廣義上來看，溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。無論是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，還是在日常生活之中，溫度傳感器雖然看似貌不驚人，但始終都在扮演著不可或缺的角色。



溫度傳感器分類
溫度傳感器種類繁多，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的名稱。

1、溫度
溫度(temperature)是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。
溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。ITS-90溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)(零點(diǎn))和測量溫度的基本單位。國際單位為熱力學(xué)標(biāo)(K)。目前國際上用得較多的其他溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)(°F)、攝氏溫標(biāo)(°C)和國際實(shí)用溫標(biāo)。

從分子運(yùn)動(dòng)論觀點(diǎn)看，溫度是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。溫度是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)意義。



模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！

2、溫度傳感器
溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器，是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。

3、溫度傳感器構(gòu)成



溫度傳感器的發(fā)展
對熱冷的感知是人類體驗(yàn)的基礎(chǔ)，然而找出測量溫度的方法卻難倒了很多偉人。目前尚不清楚是古希臘人還是中國人最早找到測溫的方法，但有資料記載，溫度傳感器的歷史是從文藝復(fù)興時(shí)期開始。

昌暉儀表先從溫度測量面臨的挑戰(zhàn)開始，然后從不同方面介紹了溫度傳感器的發(fā)展歷史。

1、測量的挑戰(zhàn)
熱量是用來衡量一個(gè)整體或物體所含的能量，能量越大，溫度越高。然而，與質(zhì)量和長度等物理性質(zhì)不同，熱量難以直接衡量，因此大部分測量方法都是間接的，通過觀察加熱時(shí)物體的效果來推斷溫度。因此，熱量的測量標(biāo)準(zhǔn)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

在1664年，羅伯特·胡克提議用水的冰點(diǎn)作為溫度的基準(zhǔn)點(diǎn)。奧勒·雷默則認(rèn)為要確定兩個(gè)固定點(diǎn)，他選擇了胡克的冰點(diǎn)和水的沸點(diǎn)。但是，如何測量熱物體和冷物體的溫度一直是一個(gè)問題。19世紀(jì)，研究氣體定律的科學(xué)家蓋·呂薩克等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體在恒壓下受熱時(shí)，溫度升高1攝氏度，體積會(huì)增大1/267(后來修改為1/273.15)，推導(dǎo)出了絕對零度-273.15℃的概念。

2、觀察膨脹：液體和雙金屬
根據(jù)報(bào)道，據(jù)信伽利略在1592年左右曾制造過一種顯示溫度變化的裝置。這個(gè)裝置通過控制一個(gè)容器內(nèi)空氣的收縮來影響水柱，水柱的高度表示冷卻的程度。但由于這種裝置很容易受到氣壓的影響，因此只能被視為是一種新奇的玩具。

目前我們所知的溫度計(jì)是由三托里奧(SantorioSantorii)在意大利于 1612年發(fā)明的。他把液體密封在一個(gè)玻璃管內(nèi)，觀察其膨脹時(shí)的移動(dòng)。

在管子上做一些刻度更容易觀察變化，但這套系統(tǒng)還是缺少精準(zhǔn)的單元。和雷默一起共事的是加布里埃爾·華倫海特。他用酒精和水銀作為液體，開始生產(chǎn)溫度計(jì)。水銀是完美的，因?yàn)樗谝粋€(gè)大范圍內(nèi)對溫度變化有著線性的響應(yīng)，但毒性大，因此現(xiàn)在使用越來越少。人們正在研究其他可替代的液體，但目前仍被廣泛使用。

雙金屬溫度傳感器發(fā)明于19世紀(jì)末期。它利用了兩種金屬片結(jié)合時(shí)的不均勻膨脹現(xiàn)象。溫度改變造成金屬片彎曲，這可用來激活類似于用在氣格柵里的恒溫器或計(jì)量器。這種傳感器的精度不高，可能是正負(fù)兩度，但因其低廉的價(jià)格，應(yīng)用也十分廣泛。

3、熱電效應(yīng)
在19世紀(jì)初期，電學(xué)是一項(xiàng)令人興奮的領(lǐng)域。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)不同金屬具有不同的電阻和傳導(dǎo)性。1821年，托馬斯·約翰塞貝克發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng)，即將不同金屬連接在一起并放置在不同溫度下可產(chǎn)生電壓。戴維演示了金屬電阻率和溫度的相關(guān)性。貝克雷爾提議使用鉑熱電阻進(jìn)行溫度測量，真正的裝置是在1829年由利奧波德創(chuàng)造的。鉑也可用于電阻溫度探測器中，由邁爾斯于1932年發(fā)明。它是測量溫度的最精確傳感器之一。

傳統(tǒng)Pt100鉑電阻在震動(dòng)環(huán)境中容易損壞，近些年見證了整體燒結(jié)外繞式鉑電阻和薄膜鉑電阻的發(fā)展，20世紀(jì)也見證了熱敏電阻的發(fā)明。熱敏電阻響應(yīng)溫度變化，且具有較高精度，但直到最近，它還是缺少線性度。

4、熱輻射
非常熱的金屬和熔融金屬會(huì)發(fā)熱，散發(fā)出熱量和可見光。在較低溫度下，它們也會(huì)輻射熱能，但具有更長的波長。英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾在 1800年首次發(fā)現(xiàn)這個(gè)“模糊”光或紅外光會(huì)產(chǎn)熱。

在和同胞梅洛尼一起工作時(shí)，羅貝里發(fā)現(xiàn)了探測這種輻射能量的方法，即把熱電偶一系列地連接起來，產(chǎn)生熱電堆。緊接其后的是1878年的輻射熱測定器。這由美國塞繆爾·蘭利發(fā)明，它采用兩根鉑條，一根在單臂電橋安排中變黑。紅外輻射加熱產(chǎn)生了可測量的電阻變化。輻射熱測定器對大范圍波長的紅外線很敏感。

與此相反，自1940年代開始發(fā)展的輻射量子探測器類型的設(shè)備只對一個(gè)有限波段內(nèi)的紅外線做出響應(yīng)。今天，價(jià)格便宜的高溫計(jì)應(yīng)用十分廣泛，而且熱成像攝像機(jī)價(jià)格下滑，應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。

5、溫標(biāo)
當(dāng)華氏制作溫度計(jì)時(shí)，他意識(shí)到他需要一個(gè)溫標(biāo)。他把30度鹽水設(shè)為冰點(diǎn)，超過180度鹽水設(shè)為沸點(diǎn)。25年后，安德斯·攝氏提議用0-100的標(biāo)度，今天的“攝氏度”也是用他名字命名的。

后來，威廉·湯姆森發(fā)現(xiàn)在標(biāo)度一端設(shè)定固定點(diǎn)的好處，隨后，開爾文提議把絕對零度設(shè)置為攝氏度系統(tǒng)的起點(diǎn)。這就形成了今天科學(xué)領(lǐng)域使用的開氏溫標(biāo)。

溫度傳感器分類
溫度傳感器種類繁多，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的名稱。
1、溫度傳感器按測量方式分類
按照測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，這部分內(nèi)容昌暉儀表制造有限公司在《常用溫度測量方法》文章中詳細(xì)介紹，再次僅做簡述。

①接觸式溫度傳感器
傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時(shí)，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前提條件，是被測物體的熱容量足夠大。

②非接觸式溫度傳感器
主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是不從被測物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。

2、溫度傳感器按照不同的物理現(xiàn)象分類



此外，還有微波測溫溫度傳感器、噪聲測溫溫度傳感器、溫度圖測溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測溫計(jì)、核磁共振測溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測溫計(jì)、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。