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)。溫度傳感器是較早開(kāi)發(fā)，應用廣泛的一類(lèi)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世紀初人們開(kāi)始利用溫度進(jìn)行測量。在半導體技術(shù)的支持下，本世紀相繼開(kāi)發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和IC集成溫度傳感器等接觸式溫度傳感器。與之相應，根據波與物質(zhì)的相互作用規律，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等非接觸式溫度傳感器。

一、接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱(chēng)溫度計。

溫度計通過(guò)傳導或對流達到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內，溫度計也可測量物體內部的溫度分布。但對于運動(dòng)體、小目標或熱容量很小的對象則會(huì )產(chǎn)生較大的測量誤差。

它們廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)等部門(mén)。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著(zhù)低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫藥和石油化工等部門(mén)的廣泛應用和超導技術(shù)的研究，測量-153℃以下溫度的低溫溫度計得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學(xué)溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復現性和穩定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫元件，可用于測量-271.4℃～27℃范圍內的溫度。 溫度計常用的有：

1、熱電阻

根據電阻的溫度效應而制，有隨溫度升高而變大的是正溫度系數，也有隨溫度升高而減小的是負溫度系數，使用時(shí)取其分壓放大后AD轉換即可。

熱電阻是中低溫區常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是較高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。

（1）熱電阻測溫原理及材料

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用較多的是鉑和銅，此外，現在已開(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。各種熱電阻的測量范圍和優(yōu)缺點(diǎn)：

PT100/ PT1000型熱電阻：鉑電阻，溫度范圍-200～850℃。PT100（或PT1000）即0度時(shí)阻值為100歐姆（或1000歐姆），根據測量的精度選擇。金屬鉑材料的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩定性好、能耐高溫，容易制得純鉑，又因其電阻率大，可用較少材料制成電阻，此外其測溫范圍大。它的缺點(diǎn)是：在還原介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來(lái)的蒸汽所沾污，使鉑絲變脆，并改變電阻與溫度之間的關(guān)系。 CU50型熱電阻：銅電阻，溫度范圍-50～150℃。銅熱電阻的價(jià)格便宜，線(xiàn)件度好，工業(yè)上在-50～+150℃范圍內使用較多。銅熱電阻怕潮濕，易被腐蝕，熔點(diǎn)亦低。

（2）熱電阻的結構

精通型熱電阻：從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測量的，因此，熱電阻體的引出線(xiàn)等各種導線(xiàn)電阻的變化會(huì )給溫度測量帶來(lái)影響。為消除引線(xiàn)電阻的影響同般采用三線(xiàn)制或四線(xiàn)制。

鎧裝熱電阻：由感溫元件（電阻體）、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實(shí)體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，最小可達φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測量滯后??；②機械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(cháng)。

端面熱電阻：感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

隔爆型熱電阻：通過(guò)特殊結構的接線(xiàn)盒，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線(xiàn)盒內，生產(chǎn)現場(chǎng)不會(huì )引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區內具有爆炸危險場(chǎng)所的溫度測量。

（3）熱電阻測溫系統的組成

熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連接導線(xiàn)和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)： ①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

②為了消除連接導線(xiàn)電阻變化的影響，必須采用三線(xiàn)制接法。

2、熱電偶

利用不同金屬的熱效應，產(chǎn)生電勢差，其溫度范圍很寬，一般用來(lái)測量幾百度的溫度。 熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量，某些特殊熱電偶低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），可達+2800℃（如鎢-錸）。

③構造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護套管，用起來(lái)非常方便。

（1）熱電偶測溫基本原理

兩種不同材質(zhì)的導體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì )出現電位差。這個(gè)電位差的數值與不加熱部位測量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導體的材質(zhì)有關(guān)。這種現象可以在很寬的溫度范圍內出現，如果精確測量這個(gè)電位差，再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導體，所以稱(chēng)之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對于大多數金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數值大約在5～40mV／℃之間。

熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶的靈敏度與材料的粗細無(wú)關(guān)，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細微的測溫元件有極高的響應速度，可以測量快速變化的過(guò)程。

（2）熱電偶的種類(lèi)

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類(lèi)。所調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒(méi)有統一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測量。標準化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國

際標準生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。各種熱電偶的測量范圍和優(yōu)缺點(diǎn)：

S型熱電偶：鉑銠10-鉑熱電偶，溫度范圍0～1600℃，舊分度號LB-3。優(yōu)點(diǎn)：耐熱性、安定性、再現性良好及較優(yōu)越的精確度；耐氧化、耐腐濁性良好；可以做為標準使用。缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢值??；在還元性氣體環(huán)境較脆弱（特別是氫、金屬蒸氣）；補償導線(xiàn)誤差大；價(jià)格高昂。

R型熱電偶：鉑銠13-鉑熱電偶，溫度范圍0～1600℃。優(yōu)點(diǎn)：耐熱性、安定性、再現性良好及較優(yōu)越的精確度；耐氧化、耐腐濁性良好；可以做為標準使用。缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢值??；在還元性氣體環(huán)境較脆弱（特別是氫、金屬蒸氣）；補償導線(xiàn)誤差大；價(jià)格高昂。

B型熱電偶：鉑銠30-鉑銠6熱電偶，溫度范圍600～1800℃，舊分度號LL-2，自由端在0～50℃內可以不用補償導線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：適用1000℃以上至1800℃；在常溫環(huán)境下熱電動(dòng)勢非常小，不需補償導線(xiàn)；耐氧化、耐腐濁性良好；耐熱性與機械強度較R型優(yōu)良。缺點(diǎn)：在中低溫域之熱電動(dòng)勢極小，600℃以下測定溫度不準確；熱電動(dòng)勢值??；熱電動(dòng)勢之直線(xiàn)性不佳；價(jià)格高昂。

K型熱電偶：鎳鉻-鎳硅熱電偶、鎳鉻-鎳鋁熱電偶，溫度范圍-200～1300℃。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢之直線(xiàn)性良好；1000℃以下耐氧化性良好；在金屬熱電偶中安定性屬良好。缺點(diǎn)：不適用于還元性氣體環(huán)境，特別是一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等氣體；熱電動(dòng)勢與貴金屬熱電偶相比較經(jīng)時(shí)變化較大；受短范圍排序之影響會(huì )產(chǎn)生誤差。

N型熱電偶：鎳鉻硅--鎳硅熱電偶，溫度范圍-270～1300℃。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢之直線(xiàn)性良好；1200℃以下耐氧化性良好；為K型之改良型，受GreenRot之影響較小，耐熱溫度較K型高。缺點(diǎn)：不適用于還元性氣體環(huán)境；熱電動(dòng)勢與貴金屬熱電偶相比較經(jīng)時(shí)變化較大。

E型熱電偶：鎳鉻硅-康銅熱電偶，溫度范圍-270～1000℃。優(yōu)點(diǎn)：現有熱電偶中感度佳者；與J熱電偶相比耐熱性良好；兩腳不具磁性；適于氧化性氣體環(huán)境；價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：不適用于還元性氣體環(huán)境；稍具履歷現象。

J型熱電偶：鐵--康銅熱電偶，溫度范圍-210～1200℃。優(yōu)點(diǎn)：可使用于還元性氣體環(huán)境；熱電動(dòng)勢較K熱電偶大20%；價(jià)格較便宜，適用于中溫區域。缺點(diǎn)：(＋)腳易生銹；再現性不佳。

T型熱電偶：銅-康銅熱電偶，溫度范圍-270～400℃。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢之直線(xiàn)性良好；低溫之特性良好；再現性良好、高精度；可使用于還元性氣體環(huán)境。缺點(diǎn)：使用溫度限度低；(＋)腳之銅易氧化；熱傳導誤差大。

（3）熱電偶的結構形成

熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下： ①組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； ②兩個(gè)熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路； ③補償導線(xiàn)與熱電偶自由端的連接要方便可靠； ④保護套管應能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 （4）熱電偶冷端的溫度補償

熱電偶自由端溫度為0℃，由熱電偶測溫原理知道，只有當熱電偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電動(dòng)勢才是被測溫度的單位函數。在實(shí)際應用時(shí)，由于熱電偶的冷端離熱端很近，冷瑞又暴露在空間，容易受到周?chē)h(huán)境溫度變化的影響，因而沖端溫度難以保持恒定。為此必須進(jìn)行冷端溫度補償處理。

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線(xiàn)把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線(xiàn)的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對測溫的影響。

在使用熱電偶補償導線(xiàn)時(shí)必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線(xiàn)與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。

3、IC集成溫度傳感器全數字化讀取，必須配合單片機使用，可以連接成網(wǎng)絡(luò )使用，三線(xiàn)即可讀取溫度，電源、地、數據。

4、三極管有時(shí)在要求不高時(shí)也可當溫度傳感器使用，但是它線(xiàn)性不是很好，由于其價(jià)格低，在多種場(chǎng)合還是被采納。

二、非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱(chēng)非接觸式測溫儀表。

這種儀表可用來(lái)測量運動(dòng)物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場(chǎng)的溫度分布。常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱(chēng)為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見(jiàn)光學(xué)高溫計）、輻射法（見(jiàn)輻射高溫計）和比色法（見(jiàn)比色溫度計）。各類(lèi)輻射測溫方法只能測出對應的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實(shí)溫度。如欲測定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長(cháng)，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀(guān)組織等有關(guān)，因此很難精確測量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測溫法來(lái)測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當困難的。對于固體表面溫度自動(dòng)測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數。利用有效發(fā)射系數通過(guò)儀表對實(shí)測溫度進(jìn)行相應的修正，然后可得到被測表面的真實(shí)溫度。較為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數。至于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射

測量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過(guò)計算求出與介質(zhì)達到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數。在自動(dòng)測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。

非接觸測溫優(yōu)點(diǎn)：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對較高可測溫度原則上沒(méi)有限制。對于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著(zhù)紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見(jiàn)光向紅外線(xiàn)擴展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。