从简单的控制家用热水加热系统的开关恒温设备，到能控制复杂过程控制炉设备的高灵敏度半导体类型不等。

  我们记得在学校科学课上，分子和原子的运动产生热量（动能），运动越大，产生的热量越多。温度传感器测量物体或系统产生的热量或冷度，使我们也可以“感知”或检测该温度的物理变化，产生模拟或数字输出。

  有许多不一样的温度传感器可用，根据其实际应用，所有传感器都有不同的特性。温度传感器是由两种基本物理类型组成：

  接触式温度传感器类型 – 这些类型的温度传感器需要与被感测物体进行物理接触，并使用传导来监测气温变化。它们能用于检测固体、液体或气体在广泛温度范围内的温度。

  非接触式温度传感器类型 – 这些类型的温度传感器使用对流和辐射来监测温度变化。它们能够适用于检测液体和气体，这些液体和气体在热上升和冷沉降到对流底部时发出辐射能量，或者检测从物体以红外辐射形式传输的辐射能量（太阳）。

  接触式或非接触式温度传感器的两种基本类型还可以细分为以下三类传感器：机电式、电阻式和电子式，所有三种类型都在下面讨论。

  恒温器是一种接触式机电温度传感器或开关，基本上由两种不同的金属（如镍、铜、钨或铝等）组成，它们粘合在一起形成双金属条。当双金属条受热时，两种不同金属的不同线性膨胀率会产生机械弯曲运动。

  双金属条本身可以用作电气开关，或者作为在恒温控制中操作电气开关的机械方式，广泛用于控制锅炉、炉子、热水储罐以及车辆散热器冷却系统中的热水加热元件。

  恒温器由两种热学上不同的金属背靠背粘合在一起组成。当它冷时，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更多，粘合的双金属条向上（或向下）弯曲，打开触点，阻止电流流动。

  基于气温变化时的运动，主要有两种类型的双金属条。有“瞬时动作”类型，在设定温度点对电气触点产生瞬时“开/关”或“关/开”类型动作，以及较慢的“蠕动动作”类型，随着气温变化逐渐改变其位置。

  瞬时动作类型恒温器通常用于我们家中控制烤箱、熨斗、浸入式热水箱的温度设定点，也可以在墙上找到用于控制家用加热系统。

  蠕动类型通常由双金属线圈或螺旋组成，随着气温变化缓慢展开或卷起。通常，蠕动类型双金属条对气温变化比标准开关类型更敏感，因为条更长更薄，使其很适合用于温度计和刻度盘等。

  虽然非常便宜并且在广泛的操作范围内可用，但当用作温度传感器时，标准瞬时动作类型恒温器的一个主要缺点是，从电气触点打开到再次关闭，它们有很大的滞后范围。例如，它可能设定为20°C，但可能直到22°C才打开，或者直到18°C才再次关闭。

  因此，温度波动的范围可能相当高。商业上可用的家用双金属恒温器确实有温度调节螺钉，允许更精确地预设所需温度设定点和滞后水平。

  热敏电阻是另一种类型的温度传感器，其名称是“热敏电阻”的组合。热敏电阻是一种特殊类型的电阻器，当暴露于气温变化时，其物理电阻会发生变化。

  热敏电阻通常由陶瓷材料制造成，如镍、锰或钴的氧化物涂覆在玻璃中，这使得它们容易损坏。它们相对于瞬时动作类型的主要优点是它们对气温变化、准确性和重复性的响应速度。

  大多数类型的热敏电阻具有负温度系数（NTC），即它们的电阻值随着温度的升高而下降，当然也有一些具有正温度系数（PTC），即它们的电阻值随着温度的升高而上升。

  热敏电阻由陶瓷型半导体材料制造成，使用金属氧化物技术，如锰、钴和镍等。半导体材料通常形成小压制盘或球，密封以对任何气温变化提供相对快速的响应。

  热敏电阻按其室温下的电阻值（通常在25°C）、时间常数（对气温变化的反应时间）和相对于通过它们的电流的额定功率进行评级。像电阻器一样，热敏电阻在室温下的电阻值从几十兆欧到几欧姆不等，但对于传感目的，通常使用千欧姆值的类型。

  热敏电阻是被动电阻器件，这在某种程度上预示着我们需要通过它传递电流以产生可测量的电压输出。然后，热敏电阻通常与合适的偏置电阻串联，形成分压网络，电阻的选择在某些预定温度点或值下提供电压输出，例如：

  以下热敏电阻在25°C时的电阻值为10KΩ，在100°C时的电阻值为100Ω。计算热敏电阻上的电压降，从而计算其在12V电源上与1kΩ电阻串联时的输出电压（Vout）。

  通过将固定电阻值R2（在我们的示例中为1kΩ）更改为电位器或预设，可以在预定温度设定点获得电压输出，例如，在60°C时5V输出，并且通过调节电位器，可以在更广泛的温度范围内获得特定的输出电压水平。

  然而，需要注意的是，热敏电阻是非线性器件，它们在室温下的标准电阻值在不同热敏电阻之间是不同的，这主要是由于它们由半导体材料制成。热敏电阻具有随温度的指数变化，因此具有Beta温度常数（β），可用于计算其在任何给定温度点的电阻。

  然而，当与串联电阻（如分压网络或惠斯通电桥类型布置）一起使用时，响应于施加到分压/电桥网络的电压获得的电流随温度线性变化。然后，电阻上的输出电压随温度线性变化。

  另一种类型的电阻温度传感器是电阻温度检测器或RTD。RTD是由高纯度导电金属（如铂、铜或镍）绕成线圈制成的精密温度传感器，其电阻随温度变化而变化，类似于热敏电阻。还有薄膜RTD。这些器件在白色陶瓷基板上沉积了一层铂浆薄膜。

  电阻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，产生非常准确的温度测量。

  然而，它们的热灵敏度非常差，即温度变化仅产生非常小的输出变化，例如，1Ω/°C。

  更常见的RTD类型由铂制成，称为铂电阻温度计或PRT，其中最常用的是Pt100传感器，其在0°C时的标准电阻值为100Ω。缺点是铂昂贵，这种类型设备的主要缺点之一是其成本。

  像热敏电阻一样，RTD是被动电阻器件，通过向温度传感器传递恒定电流，可以获得随温度线性增加的输出电压。典型的RTD在0°C时的基本电阻约为100Ω，在100°C时增加到约140Ω，工作温度范围在-200至+600°C之间。

  由于RTD是电阻器件，我们应该通过它们传递电流并监测产生的电压。然而，由于电流通过时电阻线R（欧姆定律）会导致读数误差。为了避免这种情况，RTD通常连接到惠斯通电桥网络中，该网络具有额外的连接线用于引线补偿和/或连接到恒定电流源。

  热电偶是迄今为止最常用的温度传感器类型。热电偶因其简单性、易用性和对温度变化的快速响应而受欢迎，这主要是由于其小尺寸。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°C到超过2000°C。

  热电偶是热电传感器，基本上由两种不同金属（如铜和康铜）的两个接点组成，这些接点焊接或压接在一起。一个接点保持在恒定温度，称为参考（冷）接点，而另一个接点是测量（热）接点。当两个接点处于不同温度时，接点之间会产生电压，用于测量温度传感器，如下所示。

  热电偶的操作原理非常简单和基本。当两种不同金属（如铜和康铜）熔合在一起时，接点会产生“热电”效应，在它们之间产生仅几毫伏（mV）的恒定电位差。两个接点之间的电压差称为“塞贝克效应”，因为沿导线的温度梯度产生电动势。然后，热电偶的输出电压是温度变化的函数。

  如果两个接点处于相同温度，则两个接点之间的电位差为零，换句话说，没有电压输出，因为V1 = V2。然而，当接点连接在电路中并且处于不同温度时，将检测到相对于两个接点之间温度差的电压输出，V1 – V2。这种电压差将随温度增加，直到达到接点的峰值电压水平，这由所使用的两种不同金属的特性决定。

  热电偶可以由各种不同材料制造成，从而能够测量-200°C至超过+2000°C的极端温度。由于材料和温度范围的选择如此广泛，已经开发了国际认可的标准，并附有热电偶颜色代码，以允许用户为特定应用选择正确的热电偶传感器。标准热电偶的英国颜色代码如下。

  上述用于一般温度测量的三种最常见热电偶材料是铁-康铜（J型）、铜-康铜（T型）和镍-铬（K型）。热电偶的输出电压非常小，温度差每变化10°C仅几毫伏（mV），由于这种小电压输出，通常需要某种形式的放大。

  放大器的类型，无论是分立式还是运算放大器形式，都需要仔细选择，因为需要良好的漂移稳定性以防止频繁重新校准热电偶。这使得斩波器和仪器放大器类型更适合大多数温度传感应用。

  这里未提及的其他温度传感器类型包括半导体结传感器、红外和热辐射传感器、医用温度计、指示器和颜色变化墨水或染料。

  在本教程关于“温度传感器类型”中，我们讨论了几个用于测量气温变化的传感器示例。在下一个教程中，我们将讨论用于测量光量的传感器，如光电二极管、光电晶体管、光伏电池和光敏电阻。

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