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

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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

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水质监测到底用什么传感器，一文带你了解

前言

水是人类生存之源 ：工厂停水，生产不能进行；家庭缺少水源，生活处处受到限制；土地干旱，更体现了水的重要性……总之，离开了水，人类的许多生活会受到限制，但是随着工业水平提高，工厂废水以及日常生活污水等等不同程度的排放，使我国的江，湖，河，海等受到不同程度的污染 ,要想进行水质的治理 ,必须要掌握水中各参数的情况 。

水质监测是指对水的PH值 、溶解氧 、氨氮 、余氯 、导电率 、温度 等一些参数进行统一的定时或不定时的检测工 作。水质监测 在维护水环境健康 方面具有重要作用。

对饮用水来说，生活饮用水国标PH值最高为8.5，PH值过高会中和胃酸，从而影响人体消化能力，同时不利于肠道自身杀菌能力，而矿物质含量过高也对身体有负面影 响，尤其是一旦含有重金属成分，将会对人体的肾脏、神经系统等造成不利损害 。

所以水质检测 为人们的身体健康提供保障 ，水检测是关乎民生大事，不可小觑，这就是它的重要意义。

中国水质检测现状

根据数据显示，2017年，水质检测设备销量为19345套，2018年销量超过2万套，2019年增长为29808套，其中在2019年的销量增长率急速攀升，接近50%。

同时，在2019年水质检测设备占环境监测设备总销量的36%，成为了环境监测设备的第一大细分市场。2020年，受疫情影响，行业整体市场增速放缓，全年累计水质检测设备销量达3.58万套。

在水质检测设备中，物联网传感器厂商 更占先发优势，灵活性更大。在国内已经有不少传感器厂商 已经不仅仅是提供传感芯片和模组，更多的是通过自研适配相关场景的传感器设备，通过自研的通用云平台，给客户提供一套完整的水质检测解决方案 。

随着国内传感器企业以及分析技术快速发展，水质检测将逐渐向小型化 、实时性 、柔性化定制方向 发展，如何提升产品的监测范围、精度、灵敏度等性能将是未来传感器企业在水质检测 乃至整个环境监测 内最为重要的发展方向之一。

瑞仪卡专业水质监测解决方案

古语有句话叫：工欲善其事,必先利其器 。同理,我们想治理好水质,就必须先检测出水中各参数的含量,如果想达到更好的效果,还需在线实时检测,这样才能保障治理出来的水质达标。

瑞仪卡为您提供的环保水质监测系统 解决方案，利用智能信息管理系统，结合实时在线监测系统和快速响应移动检测设备，实现“河流湖泊水”、“饮用水”、“生活污水”、“工厂污水”等环保领域的水质监测 以及水产养殖水质监测 。

水质监测系统通过对水质PH值、余氯、浊度、悬浮物、COD、BOD、电导率、溶解氧 等参数的数据采集，将参数、数据远传至物联网云平台 ，实现现场各个水质分析仪的数据实时监测，水质监测系统 可适配于各种物联网应用系统，实时监控管理接入设备的状态与运行情况，并对水质分析仪进行远程操作，通过云平台对接物联网设备做到精确感知、精准操作、精细管理 。

水质监测系统主要使用的传感器

RK500-12 水质PH传感器

RK500-12 pH传感器是测量pH值的理想解决方案。它不需要专业的校准仪器，并且操作简单。可用于连续测量废水的pH值 。它适用于农业，污水处理厂，化学工业，印染，造纸、制药和环保行业。

RK500-13 水质盐分电导率传感器

RK500-13液体电导率盐分TDS传感器采用先进的抗极化技术 ，内部信号隔离技术以及强大的抗干扰能力 。测量稳定，准确，免维护，易于安装。 主要用于水产养殖，水源检测，污水处理，环境监测等。

RK500-15 水质氨氮传感器

RK500-15 氨氮传感器使用基于PVC薄膜的铵离子电极来测试水中铵离子的含量。 具有温度补偿，测量快速、简单、准确。 铵离子电极的内参液从微孔盐桥中渗出非常缓慢，参比液正向渗出可持续20个月以上，电极使用寿命比普通工业电极长 。

RK500-04 溶解氧传感器

RK500-04溶解氧（DO）传感器基于荧光原理 设计，配备高性能透氧膜 ，具有响应时间短、测量准确、性能稳定等特点，可广泛应用于化肥、冶金、环保用水 处理工程、制药、生化、食品、水产养殖和水等需要连续监测溶液中溶解氧 的场合。

RK500-01土壤/液体温度传感器

RK500-01土壤/液体温度传感器用于测量土壤或液体介质的温度，可应用于自动气象站、土壤温度检测 、池塘或水库水温检测等领域。产品可投入水中使用，也可埋入土中使用。传感器以精密热电阻为传感元件，内置信号采样放大、零漂和温度补偿 功能，具有测量精度高 、稳定性好 等特点。

结语

随着国家水环境保护和治理的步伐逐渐迈进，水质监测的市场空间也逐渐扩大，环境水质在线监测系统 的需求将趋于旺盛，中国环境水质在线监测市场将实现快速发展 .

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