温度传感器
各种温度传感器分类及其原理
各种温度传感器分类及其原理温度传感器是一种集成电路或器件，用于测量环境或物体的温度。
根据其工作原理和分类，常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶、热电阻、红外线传感器以及半导体温度传感器等。
1. 热敏电阻（Thermistor）热敏电阻是一种元件，其电阻值随温度的变化而变化。
根据电阻与温度之间的关系，热敏电阻分为两种类型：负温度系数（NTC）热敏电阻和正温度系数（PTC）热敏电阻。
NTC热敏电阻的电阻值随温度的升高而下降，常用于测量环境温度。
PTC热敏电阻的电阻值随温度的升高而增加，常用于过载保护和温度控制。
2. 热电偶（Thermocouple）热电偶是由两种不同金属线组成的开路回路。
当热电偶的两个接头处于不同温度下时，会产生温差电势。
该电势与两个接头之间的温差成正比。
通过测量温差电势，可以计算出温度值。
热电偶具有广泛的测温范围和较高的准确性，因此被广泛应用于工业领域。
3.热电阻（RTD）热电阻是一种利用材料的电阻与温度之间的关系来测量温度的传感器。
常见的热电阻材料是铂（Pt），因为铂的电阻与温度之间的关系比较稳定和预测性好。
热电阻的工作原理是利用热电阻材料的电阻随温度的变化而变化，通过测量电阻值来计算温度。
4. 红外线传感器（Infrared Sensor）红外线传感器是利用物体释放的热辐射来测量温度的传感器。
红外线传感器可以通过测量物体辐射的红外线能量来计算出物体的温度。
红外线传感器常用于非接触式测温，特别适用于测量高温、移动对象或远距离测温。
5. 半导体温度传感器（Semiconductor Temperature Sensor）半导体温度传感器是利用半导体材料的电特性随温度变化而变化的传感器。
根据不同的半导体材料和工作原理，半导体温度传感器可以分为基于PN结的温度传感器（比如二极管温度传感器）、基于电压输出的温度传感器（比如温度传感器芯片）以及基于电流输出的温度传感器（比如恒流源温度传感器）等。
温度传感器的种类与用途
01
温度传感器的基本概念与分类
温度传感器的定义与原理
温度传感器的原理多种多样，包括热敏电阻、热电偶、光纤传感等
• 不同原理的温度传感器适用于不同的测量场景和范围
温度传感器是一种测量和监控温度的装置
• 通过将温度转换为可测量的物理量（如电阻、电压、电流等） • 利用传感器的特性将温度信息转换为可读数据
03
温度传感器的应用领域与实例
工业领域的温度传感器应用
01
钢铁工业： 测量熔炉、
锅炉等设
备的温度
石油化工： 测量管道、
02
储罐等设
备的温度
电力工业：
03
测量发电
机、变压
器等设备
的温度
制造业：
测量各种
04
加工设备
的温度
家用电器中的温度传感器应用
空调：测量室 内温度，控制 空调的运行状
态
01
冰箱：测量冰 箱内部温度， 控制制冷系统
温度传感器的分类方法
根据测量原理分类
• 热敏电阻温度传感器：利用热敏电阻随 温度变化的特性测量温度 • 热电偶温度传感器：利用热电偶效应测 量温度 • 光纤温度传感器：利用光纤传输特性测 量温度
根据测量范围分类
• 低温温度传感器：测量范围在-200℃ 至0℃之间 • 中温温度传感器：测量范围在0℃至 1000℃之间 • 高温温度传感器：测量范围在1000℃ 以上
温度传感器的市场需求与预测
随着全球经济的不断发展，温度传感器 的市场需求将持续增长
预测未来几年，温度传感器市场将保持 稳定增长，各类温度传感器将有更大的 应用空间
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温度传感器：温度传感器基础类型
温度传感器：温度传感器基础类型概述温度传感器是一种用于测量环境温度的电子设备，它能够将温度转化为电信号，并通过信号输出端口输出。
温度传感器在很多领域中都有着广泛的应用，比如家电、冷却设备、汽车、医疗器械等。
温度传感器的种类很多，可以按照不同标准进行分类，比如工作原理、传感器种类、输出方式等。
本文将主要介绍温度传感器基础类型。
温度传感器基础类型热电温度传感器（Thermocouple）热电温度传感器是一种利用热电效应来测量温度的传感器，它由两个不同材质的金属导线的连接点组成。
当连接点的温度发生变化时，两个导线之间将产生电动势。
根据电动势的大小，可以计算出温度的变化量。
热电温度传感器的优点是在非常高或者非常低的温度下都有很好的性能，但是它们的响应速度比较慢，不适用于快速变化的温度场景。
热敏电阻温度传感器（RTD）热敏电阻温度传感器是一种利用电阻变化来测量温度的传感器。
它是利用电阻材料的温度系数（单位温度电阻值的变化），来推算出环境的温度变化量。
由于RTD的温度响应速度比热电温度传感器更快，因此被广泛用于需要高精度测量的场合，比如实验室或者工业现场。
热敏电容温度传感器（Thermistor）热敏电容温度传感器是一种利用电容值变化来测量温度的传感器。
它常常由一对电极和一个热敏电容器构成。
当环境温度变化时，热敏电容器的电容值也会发生变化，从而带来电容值的变化量。
这个变化量可以被转换为温度值。
和RTD一样，热敏电容温度传感器的响应速度也很快，但是对于一些特定的温度范围会有一定的误差，因此需要校准。
红外线温度传感器（Infrared）红外线温度传感器是一种利用红外线辐射来测量对象表面温度的传感器。
它能够通过测量出被测对象与其周围环境所发射出的红外线辐射量来推算出接收器所接收的温度值。
这种传感器常常被应用在热工学、红外测温、太阳溅射等领域。
总结温度传感器种类很多，选择哪一种类型的温度传感器需要结合应用场合和需要测量的温度范围来选择。
5、温度传感器
2.1 温度测量概述 2.2 热电偶传感器 2.3 热电阻式传感器 2.4 热敏电阻传感器
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。 在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广 泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流 程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。
=30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得 T=770℃。
习题：
1、什么是金属导体的热电效应？试说明热电偶的测温原理。
2、说明热电偶的基本定律的含义及它们的实用价值。
3、用镍铬-镍硅热电偶测量温度，已知冷端温度为400C，用 高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mv，求被测点 的温度。
具有中间导体的热电偶回路
• (2)中间温度定律
• 在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自由端温度
为T0，中间温度为Ｔ0′，如图所示。则T，T0热电势等于 T，T0′与T0′，T0热电势的代数和。即
•
EAB(T,T0)=EAB(T,T0′)+EAB(T0′,T0)
• 运用该定律若冷端温度不为00C时，则实际T0可视为中间 温度。
达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电 位差，即接触电势eAB。
热电偶的接触电势
（2）温差电动势
导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能， 因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电 势称为单一导体的温差电势。
对于单一导体，如果两端温度分别为T、T0，且 T>T0。
单一导体温差电势
热电偶回路中产生的总热电势： EAB(T,T0) = EAB(T) + EB(T,T0) - EAB(T0) - EA(T,T0)
温度传感器
温度传感器1. 什么是温度传感器？温度传感器是用于测量温度的一种传感器。
它们的作用是将温度转换为数字或电信号，以便电子设备可以读取并做出相应的反应。
温度传感器通常由许多不同的技术和组件制成，包括硅、热敏电阻、电子表和红外测温技术。
2. 温度传感器的种类2.1 热敏传感器主要由半导体材料制造，其特点是可以根据温度的变化来改变电阻的值。
常见的热敏传感器有热敏电阻、热电偶和热电阻等。
2.2 红外传感器通过检测物体发射的红外线来推断它的温度。
这种传感器通常被用于工业控制和医疗领域等需要测量远距离、高温度或速度的地方。
2.3 摆线传感器由材质伸缩时带动摆线轴转动而产生的位移变化来测量温度的传感器。
常见摆线传感器有基于壳体扩张和丝杆伸缩两种。
2.4 压敏传感器使用高温陶瓷或聚合物材料制作而成，可以通过材料的微变形来测量温度。
依靠互联网和移动通信传输数据，可用于大范围监测温度的变化。
3. 温度传感器的应用作为一种基本设备，温度传感器被广泛应用于各个领域。
以下列举几个常见的场景：3.1 家庭和商业应用温度传感器在家庭和商业应用中有着广泛的应用场景，例如空调、热水器等家电的温度控制，以及各种包括居民楼、医院、学校、大楼、商场在内的商业建筑的温度控制。
3.2 工业和制造业领域在工业和制造业领域，温度传感器主要用于测量和控制过程温度以及检测设备的运行状态。
3.3 医疗领域温度传感器在医疗领域中有着广泛的应用，如体温计和高科技的红外温度计。
3.4 航空航天领域温度传感器在航空航天领域中被广泛应用，如测量飞机发动机温度、航空发动机热损伤评估等。
4. 温度传感器的市场前景随着人们不断对生活质量的提高，温度控制技术在各行各业中的应用越来越广泛。
预计到2025年，全球温度传感器市场将达到47亿美元。
由于可靠性需求的提高，热敏电阻和红外传感器技术应用数量将增加，从而进一步促进市场增长。
结语总的来说，温度传感器已经成为生活中不可缺少的一部分。
温度传感器工作原理及应用
温度传感器工作原理及应用一、引言温度传感器是一种广泛应用于各种领域的传感器，它可以测量物体的温度并将其转换为电信号输出。
本文将介绍温度传感器的工作原理及其应用。
二、温度传感器分类根据不同的工作原理和测量范围，温度传感器可以分为多种类型，例如热电偶、热敏电阻、红外线温度计等。
1. 热电偶热电偶是利用两种不同金属之间产生的热电势差来测量温度的传感器。
当两个接触金属处于不同温度时，它们之间会产生一个微小的电势差。
通过将两端连接到一个电路中，可以测量出这个微小的电势差，并据此计算出物体的温度。
2. 热敏电阻热敏电阻是一种利用材料在不同温度下具有不同电阻值来测量温度的传感器。
常见的热敏电阻材料有铂、镍、铜等。
当这些材料受到加热时，它们会导致其内部自由载流子数量变化，从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以推算出物体的温度。
3. 红外线温度计红外线温度计是一种可以通过红外线测量物体表面温度的传感器。
它们通常使用红外线探头来检测物体表面放射出的红外线，并据此计算出物体的温度。
三、温度传感器工作原理不同类型的温度传感器有不同的工作原理，但它们都需要将物体的温度转换为电信号输出。
以热敏电阻为例，当热敏电阻受到加热时，其内部自由载流子数量变化会导致电阻值发生变化。
这个变化可以通过一个简单的电路来测量。
例如，在一个简单的电路中，将一个已知电压施加在热敏电阻上，然后测量通过热敏电阻流过的电流大小。
根据欧姆定律和基尔霍夫定律，可以得到以下公式：R = V / I其中，R是热敏电阻的电阻值，V是施加在热敏电阻上的已知电压大小，I是通过热敏电阻流过的电流大小。
由于热敏电阻的电阻值与温度有关，因此可以通过测量电阻值的变化来推算出物体的温度。
四、温度传感器应用由于温度传感器具有广泛的应用领域，因此在不同领域中使用不同类型的温度传感器。
1. 工业控制在工业控制领域中，温度传感器通常用于检测和控制工业过程中液体、气体和固体材料的温度。
温度传感器
热电式温度传感器的优点是：实现了非接触式测值，不为红外线的 波长所左右，可获得稳定的检测灵敏度。可以实现对高、低温物体以及移 动中的气体、液体、固体状态的检测对象的远程温度测量。另外，这种温 度传感器使用简单、价格便宜。
机电一体化
图3-19 热敏电阻器的各种形状 表3-3示出了常用热敏电阻器的种类和特性，可以看出，随着温 度的升高，有在特定温度下阻抗急剧增加的PTC型，有在特定温度下阻 抗急剧减小的CTR型，以及阻抗随温度按指数规律减的NTC型等。PTC 型不能在宽广的温度范围内作为温度传感器使用，但是与NTC型相比 较，其温度系数高出接近一个数量级，因此常作为定温温度传感器使用。 作为定温温度传感器使用的还有CTR型，只是其阻抗在特定温度下不是 急剧增加，而是急剧减小。由于PTC型热敏电阻器具有特异的阻抗一温 度特性，因此广泛应用于电饭锅、干燥机、干燥器等很多种工业制品中， 作为温度传感器使用。
作为定温温度传感器使用的还有CTR型，只是其阻抗在特定温度下 不是急剧增加，而是急剧减小。由于PTC型热敏电阻器具有特异的阻抗 一温度特性，因此广泛应用于电饭锅、干燥机、干燥器等很多种工业制 品中，作为温度传感器使用。
表3-3 热敏阻器的种类与特性
种类 特性
NT 随着温度升高阻抗值 C 减小的负温度系数
热电偶具有以下优点：比较便宜、容易买到，测量方法简单、测 温精度高，测量时间上的滞后小，可以实现很宽范围内的温度测量( 与热敏电阻等相比)。可以选用与灵敏度和寿命等状况相适应的热电 偶类型。利用热电偶可以进行小型被测物和狭窄场所的测温，可以进 行较长距离(即被测物体与测温仪表之间的距离较远)的温度测量，对 于测量电路到测温仪表中间的电路，即使局部的温度发生变化，也基 本上不会对测定值造成影响。图3-22示出了典型热电偶的热电动势温度特性。
常用温度传感器
医疗健康：监测人体体温辅 助诊断疾病
农业种植：监测土壤和空气 温度优化种植环境
Prt Three
热电偶温度传感器
热电偶工作原理
热电偶由两种不同的金属或金属合金组成 当两种金属或金属合金的温度不同时会产生电压 电压的大小与温度差成正比 热电偶通过测量电压来测量温度
热电偶种类及材料
热电偶种类：K型、J型、T型、E型等 K型热电偶：镍铬-镍硅适用于高温环境 J型热电偶：铁-康铜适用于中低温环境 T型热电偶：铜-康铜适用于低温环境 E型热电偶：镍铬-康铜适用于中低温环境 热电偶材料：镍铬、镍硅、铁、康铜等
汽车电子：发动机温度监测、 空调温度控制等
Prt Six
红外线温度传感器
红外线温度传感器工作原理
红外线辐射： 物体温度越高 辐射的红外线
越多
传感器接收： 红外线温度传 感器接收物体 辐射的红外线
信号处理：传 感器将接收到 的红外线信号 转换为电信号
显示温度：将 电信号处理后 显示为物体温
度
红外线温度传感器种类及特点
热敏电阻工作原理
热敏电阻是一种半导体器件其电阻随温度变化而变化 热敏电阻的电阻随温度升高而减小随温度降低而增大 热敏电阻的电阻变化率与温度变化率成正比 热敏电阻的电阻变化率可以通过测量电阻值来计算从而得到温度值
热敏电阻种类及材料
正温度系数热敏电阻（PTC）：由半导体材料制成电阻随温度升高而增大 负温度系数热敏电阻（NTC）：由金属氧化物制成电阻随温度升高而降低 临界温度系数热敏电阻（CTR）：由半导体材料制成电阻随温度升高而减小 热敏电阻材料：包括陶瓷、金属氧化物、半导体等
红外线温度传感器应用场景及注意事项
应用场景：工业生产、医 疗健康、环境监测等领域
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第1章设计目的
设计一个简易数字温度计，装置由温度传感器、信号处理电路、数字电压表构成、LED显示器组成。
第2章设计要求
(1) 选用温度传感器AD590测量温度，通过信号处理电路将温度引起的电流变化转化为电压变化，然后经过双积分AD转换器转换为数字信号，通过共阳极数码管显示数值。
(2) 进行系统总体设计，并画出总设计框图。
(3) 设计完成相应的测温电路，导出电路输出电压与温度之间的函数表达式。
第3章总体设计
此设计方案采用AD590温度传感器对温度进行感应，并用滑动变阻器改变阻值将输出电压进行变换，然后两个输出电压构成反向差动电路，再经过此放大电路将信号放大，然后经过3.5位A/D转换器TC7107转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时, 直接驱动三个LED显示器,将温度显示出来。
系统结构方框图如图3-1所示：
图3-1 系统结构方框图
第4章硬件电路的设计
通过AD590对温度进行采集，因为温度与电压近乎线性关系，以此来确定输出电压和相应的电流，不同的温度对应不同的电压值，因此可以通过电压电流值经过放大进入到A/D转换器和译码器，再由数码管表示出来。
4.1 传感器电路
AD590是半导体结效应式温度传感器，PN结正向压降的温度系数为-2mV/℃ , 利用硅热敏晶体管PN结的温度敏感特性测量温度的变化测量温度,其测量温度范围为：-50℃～150℃。
AD590输出电流值(μA级)等于绝对温度(开尔文)的度数。
使用时一般需要将电流值转换为电压值, 如图4-1图中,Ucc为激励电压, 取值为4V～40V;输出电流Io以绝对温度零度-273℃为基准, 温度每升高1℃ ,电流值增加1μA。
图4-1 AD590基本原理图
温度t对应输出电流Io 为:
Io(t)=273μA + t×1μA/℃（ 4-1）
式中: 273μA为摄氏零度时输出的电流值；t为测得的摄氏温度。
在室温25℃时,输出电流：
Io(25)=(273+25)=298 μA （4-2）
4.2 电压输出电路
AD590构成的电压输出电路如图4-2所示。
图4-2 AD590构成的电压输出电路图
电路具有偏置和增益调节装置功能，为了改善输出电压的性能, 电路中采用了电压跟随器。
由于AD590输出的是绝对温度, 而实际显示的是摄氏温度, 设计差动放大电路(U1,U2为输入),调整电位器使U1=2.73 V,则输出电压值Uo 与温度传感器测得的摄氏温度呈线性关系, 计算公式为:
V t
U U k k U o 10
)(1010012=-ΩΩ=
（4-3）
对于25℃的室温,Uo=2.5V 。
电压输出电路中R1的阻值的得出是:
当AD590温度传感器处在温度为0℃时调节电位器，使输出电压U1=2.73V ，根据公式
V t
U U k k U o 10
)(1010012=-ΩΩ=
，并且假设室温25℃时，Uo=2.5V 。
可以计算出U2=2.98V,
并且Io(t)=273μA + t ×1μA/℃ ，电流I=298μA ，所以根据欧姆定律可得出R1=10K 。
4.3 A/D 转换电路
TC7107是一种高性能、低功耗的三位半A/D 转换器，同时包含有七段译码器、
显示驱动器、参考源和时钟系统。
TC7107可直接驱动共阳极LED 数码管。
TC7107将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于10uV 的自动校零功能，
零漂小于1uV/℃，低于10pV的输入电流，极性转换误差小于一个字。
真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。
在于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有突出的特点.
TC7107A/D转换器的管脚排列及其各管脚功能如图4-3所示。
图4-3 TC7107引脚图
TC7107的引脚功能：
V+和V-分别为电源的正极和负极
Au-gu，at-gt，ah-gh：分别为个位和十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。
Bck：千位笔画驱动信号。
接千位LED显示器的相应笔画的电极。
Pm：液晶显示器背面公共点击的驱动端，简称为背电极。
Oscl-Osc3：始终振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。
第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定的：Fos1=0.45/RC COM：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。
TEST：测试端，该段经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地。
VREF+VREF-：基准电压正负端。
CREF：外接基准电容端。
INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件。
IN+IN-：模拟量输入端，分别接输入信号的正端负端。
AZ：积分器和比较器的反向输入端接自动调零电容CAz.如果应用在200毫伏满刻度的场合使用0.47uF,而2V满刻度是0.047uF。
TC7107外接器件参数如表4-1所示。
表4-1 TC7107外接器件参数表
器件参数器件参数
C IN0.1 uF C AZ0.22 uF
R IN500K R BUF47K
C OSC100 uF C INT0.47 uF
R OSC100 K C REF0.1 uF
TC7107的工作原理：
双积分型A/D转换TC7107是一种间接A/D转换器。
它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。
4.4 数码管显示电路
数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极是把所有LED的阳极连接到共同接点COM，而每一LED的阴极分别为a,b,c,d,e,f,g及sp（小数点），在本次设计当中，由于TC7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故选用共阳极七段数码管。
在连接数码管时，要注意数码管各个管脚所对应的字母，不能接错或接漏，而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。
TC7107与数码管的连接如图4-6所示。
图4-6TC7107与数码管连接
4.5 总电路图
总电路是由传感电路、信号采集处理放大电路、A/D转换电路、七段数码显示电路以及外接电源连接而成。
温度传感器A/D590用开关来代替，滑动变阻器的阻值改变会引起输出电压的U1的改变，由于没有A/D590温度传感器所以输出电压U2为固定值，经过电压跟随器与输出电压U1够成差动放大电路，是输出电压的到放大，放大的电压接到TC7107A/D转换器上，把模拟量转化为数字量，然后在经过三段共阳极的数码管显示出来得到一个温度值。
总电路图如图4-7所示：
第5章 设计总结
通过这次实验设计电路原理，对软件protues 软件有了初步的了解，同时在设计
电路图过程中也了解到了各芯片和元器件在电路中的功能，这个设计通过温度传感器AD590采集到温度信号，经过放大电路送A/D 转换器，然后直接驱动数码管显示温度。
在设计信号采集电路的时候对于电路中的参数进行了计算，避免输出误差比较大，不利于测量；在设计A/D 转换的时候，经过多次查询，开始的时候选用的是ICL7107，但是找了仿真软件中没有找到，然后经过上网查阅资料发现TC7107有相同功能，能够直接驱动数码管直接显示，所以最终选择了TC7107这个模数转换器。
在接线过程中遇到许多问题，比如不知道引脚怎么进行连接，与引脚项连的各个电容电阻有何作用，如何选取电源以及个参数的大小，然后能够及时查询解决。
而且在指导老师的帮助下更加了解传感器的功能，以及模拟电路的用途，帮以后的毕业设计打下基础。
图4-7 总电路图
参考文献
[1] 王远，张玉平.模拟电子技术基础[M].北京:机械下业出版社,2007.
[2] 张新安.用A D590制作高精度数字温度计[J].实用电子制作，2007(3):14-15
[3] 冯寿鹏，张大鹏.基于嵌入式系统的LED信息显示技术研究[J].现代电子技术,2006年23期。