如果您要進行可靠的溫度測量，就需要為您的應用選擇正確的溫度傳感器。熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻(RTD)和溫度IC是測試中最常用的溫度傳感器。

圖1各種流行溫度傳感器的優點和缺點
熱電偶

測溫原理:

兩種不同成分的導體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電動勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表連接，顯示出熱電偶所產生的熱電動勢，通過查詢熱電偶分度表，即可得到被測介質溫度。

熱電偶是溫度測量中最常用的傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環境，而且結實、價低，無需供電，尤其最便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構成，如圖2所示。當熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差?？捎脺y量的電勢差來計算溫度。

圖 2熱偶電路圖(左)和熱偶電壓— 溫度曲線例子(右)
由于電壓和溫度是非線性關系，因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測量，并利用測試設備軟件和∕或硬件在儀器內部處理電壓—溫度變換，以最終獲得熱偶溫度(Tx)。Agilent34970A和34980A數據采集器均有內置的測量了運算能力。

簡而言之，熱偶是最簡單和最通用的溫度傳感器，但熱偶并不適合高精度的應用。

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）。

熱敏電阻

（1） 測溫原理:

熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。

目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即：

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；α為溫度系數。半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為：

式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結構的常數。

熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產工藝有很大關系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線。

圖3熱敏電阻電路圖

熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。

熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度， 有較好的精度，但它比熱偶貴，可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應用。尺寸小對于有空間要求的應用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。

測量技巧

熱敏電阻體積小是優點，它能很快穩定，不會造成熱負載。不過也因此很不結實，大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會在其上因功率而造成發熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導致永久性的損壞。

電阻溫度傳感器

與熱敏電阻相似，鉑電阻溫度傳感器(RTD)是用鉑制成的熱敏感電阻。當通過測量電壓計算RTD溫度時，數字萬用表用已知電流源測量該電流源所產生的電壓。這一電壓為兩條引線(Vlead)上的壓降加RTD上的電壓(Vtemp)。例如，常用RTD的電阻為100Ω，每1℃僅產生0.385Ω的電阻變化。如果每條引線有10Ω電阻，就將造成26℃的測量誤差，這是不可接受的。所以應對RTD作4線歐姆測量。

圖4RTD需要用4線測量

RTD是最精確和最穩定的溫度傳感器，它的線性度優于熱偶和熱敏電阻。但RTD是最貴的溫度傳感器。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。

測量技巧

• 使用5mA電流源會因自熱造成2.5℃的溫度測量誤差。因此把自熱誤差減到最小是極為重要的。

• 4線測量更為精確，但需要兩倍的引線和兩倍的開關。

溫度IC

溫度集成電路(IC)是一種數字溫度傳感器，它有非常線性的電壓∕電流—溫度關系。有些IC傳感器甚至有代表溫度、并能被微處理器直接讀出的數字輸出形式。

圖6電流傳感器(左)和電壓傳感器(右)

有兩類具有如下溫度關系的溫度IC：

• 電壓IC: 10 mV/K。

• 電流IC: 1μA/K。
  
  溫度IC的輸出是非常線性的電壓∕℃。實際產生的是電壓∕Kelvin，因此室溫時的1℃輸出約為3V。溫度IC需要有外電源。通常溫度IC是嵌入在電路中而不用于探測。

溫度IC缺點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?？傊瑴囟菼C提供產生正比于溫度的易讀讀數方法。它很便宜，但也受到配置和速度限制。

測量技巧

• 溫度IC 體積較大，因此它變化慢，并可能造成熱負載。

• 把溫度IC用于接近室溫的場合。這是它最流行的應用。雖然測量范圍有限，但也能測量150℃的高溫。

實例

LM135235335系列是美國國家半導體公司（NS）生產的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，是電壓輸出型溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1Ω的動態阻抗，工作電流范圍從400μA到5mA，精度為1℃，LM135的溫度范圍為-55℃～+150℃，LM235的溫度范圍為-40℃～+125℃，LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該器件廣泛應用于溫度測量、溫差測量以及溫度補償系統中。詳細信息見LM135，235，335.pdf。

AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，測溫范圍為-55℃～+150℃，輸出電流為223μA~423μA，輸出電流變化1μA相當于溫度變化1℃，最大非線性誤差為±0.3℃，響應時間僅為20μs，重復性誤差低至±0.05℃，功耗約為2mW,輸出電流信號的傳輸距離可達到1km以上，作為一種高阻電流源，最高可達20MΩ，所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換器所引入的附加電阻造成的誤差,適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。詳細信息見AD590.pdf。

數字式溫度傳感器：

（1） 原理：

將敏感元件、A/D轉換單元、存儲器等集成在一個芯片上，直接輸出反應被測溫度的數字信號，使用方便，但響應速度較慢（100ms數量級）。

（2） 實例：

DS18B20是美國Dallas半導體公司生產的世界上第一片支持“一線總線”

接口的數字式溫度傳感器，供電電壓范圍為3～5.5V，測溫范圍為-55℃～+125℃，可編程的9～12位分辨率，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，出廠設置默認為12位，在12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字。

經驗豐富的電路板設計人員將根據最終產品要求來使用最合適的解決方案。表1展示了每種溫度傳感器的相對優勢/劣勢。

非接觸式溫度傳感器

非接觸式的溫度傳感器的優點：

1、由于和被測量介質不直接發生接觸，所以不用考慮被接觸介質的一些自身物理特性，例如：粘附、腐蝕、磨損等等都不會對傳感器造成損害。而接觸搜索式的就要面臨這些問題的額外解決。

2、受空間局限性較小。對于一些距離較遠不易接觸到的被測量目標可以遠距離測量溫度。

3、對于一些不方便接觸測量的目標可以實現測量，例如旋轉機械、運動中的目標等等

非接觸式溫度傳感器缺點：

1、容易受到環境因素干擾，例如熱輻射

2、不容易實現對目標的長期連續測量。

MLX90620遠紅外線傳感器采用非接觸溫度測量技術，是一種高性價比的熱成像解決方案。該16 x 4遠紅外熱電堆傳感器陣列可覆蓋-20°C～300°C的溫度范圍，能生成目標區域的實時熱值圖譜。有了它，就可以不用單點傳感器或昂貴的微測熱輻射計來掃描目標區域了。

MLX90620遠紅外線傳感器可即獲取64幅二維像素圖片，大大簡化集成熱成像系統，從而將價格維持在大批量、低成本應用領域能夠接受的范圍。該陣列在每個像素中集成了一個放大器和一個模擬數字轉換器，可提供0.5-64赫茲的幀速率。在0°C －50°C溫度范圍內使用時可保持±1.5°C的精確度。有60o x 15o和40o x 10o兩個視場可供選擇。MLX90620遠紅外線傳感器擁有高速I2C兼容數字界面，采用的是帶控制單元的同步化觸發模式，可以單獨使用，也可以與多臺設備組合構成陣列，獲得更高的圖像分辨率。

遠紅外線成像正成為汽車行業非常重要的一項技術，能夠提高汽車的安全性。MLX90620遠紅外線傳感器可用于車輛的行人探測、近距離盲點探測和乘坐率分類等領域。這種傳感器陣列提供的多點精確熱圖像還能幫助智能樓宇控制系統進行溫度測量和入住率統計。在家用環境中，該陣列能夠使微波爐和其它傳統爐灶更加智能化。人們對能源效率的關注推動了市場對熱成像設備的需求不斷上升。熱成像設備可以探測房間的熱損耗情況，并以圖像形式指明需要改進的地方。MLX90620遠紅外線傳感器非常適宜于家用和商用低分辨率紅外熱像儀，能滿足上述各任務的需要。在商用環境中，該傳感器為智能程序控制和熱檢測開辟了新的機會。最后，它還能用作智能火災探測傳感器，可幫助消防人員和其他應急服務人員發現熱點、探明疏散路線和隱蔽火源。