熱傳感器的特點：常見溫度傳感器及優缺點

原標題：常見溫度傳感器及優缺點

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/ 前言 /

無論是哪種類型的傳感器，所有溫度傳感器都要考慮以下四大因素：

對所測量的介質沒有影響

不管測量什么，最重要的是要確保測量設備自身不會影響所測量的介質。進行接觸溫度測量時，這一點尤為重要。選擇正確的傳感器尺寸和導線配置是重要的設計考慮因素，以減少"桿效應"及其他測量錯誤。

非常精確

將對測量介質的影響降至最低之后，如何準確地測量介質就變得至關重要。準確性涉及傳感器的基本特性、測量準確性等。如果未能解決有關"桿效應"的設計問題，再準確的傳感器也無濟于事。

響應即時（在多數情況下）

響應時間受傳感器元件質量的影響，還會受到導線的一些影響。通常傳感器越小，響應速度越快。

輸出易于調節

使用微處理器后可以更輕松地調節非線性輸出，因此傳感器輸出的信號調節也更不成問題。

/ 傳感器的特性分析 /

上述每種主要類型的傳感器的基本操作理論都有所不同，有各自的特性：

溫度范圍

每種傳感器的溫度范圍也有所不同。熱電偶系列的溫度范圍最廣，跨越多個熱電偶類型。

精度

精度取決于基本的傳感器特性。所有傳感器類型的精度各不相同，不過鉑元件和熱敏電阻的精度最高。一般而言，精度越高，價格就越高。

長期穩定性

由傳感器隨時間的推移保持其精度的一致程度來決定。穩定性由傳感器的基本物理屬性決定。高溫通常會降低穩定性。鉑和玻璃封裝的繞線式熱敏電阻是最穩定的傳感器。熱電偶和半導體的穩定性則最差。

輸出變化

傳感器輸出依照類型而有所變化。熱敏電阻的電阻變化與溫度成反比，因此具有負溫度系數(NTC)。鉑等基金屬具有正溫度系數(PTC)。熱電偶的千伏輸出較低，并且會隨著溫度的變化而變化。半導體通常可以調節，附帶各種數字信號輸出。

線性度

線性度定義了傳感器的輸出在一定的溫度范圍內一致變化的情況。熱敏電阻呈指數級非線性，低溫下的靈敏度遠遠高于高溫下的靈敏度。隨著微處理器在傳感器信號調節電路中的應用越來越廣泛，傳感器的線性度愈發不成問題。

電壓或電流

通電后，熱敏電阻和鉑元件都需要恒定的電壓或電流。功率調節對于控制熱敏電阻或鉑RTD中的自動加熱至關重要。電流調節對于半導體而言不太重要。熱電偶會產生電壓輸出。

響應時間

即傳感器指示溫度的速度，取決于傳感器元件的尺寸和質量（假定不使用預測方法）。半導體的響應速度最慢，繞線式鉑元件的響應速度是第二慢的。鉑薄膜、熱敏電阻和熱電偶提供小包裝，因此帶有高速選件。玻璃微珠是響應速度最快的熱敏電阻配置。

錯誤偏差

會導致溫度指示有誤的電噪聲是使用熱電偶時的一個主要問題。在某些情況下，電阻極高的熱敏電阻可能是個問題。

導線電阻可能會導致熱敏電阻或RTD等電阻式設備內出現錯誤偏差。使用低電阻設備（例如100Ω鉑元件）或低電阻熱敏電阻時，這種影響會更加明顯。對于鉑元件，使用三線或四線導線配置來消除此問題。對于熱敏電阻，通常會通過提高電阻值來消除此影響。熱電偶必須使用相同材料的延長線和連接器作為導線，否則可能會引發錯誤。

性價比

盡管熱電偶是最廉價、應用最廣泛的傳感器，但NTC熱敏電阻的性價比卻往往是最高的。

/ 傳感器的優勢和劣勢對比 /

熱電偶傳感器

熱電偶傳感器是一種自發電式傳感器，測量時不需要外加電源，直接將被測量轉換成電勢輸出，使用十分方便。它的測溫范圍很廣：-270℃～2500℃，并具有結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優點。

熱電偶傳感器的缺點是靈敏度比較低，容易受到環境的信號干擾，也容易受到前置放大器溫漂的影響，不適合測量微小的溫度變化。

熱電偶傳感器的靈敏度與材料的粗細無關，非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。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程。

（赫斯曼接線型一體化溫度傳感器）

對一般的工業應用來說，為了保護感溫元件避免受到腐蝕和磨損，總是裝在厚厚的護套里面，外觀顯得笨大，對于溫度的反應也遲緩得多。使用熱電偶的時候，必須消除環境溫度對測量帶來的影響。有的把它的自由端放在不變的溫度場中，有的使用冷端補償抵消這種影響。當測量點遠離儀表時，還需要使用補償導線。

因此選擇熱電偶時需考慮下列因素：1、被測溫度范圍；2、所 需響應時間；3、連接點類型；4、熱電偶或護套材料的抗化學腐蝕能力；5、抗磨損或抗振動能力；6、安裝及限制要求等。

熱敏電阻

熱敏電阻（即“溫度敏感型電阻器”）是一種高精度經濟型溫度測量傳感器。按照溫度系數分為NTC（負溫度系數）和PTC（正溫度系數）兩種類型，NTC熱敏電阻通常用于溫度測量。

主要優勢是：靈敏度：熱敏電阻能隨非常微小的溫度變化而變化。精度：熱敏電阻能提供很高的絕對精度和誤差。成本：對于熱敏電阻的高性能，它的性價比很高。堅固性：熱敏電阻的構造使得它非常堅固耐用。靈活性：熱敏電阻可配置為多種物理形式，包括極小的包裝。密封：玻璃封裝為其提供了密封的包裝，從而避免因受潮而導致傳感器出現故障。表面安裝：提供各種尺寸和電阻容差。

（赫斯曼顯示型一體化溫度傳感器）

熱敏電阻的劣勢中，通常只有自動加熱是一個設計考慮因素。必須采取適當措施將感應電流限制在一個足夠低的值，以便使自動加熱錯誤降低到一個可接受的值。如果將熱敏電阻暴露在高熱中，將會導致永久性的損壞。

非線性問題可通過軟件或電路來解決，會引發故障的潮濕問題可通過玻璃封裝來解決。

電阻溫度檢測器（RTD）

RTD通常用鉑金、銅或鎳，它們的溫度系數較大，隨溫度變化響應快，能夠抵抗熱疲勞，而且易于加工制造成為精密的線圈，尤其用鉑金等金屬制成時，RTD非常穩定，不受腐蝕或氧化的影響。RTD的測溫原理是：純金屬或某些合金的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度降低而減小。電阻-溫度變化關系最好是線性的，溫度系數（溫度系數的定義是單位溫度引起的電阻變化）越大越好，而且要能夠抵抗熱疲勞，隨溫度變化響應靈敏。目前只有少數幾種金屬能夠滿足這樣的要求。

（LLWD一體化溫度傳感器）

RTD還相對防止電氣噪聲，因此非常適合在工業環境中的溫度測量，特別是在電動機、發電機及其它高壓設備的周圍使用。 RTD是目前最精確和最穩定的溫度傳感器。它的線性度優于熱電偶和熱敏電阻。但RTD也是響應速度較慢而且價格比較貴的溫度傳感器。因此，RTD最適合對精度有嚴格要求，而速度和價格不太關鍵的應用領域。

IC溫度傳感器

包括模擬輸出和數字輸出兩種類型。

模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控測，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。

（LL-WS62插入式溫濕度傳感器）

數字溫度傳感器是微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE）的結晶。目前有多種智能溫度傳感器系列產品，智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現測試功能的，其智能化和諧也取決于軟件的開發水平。

（SBWZPK-230B防爆型溫度傳感器）

IC溫度傳感器有許多好處，包括：功耗低；可提供小型封裝產品（有些尺寸小到0.8mm×0.8mm）；還可在某些應用中實現低器件成本。此外，由于IC傳感器在生產測試過程中都經過校準，因此沒有必要進一步校準。

缺點就是溫度范圍非常有限， 也存在同樣的自熱、不堅固和需要外電源的問題。總之，溫度IC提供產生正比于溫度的易讀讀數方法，雖然便宜，但也受到配置和速度限制。數字輸出IC溫度傳感器的響應速度慢，而模擬輸出IC溫度傳感器的線性度很高。

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熱傳感器的特點：熱電傳感器分類及特點

熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，把溫度量轉換為電勢和電阻的方法最為普遍。其中將溫度轉換為電勢的熱電式傳感器叫熱電偶，將溫度轉換為電阻值的熱電式傳感器叫熱電阻。這兩種傳感器目前在工業生產中得到了廣泛的應用，并且可以選用定型的顯示儀表和記錄儀來進行顯示和記錄。
熱電偶是利用熱電效應制成的溫度傳感器。從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：
A 在測溫范圍內，熱電性質穩定，不隨時間而變化，有足夠的物理化學穩定性，不易氧化或腐蝕；
B 電阻溫度系數小，導電率高，比熱小；
C 測溫中產生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數關系；
D 材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。
熱電偶的結構：工程上實際使用的熱電偶大多數是由熱電極、絕緣套管、保護套管和接線盒等幾部分構成。
用于制造熱電阻的金屬材料應滿足以下要求：
A 電阻溫度系數大，電阻隨溫度變化保持單值并且最好呈線性關系；
B 熱容量小；
C 電阻率盡量大，這樣可以在同樣靈敏度情況下使元件尺寸做得小一些；
D 在工作范圍內，物理和化學性能穩定；
E 容易獲得較純物質，材料復制性好，價格便宜。
熱電阻與熱電偶相比有以下特點：
A 同樣溫度下輸出信號較大，易于測量。
B 測電阻必須借助外加電源。
C 熱電阻感溫部分尺寸較大，而熱電偶工作端是很小的焊點，因而熱電阻測溫的反應速度比熱電偶滿；
D 同類材料制成的熱電阻不如熱電偶測溫上限高。
熱敏電阻是一種用半導體材料制成的敏感元件，其主要特點如下：
A 靈敏度高；
B 體積小；
C 使用方便。
熱敏電阻的應用主要分成兩大類，一類是作為檢測元件，另一類是作為電路元件。

主要分為熱電偶溫度傳感器與熱電阻溫度傳感器。
熱電阻是根據熱阻效應，即測溫電阻大小隨溫度變化的原理工作的。
熱電偶是根據熱電效應，即將兩種不同材料的導線或半導體焊接起來，構成一個閉合回路，當導線的兩個接點之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流。

熱傳感器的特點：熱電式傳感器

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熱電式傳感器
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熱電式傳感器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來進行測量的。溫度是表征物體冷熱程度的物理量。它反映物體內部各分子運動平均動能的大小。溫度可以利用物體的某些物理性質（電阻、電勢、等）隨著溫度變化的特征進行測量。測量方法按作用原理分接觸式和非接觸式。
中文名
熱電式傳感器
定    義
將溫度變化轉換為電量變化的裝置
熱電特點
測量精度高，廣
熱電優勢
信號輸出較大
目錄
1
定義
2
特點
3
工作原理
4
工作原理
5
基本定律
6
常用熱電偶
7
溫度補償
熱電式傳感器定義
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例如將溫度變化轉換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率等的變化，再通過適當的測量電路達到檢測溫度的目的。把溫度變化轉換為電勢的熱電式傳感器稱為熱電偶；把溫度變化轉換為電阻值的熱電式傳感器稱為熱電阻。
熱電式傳感器特點
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1、熱電偶特點：測量精度高：因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。測量范圍廣：常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達+2800℃(如鎢-錸)。構造簡單，使用方便：熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。2、熱電阻特點：信號輸出較大，易于測量；熱電阻要借助外加電源，而熱電偶可自身產生電勢；熱電阻的測溫反應速度慢；同類材料制成的熱電阻不如熱電偶測溫上限高。
熱電式傳感器工作原理
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熱電偶是利用熱電效應制成的溫度傳感器。所謂熱電效應，就是兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產生電動勢的現象。由熱電效應產生的電動勢包括接觸電動勢和溫差電動勢。接觸電動勢是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。其數值取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。溫差電動勢是同一導體的兩端因其溫度不同而產生的一種電動勢。其產生的機理為：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數比從低溫端跑到高溫端的要多，結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。熱電阻傳感器是利用導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。熱電阻廣泛用來測量－200～850℃范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測量至1K，高溫達1000℃。標準鉑電阻溫度計的精確度高，作為復現國際溫標的標準儀器。
熱電式傳感器工作原理
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熱電效應兩種不同性質的導體或半導體材料A、B串接成一個閉合回路，如果兩接合點處的溫度不同，即T≠T0，則在兩導體間產生熱電勢，也稱熱電動勢，常用EAB(T，T0)表示。同時在回路中有一定大小的電流，這種現象稱為熱電效應。幾個概念：熱電極：閉合回路中的導體或半導體A、B，稱為熱電極；熱電偶：閉合回路中的導體或半導體A、B的組合，稱為熱電耦；工作端：兩個結點中溫度高的一端，稱為工作端；參比端：兩個結點中溫度低的一端，稱為參比端；熱電動勢：兩導體的接觸電勢 + 單一導體的溫差電勢；⑴接觸電勢：產生接觸電勢的主要原因：① 不同材料具有不同的自由電子密度；② 兩種不同材料的導體接觸時，接觸面會發生電子擴散；當擴散達到動態平衡時，在接觸區形成一個穩定的電位，表示為：如圖1所示：
圖1
⑵溫差電勢：① 導體中自由電子在高溫端具有較大的動能；② 電子從高溫端向低溫端擴散，因而高溫端帶正電，低溫端帶負電，形成靜電場，并阻礙電子擴散；
圖2
當擴散達到動態平衡時，兩端產生一個相應的電位差，稱為溫差電勢，表示為：如圖2所示：⑶接觸電勢與溫差電勢的性質：用公式可以證明：
圖3
⑷回路總電勢：用小寫e表示接觸或溫差電勢，用大寫E表示回路總電勢。如所4示：
圖4
圖5
幾點討論：如圖5所示
[1]
：
熱電式傳感器基本定律
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①中間導體定律在熱電偶回路中接如第三種材料的導體（傳感器引出）時，只要其兩端溫度相等，總回路電勢不變。如圖6所示：
圖6
用途：接入儀表測量線。②參考電極定律(標準電極定律)
圖7
設結點溫度為T、T0，則用導體A、B組成的熱電偶產生的熱電勢等于導體A、C組成的熱電偶和導體C、B組成的熱電偶產生的熱電勢的代數和。如圖7所示，有：參考電極定律應用：由于鉑絲的理化性能穩定，如果能實驗測得各種材料熱電極對鉑絲的熱電特性，就不難推得任意材料間的熱電特性。③中間溫度定律結點溫度為(T、T0)時的熱電勢等于該熱電耦在結點溫度為(T、Tn)和(Tn、T0)時相應熱電勢的代數和。即如圖8所示：
圖8
結論：中間溫度定律為制定熱電偶得分度表奠定了理論基礎。從分度表查出參考端為零度時得熱電勢，即可求得參考端溫度不為零時得熱電勢。
[1]
例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量熱處理爐爐溫。冷端溫度T0=30℃，此時測得熱電勢E(T,T0)=39.17mV,則實際爐溫是多少？解：由T0=30℃查分度表得：E(30,0)=1.2mV,則：E(T,0)=E(T,30)+ E(30,0)=39.17mV+ 1.2mV=40.37mV再由40.37mV查分度表，得實際爐溫T=977℃
熱電式傳感器常用熱電偶
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1.鉑銠-鉑熱電偶：S型熱電偶。特點：精度高，標準熱電偶。但熱電勢小。（<1300℃)2.鎳鉻-鎳硅熱電偶：K型熱電偶。特點：線性好，價格低，最常用。但精度偏低。(-50～1300℃)3.鎳鉻-考銅熱電偶：E型熱電偶。特點：靈敏度高，價格低，常溫測量，但非均勻線性。(-50～500℃)4.鉑銠30-鉑銠6熱電偶：B型熱電偶。特點：精度高，冷端熱電勢小，40℃下可不修正。但價格高，輸出小。5.銅-康銅熱電偶：T型熱電偶。特點：低溫穩定性好，但復制性差。 熱電式傳感器溫度補償
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1.補償原因：①從前述分析可知，只有當熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度得單值函數；②實際應用中，由于冷端暴露在空氣中，往往和工作端又比較接近，故冷端溫度易波動；2.補償方法：⑴補償導線法：目的：使冷端遠離工作端，和測量儀表一起放到恒溫或溫度波動小的地方。手段：①延長熱電偶的長度：安裝不便，費用高；②采用補償導線，要求：a.在0～100℃范圍內和所連接的熱電偶有相同的熱電性能；b.材料是廉價金屬注意：①冷端需有自動補償裝置，補償導線才有意義，且連接處<100℃；②補償導線不能選錯，如：鉑銠-鉑熱電偶：補償線用銅-鎳銅；鎳鉻-鎳硅熱電偶：補償線用銅-康銅；⑵冷端溫度計算校正法：①熱電勢修正法：冷端溫度不為零時，運用熱電偶分度表修正，修正方法如前例所述。②溫度修正法：設：T’為儀表指示溫度；T0為冷端溫度；則：被測實際溫度T為：T=T’+k T0式中：k為熱電偶修正系數，和熱電偶的種類和測溫范圍相關，有表可查。例：在前例中解：指示溫度：T’=946℃；(當E(T,T0)=39.17mV時，查分度表可得)冷端溫度： T0=30℃；查表底：k=1.00則實際爐溫：T=T’+k T0=946℃+ 1.00× 30℃=976℃和熱電勢修正法所得爐溫相差1℃，此方法在工程上應用廣泛。⑶冰浴法：冷端用冰水混合物保持在0℃。特點：可避免校正的麻煩，但使用不便，多在實驗室使用。 （4）補償電路法：見圖所示 [1] 詞條圖冊 更多圖冊 參考資料 1.   陳杰．傳感器與檢測技術：高等教育出版社，2002.8：85

熱傳感器的特點：熱電阻溫度傳感器的分類及特點解析

描述
熱電阻溫度傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的一種傳感器溫度計。熱電阻溫度傳感器是一種常用的溫度傳感器產品，可以利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫，具有性能穩定、使用靈活、可靠性高等優點。
熱電阻溫度傳感器的分類
熱電阻溫度傳感器分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩大類。熱電阻廣泛用于測量-200~+850°C范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測至1K，高溫達1000°C。
1.導體熱電阻
鉑電阻溫度傳感器
銅電阻溫度傳感器
銦電阻溫度傳感器
銠鐵電阻溫度傳感器
鉑鈷電阻溫度傳感器
2.半導體熱電阻
鍺電阻溫度傳感器
碳電阻溫度傳感器
碳玻璃電阻溫度傳感器
ntc熱敏電阻溫度傳感器
熱電阻溫度傳感器選型須知
熱電阻溫度傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的一種傳感器溫度計。熱電阻溫度傳感器分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩大類。熱電阻廣泛用于測量-200~+850°C范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測至1K，高溫達1000°C。
熱電阻傳感器由熱電阻、連接導線及顯示儀表組成，熱電阻也可以與溫度變送器連接，將溫度轉換為標準電流信號輸出。用于制造熱電阻的材料應具有盡可能大和穩定的電阻溫度系數和電阻率，輸出最好呈線性，物理化學性能穩定，復線性好等。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。
熱電阻溫度傳感的分類比較多，在購買選擇型號的時候一定要知道一些數據，比如型號、分度號、精度等級、熱電偶點數、安裝固定形式、保護管材質、長度或者插入深度等。比如：多點熱電偶， K 型， 3 點。 L 級，固定螺紋 M27X2，L 1=1200，L 2=1500，L 3=2000， WRN-220D3I 級 L 1=1200，L 2=1500，L 3=2000， 螺紋 M27x2。
責任編輯；zl
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