淺談溫度傳感囂及其應(yīng)用

楊桃

【摘要】溫度傳感器是一種最早開(kāi)發(fā)、應(yīng)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(chǎn)品。自從溫度傳感器發(fā)明以來(lái)，就對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)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(jī)構(gòu)和汽車中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】溫度傳感器 家用電器 醫(yī)療 汽車

溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開(kāi)始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開(kāi)發(fā)了聲學(xué)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(guò)物體隨溫度變化而改變某種特性來(lái)間接測(cè)量的。有不少元件、材料的特性都會(huì)隨著溫度的變化而變化，所以說(shuō)能作為溫度傳感器的材料應(yīng)該說(shuō)是比較多的。溫度傳感器會(huì)隨溫度變化而引起物理參數(shù)變化的有：電阻、？膨脹、電容、而磁性能、電動(dòng)勢(shì)、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等，溫度傳感器是工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)的一種傳感器。它將物體的溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬，穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。不同的溫度傳感器制作方法不同，常見(jiàn)的有熱敏電阻、熱電偶和集成型產(chǎn)品。并且從測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩種類型。現(xiàn)在的溫度傳感器不僅溫度信號(hào)輸出，還可以集成濕度測(cè)量，信號(hào)輸出也由原來(lái)的單一信號(hào)變成多樣化的輸出形式，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要進(jìn)行記錄、上限報(bào)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(cè)器（RTD）；IC溫度傳感器：包括模擬輸出和數(shù)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(zhǎng)期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的溫度測(cè)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(hù)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(lái)測(cè)量口腔或直腸溫度。薄片狀的熱敏電阻很適合測(cè)量皮膚溫度，近年來(lái)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(cè)溫元件，將有很好的發(fā)展前景。

（2）熱電偶式：當(dāng)有兩種不同的金屬組成回路時(shí)，若兩個(gè)觸點(diǎn)的溫度不同，則回路中就有電流通過(guò)，稱為溫差電效應(yīng)。熱電偶傳感器就是利用溫差電現(xiàn)象制成的熱敏傳感器。它具有測(cè)溫范圍寬、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。

（3）電阻溫度檢測(cè)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(dá)到400℃左右，它們也有很大的TC，且價(jià)格昂貴（是熱電偶的4-10倍），并且需要一個(gè)外接參考源。

（4）IC溫度傳感器：包括模擬輸出和數(shù)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(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器或ADC可產(chǎn)生數(shù)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(gè)外部參考源。數(shù)字輸出IC溫度傳感器帶有一個(gè)內(nèi)置參考源，它們的響應(yīng)速度也相當(dāng)慢（100ms數(shù)量級(jí)）。雖然它們固有地會(huì)自身發(fā)熱，但可以采用自動(dòng)關(guān)閉和單次轉(zhuǎn)換模式使其在需要測(cè)量之前將IC設(shè)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(fù)雜的功能，能夠提供一個(gè)數(shù)字輸出，并能夠在一個(gè)相當(dāng)有用的范圍內(nèi)進(jìn)行溫度測(cè)量。

三、溫度傳感器的運(yùn)用

溫度傳感器在生活中處處存在，從空調(diào)系統(tǒng)、冰箱、電風(fēng)扇等家電產(chǎn)品再到在醫(yī)療機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(chǎn)品中的運(yùn)用

溫度是家用電器檢測(cè)中常見(jiàn)的物理量，利用溫度傳感器可以將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以此對(duì)家用電器進(jìn)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(huì)的進(jìn)步以及科技的發(fā)展，溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用產(chǎn)品，并且這種趨勢(shì)還在逐漸增加中，從微波爐、空調(diào)、油煙機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、烤面包機(jī)、電磁爐、炒鍋、暖風(fēng)機(jī)冰箱、冷柜、熱水器、飲水機(jī)、洗碗機(jī)、消毒柜、洗衣機(jī)、烘干機(jī)以及中低溫干燥箱、恒溫箱等場(chǎng)合的溫度測(cè)量與控制等，到便攜式非接觸紅外溫度測(cè)溫儀等等許多方面。

（二）溫度傳感器在醫(yī)療機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

溫度傳感器應(yīng)用于麻醉機(jī)：熱敏電阻元件溫度傳感器——由麻醉機(jī)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(cè)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(jù)這種需要而設(shè)計(jì)的，它可直接安裝在空氣通道中來(lái)監(jiān)測(cè)空氣的溫度，傳感器和測(cè)量氣流溫度的微控制器配合可用來(lái)控制和調(diào)節(jié)氣流的溫度。

（三）新型溫度傳感器在汽車中的應(yīng)用

溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測(cè)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(jié)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得人們對(duì)傳感器技術(shù)越來(lái)越重視，認(rèn)識(shí)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(fù)合傳感器，智能化傳感器，網(wǎng)絡(luò)化傳感器的方向發(fā)展。傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可以從以下幾方面來(lái)看：一是開(kāi)發(fā)新材料、新工藝和開(kāi)發(fā)新型傳感器；二是實(shí)現(xiàn)傳感器的多功能、高精度、集成化和智能化；三是通過(guò)傳感器與其它學(xué)科的交叉整合，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，各種不同類型的溫度傳感器將會(huì)越來(lái)越多的出現(xiàn)在我們的日常生活中，給我們帶來(lái)極大的方便。讓我們的世界變得更加靈敏，更加開(kāi)放。

參考文獻(xiàn)：

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