什么是温度传感器?温度传感器原理是什么?

温度传感器是一种用于检测环境或物体温度并将其转换为可读信号（如电信号）的装置，广泛应用于工业、医疗、家电、汽车等领域。其功能是将温度这一物理量转化为其他可测量的形式（如电压、电阻或数字信号），以便系统进行监控或控制。

温度传感器的原理

温度传感器的工作原理主要基于物质随温度变化的物理特性，常见原理包括以下几类：

1. 热电效应（热电偶）

• 原理：两种不同金属导体连接成闭合回路时，若两端温度不同，回路中会产生电动势（塞贝克效应），通过测量电压可推算温度差。

• 特点：测量范围广（-200℃~1800℃），但需冷端补偿，精度较低。

2. 电阻随温度变化（RTD和热敏电阻）

• RTD（铂电阻温度计）：
  利用高纯度金属（如铂）电阻随温度线性变化的特性（Pt100/Pt1000）。
  公式：Rt=R0(1+αT)Rt=R0(1+αT)（αα为温度系数）。
  特点：精度高、稳定性好，但成本较高。

• 热敏电阻：
  使用半导体材料，电阻随温度非线性变化（NTC型电阻随温度升高而降低，PTC型相反）。
  特点：灵敏度高，但测温范围较窄。

3. 半导体特性（集成IC传感器）

• 原理：利用硅半导体的PN结电压或电流与温度的关系（如LM35、DS18B20）。
  例如，输出电压与温度成线性比例（LM35输出10mV/℃）。

• 特点：直接输出数字或模拟信号，体积小、成本低，但耐高温能力差。

4. 红外辐射（非接触式）

• 原理：通过检测物体发射的红外辐射能量（斯特藩-玻尔兹曼定律）推算表面温度。

• 特点：适用于远距离或移动物体测量，但受物体发射率影响。

5. 其他原理

• 双金属片：不同金属的热膨胀系数差异导致弯曲，用于机械式温控开关。

• 声学/光纤传感器：利用声波或光信号受温度影响的特性。

常见类型对比

应用场景

• 工业：热电偶监控炉温，RTD用于精密仪器。

• 医疗：电子体温计（热敏电阻或IC）。

• 家电：空调、冰箱中的NTC热敏电阻。

• 汽车：水温传感器（RTD）、排气温度监测（热电偶）。