廣泛應用于家用產品，并且這種趨勢還在逐漸增加中，從微波爐、空調、油煙機、吹風機、烤面包機、電磁爐、炒鍋、暖風機冰箱、冷柜、熱水器、飲水機、洗碗機、消毒柜、洗衣機、烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等場合的溫度測量與控制等，到便攜式非接觸紅外溫度測溫儀等等許多方面。

（二）溫度傳感器在醫(yī)療機構的應用

溫度傳感器應用于麻醉機：熱敏電阻元件溫度傳感器——由麻醉機送出的空氣如果溫/濕合宜，能使病人呼吸舒適，還可避免因吸入干冷空氣所引起的喉痛。因此，輸氣系統(tǒng)的溫度必須加以監(jiān)測和控制，以確保能提供溫度適宜的氣流。熱敏電阻元件溫度傳感器正是根據這種需要而設計的，它可直接安裝在空氣通道中來監(jiān)測空氣的溫度，傳感器和測量氣流溫度的微控制器配合可用來控制和調節(jié)氣流的溫度。

（三）新型溫度傳感器在汽車中的應用

溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。

三、總結

科學技術的發(fā)展使得人們對傳感器技術越來越重視，認識到它是影響人們生活水平的重要因素之一。溫度傳感器向著集成工藝和多變量復合傳感器，智能化傳感器，網絡化傳感器的方向發(fā)展。傳感器技術發(fā)展趨勢可以從以下幾方面來看：一是開發(fā)新材料、新工藝和開發(fā)新型傳感器；二是實現傳感器的多功能、高精度、集成化和智能化；三是通過傳感器與其它學科的交叉整合，實現無線網絡化。隨著科學技術水平的不斷進步，各種不同類型的溫度傳感器將會越來越多的出現在我們的日常生活中，給我們帶來極大的方便。讓我們的世界變得更加靈敏，更加開放。

參考文獻：

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[2]黃賢武等編著.傳感器原理及其應用[M].成都：電子科技大學出版社，2009.endprint