什么是温度传感器？温度传感器原理是什么？一文带你全部搞懂

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。

在我们的日常生活中，大家应该都会经常见到温度计、热水器、微波炉、冰箱等。这些都会应用到一个重要的器件--温度传感器 ，这篇文章就来给大家介绍一下温度传感器 、温度传感器原理 、温度传感器的类型 。

什么是温度传感器？

温度传感器 是一种测量物体冷热程度 的设备，以可读的形式通过电信号提供温度测量 。比较常见的是热电偶 和电阻温度检测器 。

温度传感器类型

在实际应用中，有许多的温度传感器可以用，根据实际应用具有不同的特性，温度传感器由两种基本物理类型组成：

接触式和非接触式温度传感器进一步分为以下温度传感器，接下来将对这些温度传感器的原理进行解释

温度传感器原理

一、温度传感器工作原理--恒温器

恒温器 是一种接触式温度传感器，由两种不同金属（如铝、铜、镍或钨）组成的双金属条 组成。

两种金属的线性膨胀系数的差异导致它们在受热时产生机械弯曲运动。

恒温器实物图

一、温度传感器工作原理--双金属恒温器

恒温器 由两种热度不同的金属背靠背粘在一起组成。当天气寒冷时，触点闭合，电流通过恒温器。当它变热时，一种金属比另一种金属膨胀得更多，粘合的双金属条向上（或向下）弯曲，打开触点，防止电流流动 。

双金属恒温器实物图

有两种主要类型的双金属条，主要基于它们在受到温度变化时的运动。有在设定温度点对电触点产生瞬时“开/关”或“关/开”类型动作的“速动”类型，以及逐渐改变其位置的较慢“蠕变”类型随着温度的变化。

双金属恒温器工作原理图

速动型恒温器 通常用于我们家中，用于控制烤箱、熨斗、浸入式热水箱的温度设定点，也可以在墙上找到它们来控制家庭供暖系统。

爬行器类型 通常由双金属线圈或螺旋组成，随着温度的变化缓慢展开或盘绕。一般来说，爬行型双金属条对温度变化比标准的按扣开/关类型更敏感，因为条更长更薄，非常适合用于温度计和表盘等。

二、温度传感器工作原理--热敏电阻

热敏电阻 通常由陶瓷材料制成，例如镀在玻璃中的镍、锰或钴的氧化物，这使得它们很容易损坏。与速动类型相比，它们的主要优势 在于它们对温度、准确性和可重复性的任何变化的响应速度 。

大多数热敏电阻具有负温度系数（NTC） ，这意味着它们的电阻随着温度的升高而降低 。但是，有一些热敏电阻具有正温度系数 (PTC) ，并且它们的电阻随着温度的升高而增加 。

热敏电阻实物图

热敏电阻的额定值 取决于它们在室温下的电阻值 （通常为 25 o C）、它们的时间常数 （对温度变化作出反应的时间）以及它们相对于流过它们的电流的额定功率 。与电阻一样，热敏电阻在室温下的电阻值从 10 兆欧到几欧姆不等，但出于传感目的，通常使用以千欧为单位的那些类型。

温度传感器示例 No1

以下热敏电阻在 25℃ 时的电阻值为 10KΩ，在 100℃时的电阻值为 100Ω 。当与 1kΩ 电阻器串联时，计算热敏电阻两端的电压降 ，从而计算两种温度下的输出电压 (Vout)跨过 12v 电源。

温度传感器示例图

25摄氏度

100摄氏度

通过将 R2 的固定电阻值（在我们的示例中为 1kΩ）更改为电位计或预设值，可以在预定的温度设定点获得电压输出，例如 60℃ 时的 5v 输出，并通过改变电位计获得特定的输出电压水平可以在更宽的温度范围内获得。

但是需要注意的是，热敏电阻是非线性器件，不同热敏电阻在室温下的标准电阻值是不同 的，这主要是由于它们是由半导体材料制成的。热敏电阻 随温度呈指数变化，因此具有 Beta 温度常数 ( β )，可用于计算任何给定温度点的电阻。

然而，当与串联电阻一起使用时，例如在分压器网络或惠斯通电桥型布置中，响应于施加到分压器/电桥网络的电压而获得的电流与温度成线性关系。然后，电阻两端的输出电压与温度成线性关系。

三、温度传感器工作原理--电阻式温度检测器（RTD）

RTD 是精确的温度传感器 ，由高纯度导电金属（如铂、铜或镍）绕成线圈制成。RTD 的电阻变化类似于热敏电阻。也可提供薄膜 RTD。这些器件有一层薄薄的铂膏沉积在白色陶瓷基板上。

电阻温度检测器或RTD实物图

电阻式温度检测器 具有正温度系数 (PTC) ，但与热敏电阻不同，它们的输出非常线性 ，可产生非常准确的温度测量值 。

但是，它们的热灵敏度非常差 ，即温度变化只会产生非常小的输出变化，例如 1Ω/ o C。

更常见的 RTD 类型由铂制成，称为铂电阻温度计 或PRT ，其中最常见的是 Pt100 传感器，其在 0 ℃时的标准电阻值为 100Ω。缺点是铂价格昂贵，这种设备的主要缺点之一是其成本。

与热敏电阻一样，RTD 是无源电阻器件，通过使恒定电流通过温度传感器，可以获得随温度线性增加的输出电压。 典型的 RTD 在 0 ℃ 时的基极电阻约为 100Ω，在 100 ℃ 时增加到约 140 Ω，工作温度范围在 -200 至 +600 ℃ 之间。

因为 RTD 是一个电阻设备，我们需要让电流通过它们并监控产生的电压。然而，当电流流过电阻线时，由于电阻线的自热引起的任何电阻变化， I2 R ，（欧姆定律）都会导致读数错误。为避免这种情况，RTD 通常连接到惠斯通电桥网络 ，该网络具有用于引线补偿和/或连接到恒流源的附加连接线 。

电阻式温度传感器实物图

四、温度传感器工作原理--热电偶

最常见的温度传感器之一包括热电偶， 因为它们具有宽温度工作范围 、可靠性 、准确性 、简单性 和灵敏度 。主要是由于其体积小 。热电偶还具有所有温度传感器中最宽的温度范围 ，从低于 -200 ℃ 到远高于 2000 ℃ 。

热电偶通常由焊接或压接在一起的不同金属（例如铜和康铜）的两个接头组成。其中一个称为冷端，保持在特定温度，而另一个是测量端，称为热端。

在受到温度影响时，会在结上产生电压降。

热电偶是热电传感器， 基本上由焊接或压接在一起的不同金属（例如铜和康铜）的两个接头组成。一个结保持在恒温，称为参考（冷）结，而另一个为测量（热）结。当两个结处于不同温度时，会在结上产生电压，用于测量温度传感器 ，如下所示。

热电偶实物图

热电偶结构

热电偶的工作原理 非常简单和基本。当两种不同金属（例如铜和康铜）熔合在一起时，会产生“热电”效应 ，从而在它们之间产生只有几毫伏 (mV) 的恒定电位差 。两个结之间的电压差称为“塞贝克效应”，因为沿导线产生温度梯度，从而产生电动势。那么热电偶的输出电压是温度变化的函数。

如果两个结处于相同温度，则两个结之间的电势差为零，换句话说，没有电压输出，因为V1 = V2。但是，当结点连接在电路中并且都处于不同温度时，将检测到相对于两个结点之间的温差V1 – V2的电压输出。这种电压差会随着温度的升高而增加 ，直到达到结的峰值电压水平 ，这是由所使用的两种不同金属的特性决定的。

热电偶放大

需要仔细选择放大器的类型，无论是离散的还是运算放大器的形式，因为需要良好的漂移稳定性来防止热电偶频繁地重新校准。这使得斩波器和仪表类型的放大器更适合大多数温度传感应用。

热电偶放大图

五、基于半导体的温度传感器

基于半导体的温度传感器与双集成电路 (IC) 一起工作。它们包含两个具有温度敏感电压和电流特性的类似二极管，以有效测量温度变化。

但是，它们提供线性输出，但在 1 °C 至 5 °C 时精度较低。它们还在最窄的温度范围（-70 °C 至 150 °C）内表现出最慢的响应速度（5 秒至 60 秒）。

五、基于半导体的温度传感器--0V型振弦式温度传感器

0V型振弦式温度计 用于测量混凝土结构或水中的内部温 度。它的分辨率优于 0.1°C，工作原理类似于热电偶温度传感器。它还具有 -20 o至 80 o C的高温范围。

0V型振弦式温度计实物图

五、基于半导体的温度传感器--ETT-10TH 型电阻热敏电阻探头

ETT-10TH 型电阻温度探头 是一种低质量防水温度探头 ，用于测量 –20 至 80°C 之间的温度。由于其低热质量，它具有快速响应时间 。

ETT-10TH型电阻温度探头专为测量钢材表面温度和测量混凝土结构表面温度而设计。ETT-10TH 可以嵌入混凝土中，用于测量混凝土内部的整体温度 ，甚至可以在水下工作 。

ETT-10TH 电阻温度探头是完全可互换 的。在指定的工作温度范围内，温度读数的差异不会超过 1°C。这允许单个指示器与任何 ETT-10TH 探头一起使用而无需重新校准。

ETT-10TH 型电阻温度探头实物图

ETT-10TH 型电阻热敏电阻探头如何工作？

ETT-10TH 温度探头 由一个电阻-温度曲线匹配的热敏电阻环氧树脂封装在铜管中，以实现更快的热响应和环境保护。管子的尖端是扁平的，因此它可以固定在任何相当平坦的金属或混凝土表面上，以测量表面温度 。

借助容易获得的两部分环氧树脂粘合剂，探头的扁平尖端可以固定在大多数表面上。如果需要，探头也可以用螺栓固定在结构表面上。

五、基于半导体的温度传感器--ETT-10PT 型 RTD 温度探头

ETT-10PT RTD（电阻温度检测器）温度探头 由具有 DIN IEC 751（原 DIN 43760）欧洲曲线校准的陶瓷电阻元件 (Pt. 100) 组成。电阻元件安装在封闭端坚固的不锈钢管中，可保护元件免受湿气影响。

ETT-10PT RTD（电阻温度检测器）温度探头实物图

ETT-10PT 型 RTD 温度探头如何工作？

电阻温度探头的工作原理 是传感器电阻是感测温度的函数 。铂 RTD 具有非常好的准确度、线性度、稳定性和可重复性。

ETT-10PT 型电阻温度探头配有三芯屏蔽电缆。红线提供一个连接，两根黑线一起提供另一个。因此，实现了对引线电阻和引线电阻温度变化的补偿。 使用数字 RTD 温度指示器可以轻松读取电阻温度传感器读数。

ETT-10PT 型 RTD 温度探头实物图

以上就是关于温度传感器的内容，希望大家多多支持我。

图片来源于网络

创作不易 ，希望大家多多支持我，记得评论 、点赞 、转发 、收藏 、分享 。

超详细的分析：温度因素对压电加速度传感器灵敏度的影响

在振动、温度、湿度的试验中，振动台正常运行中，突然功放报警，显示【过电流】或【过负载】等各种报警，尤其是在温度变化过程中，导致试验不能顺利进行，如下图。在处理解决报警时发现，有时候是因为高低温导致加速度传感器的固定胶处松动，有时候是因为加振力计算不够导致加振力过载，有时候根本找不到原因，重新开机又能正常继续运行，过段时间又再现报警。真的是费时、费力、费心。

其实，这个问题主要是温度和湿度对压电加速度传感器及其灵敏度的影响造成的。现在的传感器一般密封性还是比较优良的，相对来说湿度的影响较小。也可以通过下图所示处理（传感器外围包裹一层柔软的胶皮层）来减少湿度对传感器内部机构和接头处同轴电缆的影响。

接下来主要讨论温度对压电加速度传感器的影响。加速度传感器主要是测定物体加速度（速度变化率）的传感器，主要有以下4种，

1 压电型加速度传感器

2 伺服型加速度传感器

3 应变片式加速度传感器

4 半导体式加速度传感器

其中，压电型传感器（以下统称加速度传感器）以其小型化、频率范围广、高灵敏度、信噪比高、结构简单、重量轻、工作可靠等优点，使用最广泛。又分为电荷型和功放内藏型（ICP），是主要利用压电效应的原理，自发电式和机电转换式传感器。压电材料表面受力产生电荷，经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就能产生正比于所受外力的电量输出，如下图所示。

影响灵敏度的关键部位是压敏材料，主要压电材料有水晶（SiO2）、压电陶瓷、硫化锌等晶体。对于这些材料，会受周边环境温度的影响，即所谓的分极作用（极化作用）。周边环境温度高，分极作用强，输出的电荷量多，灵敏度变大;周边环境温度低，分极作用弱，输出的电荷量少，灵敏度变小。从而导致试验中加速度的响应值有变化，影响试验的精度。

尤其在控制点上的传感器，会影响功放对动圈的驱动电流和电压，从而导致过电流或过电压报警。下图为国际某著名厂家的某型号加速度传感器的温度特性曲线，供参考。图中可以看出，200℃时，和常温相比，灵敏度大概有+10%的偏差;-50℃时，与常温相比，灵敏度约有-5%的偏差。

另外，制作工艺的不同，其温度特性也会各异，参照下图，从上到下分别是中心压缩式、反向中心压缩式、环状剪切式、三角剪切式，内部结构图供参考。可以看出，三角剪切式的温度特性最优，灵敏度偏差受温度的影响最小。

通过加速度传感器的温度特性分析，高温时电荷的输出量大，灵敏度变大，实际控制点测得的加速度大。低温时电荷的输出量小，灵敏度变小，实际控制点测得的加速度小。这就是通常所说的【高温欠试验、低温过试验】。

此外，还需要考虑环境温度突变时，由于压敏材料的热电效应，振动测定时，压敏材料会输出一个低频率的杂波信号，也会对灵敏度有影响。研究表明，剪切型传感器产生的杂波比压缩型传感器产生的杂波大约小100倍，基本上无影响。还有热胀冷缩的原因，传感器内部各结构的热膨胀率是不同的，膨胀收缩不是均一的。此时，压敏材料会受到热应力影响，向外输出电荷。也就是说温度突变，会导致灵敏度不稳定，引用某经典教材上两张图供参考。第一张图中可以看出，加速度灵敏度短时间内激增，然后稳定，大概6-7秒。第二张图看出，三角剪切型的传感器灵敏度受温度突变的影响比较小。

总结：

综上所述，在综合振动试验中，为了解决温度对加速传感器灵敏度的影响，尤其是控制点传感器灵敏度的变化影响，需要采取各种措施进行对应。

1 选择正确的加速度传感器，个人比较偏好三角剪切型加速度传感器，其受温度因素的影响最小。

2 可以的话，根据试验条件，在电荷放大器中使用低频过滤功能。

3 加速度传感器固定后，尽可能使用螺钉固定的方法。不能实现的条件下，采用固定性能优质（耐高温、耐振动尤佳）的胶水，外加隔热措施，如下图。

4 对振动试验室使用的加速度传感器受温度影响的特性进行了解把握，针对不同试验选择最优的加速度传感器。可通过试验得到各个传感器的温度特性图，恒温槽温度RT→-40℃→80℃（或120℃，根据常用试验条件决定）→20℃运行，固定各种加速度传感器，振动控制仪160Hz，50m/s2定频定加速度输出给振动台加振，得到各个加速度传感器的加速度值，数值保存。下面是作者工作过某试验室一些加速度传感器温度特性曲线图，供参考。

上图中，浅蓝色线对应的传感器温度特性最优，-40℃时，与基准50m/s2的差值约为-3m/s2，80℃时，差值约为2m/s2。其他加速度传感器，-40℃的时候，最大偏差有-8m/s2，约16%；80℃的时候，最大偏差有6m/s2，约12%。可以推测当大加速度量级或试验温度超过80℃时，温度的影响还是比较大的，偏差相对来说肯定更大。

想要彻底解决温度对加速度灵敏度的影响，基本上不可能。只能利用各种有效的措施减少其影响。通过本文分析和介绍，能对大家在此问题上提供一些思路和解决办法，希望有所帮助，共同进步。

#温度##湿度##振动##灵敏度##科技曼曼谈#

相关问答

灵敏度是指温度传感器对温度这个非电参量转换为电参量的一系列指标参数,有时间、电量幅值等,这与材料及制造有关。由于没有直接关系,AA级的温度传感器的灵敏...

[回答]热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC...

[最佳回答]应该说是适用范围不同,热电偶适用于温度较高,热敏电阻适用于温度较低,PN结温度传感器适用于线路补偿或普通温度测量.应该说是适用范围不同,热电偶...

[最佳回答]不是很了解你这个实验的原理.但根据灵敏度的定义来说,如果你是数干涉条纹的话,那就看干涉条纹每变化10个或者100个时温度的变化量.不是很了解你这...

红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器,有灵敏度高等优点,红外线传感器可以控制驱动装置的运行。红外线传感器常用于无接触温度测量,气体成分...

这个属于传感器技术问题,传感器响应(输出)的变化对相应的激励(施加的载荷)变化的比。传感器的输出灵敏度采用额定载荷状态电桥的输出电压与输入激励电压之比...

变面积式电容传感器的灵敏度是常数,即输出与输入呈线性关系;变间隙电容传感器的电容与位移不是线性关系。当被测量δ,A或ε发生变化时,都会引起电容的变化。...

调整感应器感应范围的方法1、放大电路增益调整,这个旋钮的位置在放大电路原件周围。这个旋钮一般情况下不要调整,它被用于生产厂家校正微波模块灵敏度输出的...

[回答]空气质量传感器G238的工作原理与氧传感器相同,其外形及电路原理如图所示。其测量元件是一个采用半导体技术的混合氧化物传感器(氧化锡),使用铂、钯...

自感式传感器的工作原理电感值与以下几个参数有关:与线圈匝数w平方成正比;与空气隙有效截面积S0成正比;与空气隙长度l0所反比。2、灵敏度与非线性...自感式...