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“储能热管理研究院”的研究员撰写并发布了这篇《温度传感器主要分类有哪些》全套文章

温度传感器把非电量的温度转换为电信号的传感器。温度传感器的种类繁多，常用的有热电阻、热电偶、集成温度传感器等。

本文将以温度传感器进行深度讲解。

温度传感器主要分类

01

按测量方式可分为：接触式温度传感器、非接触式温度传感器两大类。

1、非接触式温度传感器

通常是红外（IR）传感器。它们远程检测物体发射的红外能量，并将信号发送到确定物体温度的校准电子电路。优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。2、接触温度传感器，包括热电偶和热敏电阻。

由两条导体组成，每条导体均由不同类型的金属制成，并在一端连接在一起形成结。当结暴露于热时，会产生一个直接对应于温度输入的电压。这是由于称为热电效应的现象而发生的。因为设计和材料简单，所以热电偶通常价格便宜。

热电偶图

按结构形式不同，热电偶通常分：普通热电偶、铠装式热电偶、薄膜热电偶。

①普通热电偶

普通热电偶应用于工业上测量液体、气体等介质的温度。它一般由热电偶丝、绝缘套管、保护套管和接线盒组成，实验室使用时可以不用保护套管，以减小热惯性。

②铠装式热电偶

铠装式热电偶是由热电偶丝、绝缘材料、金属套管三者组合成一体的具有特殊结构的热电偶。它可以做得很细很长，可以弯曲。根据热端形状的不同，它又可分为多种结构形式，不同的结构形式，响应时间和应用场合及特点不同。这类热电偶的突出优点是可小型化、使用方便、使用寿命长、热惯性小。此外，这类传感器还具有强度高、耐压、耐振动和耐冲击等优点，并可根据需要制成不同长度，最长可达m。

③薄膜热电偶

薄膜热电偶，是用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上，上面再蒸镀一层二氧化硅作为绝缘和保护层，形成薄膜状热电偶，其热接点极薄（0.01～0.1μm），因此特别适用于快速测量物体壁面的温度。安装时用黏合剂将它黏结在被测物体壁面上即可。半导体热敏电阻简称热敏电阻，一种新型的半导体测温元件。热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按特定工艺制成的感温元件，电阻随温度升高而降低。

▲热敏电阻的长期稳定性

热敏电阻分3种类型：随温度上升电阻增加为正温度系数热敏电阻（NTC），反之为负温度系数热敏电阻（NTC），以及在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器（CTR），目前使用较多的热敏电阻是NTC型热敏电阻。

▲三类热敏电阻

a)玻璃外壳的径向和轴向珠状热敏电阻，b)表面封装热敏电阻，c)上下无涂层的芯片式热敏电阻

①NTC工作原理

此种热敏电阻以钛酸钡（BaTIo3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡（BaTIo3）是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。

当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’一般钛酸钡的居里点为℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。

因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。

②NTC工作原理

负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。

负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～℃）、中温（～℃）、高温（℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。热敏电阻比热电偶，（能够在0.05到1.5摄氏度之间测量）更精确，并且它们由陶瓷或聚合物制成。电阻温度检测器（RTD）本质上是热敏电阻的金属配对物，并且是最精确，最昂贵的温度传感器。▲a为典型接触式温度传感器，b为非接触式温度传感器

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