热传感器的特点：常见温度传感器及优缺点

原标题：常见温度传感器及优缺点

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/ 前言 /

无论是哪种类型的传感器，所有温度传感器都要考虑以下四大因素：

对所测量的介质没有影响

不管测量什么，最重要的是要确保测量设备自身不会影响所测量的介质。进行接触温度测量时，这一点尤为重要。选择正确的传感器尺寸和导线配置是重要的设计考虑因素，以减少"杆效应"及其他测量错误。

非常精确

将对测量介质的影响降至最低之后，如何准确地测量介质就变得至关重要。准确性涉及传感器的基本特性、测量准确性等。如果未能解决有关"杆效应"的设计问题，再准确的传感器也无济于事。

响应即时（在多数情况下）

响应时间受传感器元件质量的影响，还会受到导线的一些影响。通常传感器越小，响应速度越快。

输出易于调节

使用微处理器后可以更轻松地调节非线性输出，因此传感器输出的信号调节也更不成问题。

/ 传感器的特性分析 /

上述每种主要类型的传感器的基本操作理论都有所不同，有各自的特性：

温度范围

每种传感器的温度范围也有所不同。热电偶系列的温度范围最广，跨越多个热电偶类型。

精度

精度取决于基本的传感器特性。所有传感器类型的精度各不相同，不过铂元件和热敏电阻的精度最高。一般而言，精度越高，价格就越高。

长期稳定性

由传感器随时间的推移保持其精度的一致程度来决定。稳定性由传感器的基本物理属性决定。高温通常会降低稳定性。铂和玻璃封装的绕线式热敏电阻是最稳定的传感器。热电偶和半导体的稳定性则最差。

输出变化

传感器输出依照类型而有所变化。热敏电阻的电阻变化与温度成反比，因此具有负温度系数(NTC)。铂等基金属具有正温度系数(PTC)。热电偶的千伏输出较低，并且会随着温度的变化而变化。半导体通常可以调节，附带各种数字信号输出。

线性度

线性度定义了传感器的输出在一定的温度范围内一致变化的情况。热敏电阻呈指数级非线性，低温下的灵敏度远远高于高温下的灵敏度。随着微处理器在传感器信号调节电路中的应用越来越广泛，传感器的线性度愈发不成问题。

电压或电流

通电后，热敏电阻和铂元件都需要恒定的电压或电流。功率调节对于控制热敏电阻或铂RTD中的自动加热至关重要。电流调节对于半导体而言不太重要。热电偶会产生电压输出。

响应时间

即传感器指示温度的速度，取决于传感器元件的尺寸和质量（假定不使用预测方法）。半导体的响应速度最慢，绕线式铂元件的响应速度是第二慢的。铂薄膜、热敏电阻和热电偶提供小包装，因此带有高速选件。玻璃微珠是响应速度最快的热敏电阻配置。

错误偏差

会导致温度指示有误的电噪声是使用热电偶时的一个主要问题。在某些情况下，电阻极高的热敏电阻可能是个问题。

导线电阻可能会导致热敏电阻或RTD等电阻式设备内出现错误偏差。使用低电阻设备（例如100Ω铂元件）或低电阻热敏电阻时，这种影响会更加明显。对于铂元件，使用三线或四线导线配置来消除此问题。对于热敏电阻，通常会通过提高电阻值来消除此影响。热电偶必须使用相同材料的延长线和连接器作为导线，否则可能会引发错误。

性价比

尽管热电偶是最廉价、应用最广泛的传感器，但NTC热敏电阻的性价比却往往是最高的。

/ 传感器的优势和劣势对比 /

热电偶传感器

热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出，使用十分方便。它的测温范围很广：-270℃～2500℃，并具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。

热电偶传感器的缺点是灵敏度比较低，容易受到环境的信号干扰，也容易受到前置放大器温漂的影响，不适合测量微小的温度变化。

热电偶传感器的灵敏度与材料的粗细无关，非常细的材料也能够做成温度传感器。由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。

（赫斯曼接线型一体化温度传感器）

对一般的工业应用来说，为了保护感温元件避免受到腐蚀和磨损，总是装在厚厚的护套里面，外观显得笨大，对于温度的反应也迟缓得多。使用热电偶的时候，必须消除环境温度对测量带来的影响。有的把它的自由端放在不变的温度场中，有的使用冷端补偿抵消这种影响。当测量点远离仪表时，还需要使用补偿导线。

因此选择热电偶时需考虑下列因素：1、被测温度范围；2、所 需响应时间；3、连接点类型；4、热电偶或护套材料的抗化学腐蚀能力；5、抗磨损或抗振动能力；6、安装及限制要求等。

热敏电阻

热敏电阻（即“温度敏感型电阻器”）是一种高精度经济型温度测量传感器。按照温度系数分为NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）两种类型，NTC热敏电阻通常用于温度测量。

主要优势是：灵敏度：热敏电阻能随非常微小的温度变化而变化。精度：热敏电阻能提供很高的绝对精度和误差。成本：对于热敏电阻的高性能，它的性价比很高。坚固性：热敏电阻的构造使得它非常坚固耐用。灵活性：热敏电阻可配置为多种物理形式，包括极小的包装。密封：玻璃封装为其提供了密封的包装，从而避免因受潮而导致传感器出现故障。表面安装：提供各种尺寸和电阻容差。

（赫斯曼显示型一体化温度传感器）

热敏电阻的劣势中，通常只有自动加热是一个设计考虑因素。必须采取适当措施将感应电流限制在一个足够低的值，以便使自动加热错误降低到一个可接受的值。如果将热敏电阻暴露在高热中，将会导致永久性的损坏。

非线性问题可通过软件或电路来解决，会引发故障的潮湿问题可通过玻璃封装来解决。

电阻温度检测器（RTD）

RTD通常用铂金、铜或镍，它们的温度系数较大，随温度变化响应快，能够抵抗热疲劳，而且易于加工制造成为精密的线圈，尤其用铂金等金属制成时，RTD非常稳定，不受腐蚀或氧化的影响。RTD的测温原理是：纯金属或某些合金的电阻随温度的升高而增大，随温度降低而减小。电阻-温度变化关系最好是线性的，温度系数（温度系数的定义是单位温度引起的电阻变化）越大越好，而且要能够抵抗热疲劳，随温度变化响应灵敏。目前只有少数几种金属能够满足这样的要求。

（LLWD一体化温度传感器）

RTD还相对防止电气噪声，因此非常适合在工业环境中的温度测量，特别是在电动机、发电机及其它高压设备的周围使用。 RTD是目前最精确和最稳定的温度传感器。它的线性度优于热电偶和热敏电阻。但RTD也是响应速度较慢而且价格比较贵的温度传感器。因此，RTD最适合对精度有严格要求，而速度和价格不太关键的应用领域。

IC温度传感器

包括模拟输出和数字输出两种类型。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

（LL-WS62插入式温湿度传感器）

数字温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前有多种智能温度传感器系列产品，智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。

（SBWZPK-230B防爆型温度传感器）

IC温度传感器有许多好处，包括：功耗低；可提供小型封装产品（有些尺寸小到0.8mm×0.8mm）；还可在某些应用中实现低器件成本。此外，由于IC传感器在生产测试过程中都经过校准，因此没有必要进一步校准。

缺点就是温度范围非常有限， 也存在同样的自热、不坚固和需要外电源的问题。总之，温度IC提供产生正比于温度的易读读数方法，虽然便宜，但也受到配置和速度限制。数字输出IC温度传感器的响应速度慢，而模拟输出IC温度传感器的线性度很高。

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热传感器的特点：热电传感器分类及特点

热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶，将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。这两种传感器目前在工业生产中得到了广泛的应用，并且可以选用定型的显示仪表和记录仪来进行显示和记录。
热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。从理论上讲，任何两种不同导体（或半导体）都可以配制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的。为了保证工程技术中的可靠性，以及足够的测量精度，并不是所有材料都能组成热电偶，一般对热电偶的电极材料，基本要求是：
A 在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不易氧化或腐蚀；
B 电阻温度系数小，导电率高，比热小；
C 测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系；
D 材料复制性好，机械强度高，制造工艺简单，价格便宜。
热电偶的结构：工程上实际使用的热电偶大多数是由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分构成。
用于制造热电阻的金属材料应满足以下要求：
A 电阻温度系数大，电阻随温度变化保持单值并且最好呈线性关系；
B 热容量小；
C 电阻率尽量大，这样可以在同样灵敏度情况下使元件尺寸做得小一些；
D 在工作范围内，物理和化学性能稳定；
E 容易获得较纯物质，材料复制性好，价格便宜。
热电阻与热电偶相比有以下特点：
A 同样温度下输出信号较大，易于测量。
B 测电阻必须借助外加电源。
C 热电阻感温部分尺寸较大，而热电偶工作端是很小的焊点，因而热电阻测温的反应速度比热电偶满；
D 同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高。
热敏电阻是一种用半导体材料制成的敏感元件，其主要特点如下：
A 灵敏度高；
B 体积小；
C 使用方便。
热敏电阻的应用主要分成两大类，一类是作为检测元件，另一类是作为电路元件。

主要分为热电偶温度传感器与热电阻温度传感器。
热电阻是根据热阻效应，即测温电阻大小随温度变化的原理工作的。
热电偶是根据热电效应，即将两种不同材料的导线或半导体焊接起来，构成一个闭合回路，当导线的两个接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流。

热传感器的特点：热电式传感器

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热电式传感器
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热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。温度是表征物体冷热程度的物理量。它反映物体内部各分子运动平均动能的大小。温度可以利用物体的某些物理性质（电阻、电势、等）随着温度变化的特征进行测量。测量方法按作用原理分接触式和非接触式。
中文名
热电式传感器
定    义
将温度变化转换为电量变化的装置
热电特点
测量精度高，广
热电优势
信号输出较大
目录
1
定义
2
特点
3
工作原理
4
工作原理
5
基本定律
6
常用热电偶
7
温度补偿
热电式传感器定义
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例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。
热电式传感器特点
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1、热电偶特点：测量精度高：因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广：常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。构造简单，使用方便：热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。2、热电阻特点：信号输出较大，易于测量；热电阻要借助外加电源，而热电偶可自身产生电势；热电阻的测温反应速度慢；同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高。
热电式传感器工作原理
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热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。所谓热电效应，就是两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。由热电效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。其产生的机理为：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻广泛用来测量－200～850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000℃。标准铂电阻温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。
热电式传感器工作原理
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热电效应两种不同性质的导体或半导体材料A、B串接成一个闭合回路，如果两接合点处的温度不同，即T≠T0，则在两导体间产生热电势，也称热电动势，常用EAB(T，T0)表示。同时在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。几个概念：热电极：闭合回路中的导体或半导体A、B，称为热电极；热电偶：闭合回路中的导体或半导体A、B的组合，称为热电耦；工作端：两个结点中温度高的一端，称为工作端；参比端：两个结点中温度低的一端，称为参比端；热电动势：两导体的接触电势 + 单一导体的温差电势；⑴接触电势：产生接触电势的主要原因：① 不同材料具有不同的自由电子密度；② 两种不同材料的导体接触时，接触面会发生电子扩散；当扩散达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位，表示为：如图1所示：
图1
⑵温差电势：① 导体中自由电子在高温端具有较大的动能；② 电子从高温端向低温端扩散，因而高温端带正电，低温端带负电，形成静电场，并阻碍电子扩散；
图2
当扩散达到动态平衡时，两端产生一个相应的电位差，称为温差电势，表示为：如图2所示：⑶接触电势与温差电势的性质：用公式可以证明：
图3
⑷回路总电势：用小写e表示接触或温差电势，用大写E表示回路总电势。如所4示：
图4
图5
几点讨论：如图5所示
[1]
：
热电式传感器基本定律
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①中间导体定律在热电偶回路中接如第三种材料的导体（传感器引出）时，只要其两端温度相等，总回路电势不变。如图6所示：
图6
用途：接入仪表测量线。②参考电极定律(标准电极定律)
图7
设结点温度为T、T0，则用导体A、B组成的热电偶产生的热电势等于导体A、C组成的热电偶和导体C、B组成的热电偶产生的热电势的代数和。如图7所示，有：参考电极定律应用：由于铂丝的理化性能稳定，如果能实验测得各种材料热电极对铂丝的热电特性，就不难推得任意材料间的热电特性。③中间温度定律结点温度为(T、T0)时的热电势等于该热电耦在结点温度为(T、Tn)和(Tn、T0)时相应热电势的代数和。即如图8所示：
图8
结论：中间温度定律为制定热电偶得分度表奠定了理论基础。从分度表查出参考端为零度时得热电势，即可求得参考端温度不为零时得热电势。
[1]
例：用镍铬-镍硅热电偶测量热处理炉炉温。冷端温度T0=30℃，此时测得热电势E(T,T0)=39.17mV,则实际炉温是多少？解：由T0=30℃查分度表得：E(30,0)=1.2mV,则：E(T,0)=E(T,30)+ E(30,0)=39.17mV+ 1.2mV=40.37mV再由40.37mV查分度表，得实际炉温T=977℃
热电式传感器常用热电偶
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1.铂铑-铂热电偶：S型热电偶。特点：精度高，标准热电偶。但热电势小。（<1300℃)2.镍铬-镍硅热电偶：K型热电偶。特点：线性好，价格低，最常用。但精度偏低。(-50～1300℃)3.镍铬-考铜热电偶：E型热电偶。特点：灵敏度高，价格低，常温测量，但非均匀线性。(-50～500℃)4.铂铑30-铂铑6热电偶：B型热电偶。特点：精度高，冷端热电势小，40℃下可不修正。但价格高，输出小。5.铜-康铜热电偶：T型热电偶。特点：低温稳定性好，但复制性差。 热电式传感器温度补偿
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1.补偿原因：①从前述分析可知，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度得单值函数；②实际应用中，由于冷端暴露在空气中，往往和工作端又比较接近，故冷端温度易波动；2.补偿方法：⑴补偿导线法：目的：使冷端远离工作端，和测量仪表一起放到恒温或温度波动小的地方。手段：①延长热电偶的长度：安装不便，费用高；②采用补偿导线，要求：a.在0～100℃范围内和所连接的热电偶有相同的热电性能；b.材料是廉价金属注意：①冷端需有自动补偿装置，补偿导线才有意义，且连接处<100℃；②补偿导线不能选错，如：铂铑-铂热电偶：补偿线用铜-镍铜；镍铬-镍硅热电偶：补偿线用铜-康铜；⑵冷端温度计算校正法：①热电势修正法：冷端温度不为零时，运用热电偶分度表修正，修正方法如前例所述。②温度修正法：设：T’为仪表指示温度；T0为冷端温度；则：被测实际温度T为：T=T’+k T0式中：k为热电偶修正系数，和热电偶的种类和测温范围相关，有表可查。例：在前例中解：指示温度：T’=946℃；(当E(T,T0)=39.17mV时，查分度表可得)冷端温度： T0=30℃；查表底：k=1.00则实际炉温：T=T’+k T0=946℃+ 1.00× 30℃=976℃和热电势修正法所得炉温相差1℃，此方法在工程上应用广泛。⑶冰浴法：冷端用冰水混合物保持在0℃。特点：可避免校正的麻烦，但使用不便，多在实验室使用。 （4）补偿电路法：见图所示 [1] 词条图册 更多图册 参考资料 1.   陈杰．传感器与检测技术：高等教育出版社，2002.8：85

热传感器的特点：热电阻温度传感器的分类及特点解析

描述
热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器是一种常用的温度传感器产品，可以利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温，具有性能稳定、使用灵活、可靠性高等优点。
热电阻温度传感器的分类
热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量-200~+850°C范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000°C。
1.导体热电阻
铂电阻温度传感器
铜电阻温度传感器
铟电阻温度传感器
铑铁电阻温度传感器
铂钴电阻温度传感器
2.半导体热电阻
锗电阻温度传感器
碳电阻温度传感器
碳玻璃电阻温度传感器
ntc热敏电阻温度传感器
热电阻温度传感器选型须知
热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量-200~+850°C范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000°C。
热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，输出最好呈线性，物理化学性能稳定，复线性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。
热电阻温度传感的分类比较多，在购买选择型号的时候一定要知道一些数据，比如型号、分度号、精度等级、热电偶点数、安装固定形式、保护管材质、长度或者插入深度等。比如：多点热电偶， K 型， 3 点。 L 级，固定螺纹 M27X2，L 1=1200，L 2=1500，L 3=2000， WRN-220D3I 级 L 1=1200，L 2=1500，L 3=2000， 螺纹 M27x2。
责任编辑；zl
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