温度传感器技术特点及应用

 温度，作为国际单位制SI中7个基本物理量之一，是工业生产及日常生活中应用zui常见、zui重要的测量或控制参数，因而温度传感器也是全世界应用频率zui高、应用范围zui广的传感器。 
    基于传感器与被测介质或物体是否直接物理接触的不同，可将温度传感器分为接触式和非接触式两大类。接触式温度传感器测量是建立在传感器与被测对象处于热平衡状态的前提下，具体包括膨胀式、热电偶式、RTD热电阻式、热敏电阻式、半导体式、石英式、接触式光纤温度传感器等类型。非接触式温度传感器是通过感知被测对象发出的辐射能或通过其它媒介与被测媒介温度的相关性等方法来实现温度测量，常用的有辐射式温度传感器、非接触式光纤温度传感器、声波温度传感器等类型。 
    常用接触式温度传感器 
    膨胀式温度传感器是指根据物体热胀冷缩原理工作的测温仪表，又可细分为：日常生活中常见的玻璃液体温度计、适用于工业场合的双金属温度传感器和充灌式温度传感器等。双金属温度传感器是利用结合在一起的两种体膨胀系数不同的金属热膨胀差异原理工作的温度检测仪表，可靠性高，寿命长，在军事、太空和常规工业领域均有应用。充灌式温度传感器由充有感温流体的温包、毛细管和压力敏感元件构成，因根据封闭容器中的感温介质受热后体积膨胀引起压力变化的原理来测量温度，故又称为压力式温度计。具有响应速度较快、可远距离测温的特点。 
    热电偶是利用塞贝克效应工作的热电式温度传感器，其温度测量回路由热电偶、补偿导线及测量仪表构成。常用热电偶分度号类型有镍铬-镍硅K型、镍铬-铜镍E型、铜-铜镍T型、铁-铜镍J型和铂铑10-铂S型等。因其具有工作可靠、响应较快、易于使用、成本低、测温范围广、适于远距离测控等优点，在电力、化工、石油等工业场合应用较普遍，广泛用来测量-200℃～1300℃范围内的温度。 
    热电阻RTD是指利用某种金属材料电阻随温度变化而变化的特性来测量温度的温度检测仪表。其具有准确度高、输出信号大、灵敏度高、测温范围广、稳定性好、无需参考点等优点，在流程工业中有大量应用。常用的RTD类型有铂热电阻、铜热电阻，引线方式有两线制、三线制及四线制。 
    热敏电阻温度传感器实际上是一种电阻值随其温度呈指数变化的半导体热敏感元件，分为电阻随温度升高而增加的正温度系数PTC型，以及电阻随温度升高而降低的负温度系数NTC型。其研制时间早在1940年，zui初是用于通信仪器的温度补偿及自动放大装置，上世纪60年代开始用于工业温度测量。热敏电阻温度传感器具有灵敏度高、电阻值高、体积小、结构简单、响应时间短、功耗小、价格低、化学稳定性好等诸多优点，其使用频度仅次于热电偶和热电阻，现大量用于家电、汽车、HVAC采暖通风、医疗、电信和特定工业场合的温度测量。因普通的热敏电阻温度传感器测温范围较小（＜350℃）且其阻值与温度的关系呈非线性，故在过程工业中应用较少。 
    硅（半导体）温度传感器是利用半导体材料比两种不同掺杂区结点处电阻大的特点而工作。特别在低温场合，硅温度传感器具有电阻和温度近乎线性增大的PTC正温度系数特性。当将测量硅半导体集成进含有放大器的集成电路时，即可极大改善硅结区的温度特性，构成新的IC集成电路式温度传感器。IC温度传感器能提供直接的数字式温度指示，而不需要A/D模数转换器，常用于需要温度测量且要求小型化、低成本测温传感器的场合，如计算机和小型家用电子产品中。据统计在2011年中IC温度传感器在半导体和电子工业中占据其温度传感器份额的13.5%。图1所示为瑞士Sensirion公司生产的基于4C COMSens?数字传感技术的STS21集成电路式数字温度传感器，外形尺寸仅为3×3×1.1mm，测量范围-40℃～+125℃，典型精度误差±0.2℃。