主流的溫度傳感器有哪些？該怎么選？

16世紀末，伽利略制造了一個顯示溫度變化的裝置，利用容器內空氣收縮原理，觀察水柱的高度來判斷溫度的變化。而我們目前所知道的溫度計是由三托里奧在1612年發明的，但當時他也只是做出了一個雛形。

發展至今，作為工業、物聯網、醫療等行業最常見的傳感器，溫度傳感器發展至今可謂是百花齊放。按照作用方式來分的話，分為接觸式和非接觸式溫度傳感器。接觸式溫度傳感器包括雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等；非接觸式的基本是根據黑體輻射的基本定理，而這類傳感器只有對黑體所測的溫度才是真實溫度，對于非黑體需要進行材料表面發射率的修正，不過材料表面發射率的測試精度很難保證，因為其發射率受溫度、波長、表面狀態、涂層等因素有關。

不過，現在主流的溫度傳感器分為四種，即RTD、熱敏電阻、熱電偶以及具有數字和模擬接口的集成電路傳感器。

RTD

RTD溫度傳感器主要是金屬制成，通過溫度變化影響自身電阻值來測量溫度。雖然常用金屬有銅、鎳和鎳合金，但是鉑憑借良好的線性、重復性和穩定性穩固了溫度參考傳遞國際標準的地位。RTD的電阻是隨著溫度的上升而增大，但是也并非是很嚴格線性，根據下圖我們可以看到，會產生輕微偏差，一般情況下可以對電阻值進行數字化處理，查找校正因子。

還是以鉑為例，在性能方面，鉑RTD除了具有上述所說的線性、重復性和穩定性的優點，-200~+650℃的測溫范圍，0.1~1.0℃的測溫精度上也是比較優良的性能。

不過，RTD的缺點也是比較明顯，由于需要恒定電壓/電流，所以通電過程中產生的功率會影響其所測溫度，影響準確度（需進一步糾正）。另外，在RTD模擬信號輸出時，放大器和ADC組件的自身誤差也需要計算在內。

熱敏電阻

類似于RTD，熱敏電阻也是電阻式傳感器。它的分類主要是按照溫度系數劃定，分為正溫度系數熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數熱敏電阻器（NTC）。PTC主要材料為摻雜的BaTiO3半導體陶瓷，而NTC主要材料是過渡金屬氧化物半導體陶瓷。

以NTC為例，雖然不是線性變化，但是它的線性度是指數函數，電阻值隨著溫度的升高而降低。由于其本身材料因素，所以它的整體價格相對于鉑RTD來說比較經濟，同時，材料選用也是相對靈活，能夠加工成各式各樣的形狀以及小型化處理。另外，由于其電阻隨溫度變化極為靈敏，它的測量精度與鉑RTD不相上下，為0.05~1.5℃。

同樣的，由于通電過程中，產生的自熱和ADC等因素會對測量結果造成影響，所以NTC的測量結果也需要進行糾正。它的適用溫度范圍相對來說也比較苛刻，一般在0-150℃左右。需要指出的是，由于NTC元件容易老化，穩定性也一般。

熱電偶

熱電偶傳感器是屬于非常常見的接觸式傳感器，通過兩種不同的導體材料兩端接合形成回路。當結合點兩端的溫度不同，回路就會產生電動勢，也稱為熱電勢，根據熱電勢的大小，在連接的表盤上顯示溫度。

由于使用材料的靈活性，熱電偶傳感器的測溫范圍很廣，工作溫度最高可以達到2000℃以上，且屬于耐用器件，可用于危險惡劣的環境下。同時它的感應接合點是直接暴露的，所以它對溫度變化的響應較快。其實我們從原理上就可以看出來，熱電偶傳感器不需要外接電源，所以它不容易產生自發熱。

顯然，熱電偶傳感器在準確度以及穩定性上會稍遜一籌，它的測溫精度在0.5-5.0℃，而由于暴露，抗腐蝕性較弱，所以穩定性不如RTD和熱敏電阻。

IC類傳感器

IC類溫度傳感器屬于集成式的傳感器，目前分為模擬輸出傳感器、數字輸出傳感器、遠程溫度傳感器以及溫度開關類的具有溫控器功能的傳感器。不過，從主流分類來看，模擬集成溫度傳感器和模擬集成數字傳感器使用較多。這兩款傳感器都屬于內置ADC，將溫度傳感器集成在芯片上進行測量、計算、輸出等動作。IC類溫度傳感器的優點在于功耗較低，體積小，集成度高，生產測試過程中已經做過校準，所以出廠后無需再次校準。

缺點在于，它的測試溫度范圍僅為-70~+150℃，測溫精度與熱電偶傳感器差不多，為0.5-5.0℃。

在物聯網成為風口、傳感器需求加速增長的時代下，溫度傳感器無疑將會成為最重要的器件之一，如何選擇合適的溫度傳感器，需要從溫度范圍、精度、成本等多個角度考量。

文章來源于物聯傳媒 ，作者Vior.Liu

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