温度传感器的原理
传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。
热信号
温度传感器
电信号
测量：温度和与温度有关的参量
常用温度传感器
电阻式温度传感器
工作原理：热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度的变化而变 化的原理制成的，实现了将温度的变化转化为元件电阻的变化。有金属（铂、 铜和镍）热电阻及半导体热电阻（称为热敏电阻）。 优点：信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传、无需参比温度；金属热电阻稳
气体温度传感器
冰箱内的温度传感器
温度传感器的来源
• 温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，使用数量高居
各种传感器之首。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集 成化向智能化、网络化的方向发展，而国内的温度传感器大多停留在分离式
，即传感器与变送器分离。因此对温度传感器的研究十分必要。
目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。
典型的热阻式传感器
热 敏 电 阻 的 结 构 形 式
常用温度传感器
热电偶温度传感器
工作原理：热电偶测温是基于热电效应，在两种不同的导体（或半导体）A和B组
成的闭合回路中，如果它们两个接点的温度不同，则回路中产生一个电动势，通 常我们称这种现象为热电势，这种现象就是热电效应 。
特点：测量范围宽、性能稳定、准确可靠、信号可以远传和记录。
回路中所产生的电动势，叫热电
热端
冷端
势。热电势由两部分组成，即温差电 势和接触电势。
常用温度传感器
热电偶温度传感器
热电偶的结构 通常都是由热电极、绝缘材料、保护套管和 接线盒等主要部分组成。
常用温度传感器
光纤温度传感器
光纤结构:光纤为玻璃光纤，其结构如图所示，它由导光的纤芯及其周 围的包层组成，包层的外面常有塑料或橡胶等保护套。包层折射率n1 略小于纤芯折射率n2，它们的相对折射率差Δ
范围等。
常用的有：热电偶、热电阻和热敏电阻等。
温度传感器的分类
非接触式：非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的
是辐射热交换原理。
特点：此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容
量小或变化迅速的对象，不与被测物体接触，不破坏原有的温度场， 在被测物体为运动物体时尤为适用。但精度不高，且受环境的影响比
虚拟传感器：虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成 的。利用软件呵完成传感器的标定及校准，以实现最佳性能指标。
网络温度传感器：网络温度传感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元
的新一代智能传感器。
原理：数字传感器首先将被测温度转换成数字量，再送给微控制器作数据处 理。最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器 之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行 标定和校准，可做到“即插即用”，这样就极大地方便了用户。
纳米电化学生物传感器：纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种新型的 生物传感介质，与特异性分子识别物质如酶、抗原P抗体、DNA等相结合,并以电 化学信号为检测信号的分析器件。 应用：从纳米材料在电化学生物传感器中的具体应用来看，纳米电化学生物传 感器主要包括如下类型:纳米颗粒生物传感器，纳米管、纳米棒与纳米线生物传 感器,纳米片以及纳米阵列生物传感器等。其中因为碳纳米管的优异性能，使得 基于碳纳米管的电化学生物传感器发展极为迅速。
④高灵敏度。⑤容易实现对被
测信号的远距离监控。
常用温度传感器
光纤温度传感器
发光二极管
产生多种颜 色的光线， 通过光导纤 维传导到东 方明珠球体 的表面。在 计算机控制 下，可产生 动态图案。
常用温度传感器
光纤温度传感器
光纤温度传感器应用：
（1）干涉式光纤温度传感器；（2）分布式光纤温度传感器；
（3）非接触式双波长光纤温度传感器；（4）接触式双波长光纤温度传感器； （5）半导体吸收式光纤温度传感器；（6）使用双金属片的光纤温度传感器； （7）新型结构光纤温度传感器；（8）光纤荧光温度传感器，等。
常用温度传感器
除了上述几类常用传感器，还有集成数字温度传感器、石英晶体测温传感器 、辐射式温度传感器、薄膜热传感器等在现代传感器运用中比较广泛。
温度与温标
温度传感器 展望
温度与温标
温度传感器 展望
•
今后研究方向：
（1）提高测温精度和分辨力； （2）增加测试功能； （3）总线技术的标准化与规范化； （4）可靠性及安全性设计； （5）虚拟温度传感器和网络温度传感器；
•
为了定量地描述温度，引入一个概念─—温标。温标是衡量物体温度的标准 尺度，是温度的数值表示方法，是规定温度的读数起点（零点）和测量的基 本单位。
• 国际普遍使用的温标有四种：热力学温标、列氏温标（德 国）、摄氏温标、华氏温标（美国）。
温度与温标
1、摄氏温标
1740年瑞典人摄氏 水银体膨胀是线性； 标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度，沸点为100度，而将汞柱在这 两点间等分为100格，每等分格为摄氏1度，标记为℃。
纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
光纤工作的基础是光的全反射。
n2 c sin ( ) n1
1
当端面入射的光满足全反射条件时 即使用时应使入射光处于2θ c的光锥角内，光纤才能理想地导光。否则，这些光 线便从包层中逸出而产生漏光。
常用温度传感器
光纤温度传感器
特点：①电绝缘性能好。②抗 电磁干扰能力强。③非侵入性。
温度传感器
温度与温标
温度传感器 展望
温度与温标
温度传感器 展望
温度与温标
• 温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体内部分子无规则剧烈运动程度的
标志，是工业生产中最普遍、最重要的热工参数之一。温度是一个和人们生 活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和 控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。由于温度是直接影响生 产安全、产品质量、生产效率、能源使用情况等的因素，因而对温度的检测 提出了更高的要求。
2、华氏温标
1714年德国人法伦海脱以水银为测温介质，制成玻璃棒水银温度计。 规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度，中间等分为212份， 每一份为1度记作℉。称为华氏温标。 5 C ( F 32) 9
温度与温标
3、列氏温标
列氏温标（记为°Ré或°R）由法国科学家列奥米尔於1731年提出的。水的
用 于 农 业 物 联 网 中 的 传 感 器
电流输出型温度 传感器能产生一个与 绝对温度成正比的电 流作为输出 电流输出型温度 传感器能产生一个与 绝对温度成正比的电 流作为输出
温度传感器的发展
温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发 展大致经历了以下3个阶段。 （1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和 电量之间转换。 （2）模拟集成温度传感器/控制器。 （3）智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、 集成化向智能化及网络化的方向发展。 分 立 式 温 度 传 感 器
定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。
缺点：需要电源激励、有（会影响测量精度）自热现象以及测量温度不能太高， 目前只能达到-50～300℃。
广泛应用于空调、暖气、电子体温计等
常用温度传感器
电阻式温度传感器
热电阻的结构:热电阻主要由电阻体、绝缘 套管和接线盒等组成。电阻体由电阻丝、引 出线、骨架等组成。来自 1n2 n1
通常Δ 为0.005～0.14这样的构造可以保证入射到光纤内的光波集中在 芯子内传播。
常用温度传感器
光纤温度传感器
光纤温度传感器按其工作原理可分两大类：功能型和非功能型。 1、功能型:功能型也称物性型或传感型，是利用其某种参数随温度变化 的特性作为传感器的主体，即将其作为敏感元件进行测温。
常用温度传感器
光纤温度传感器
2、非功能型:非功能型也称结构型或传光型，光纤在这类传感器中只是作
传光的媒质，还须要加上其它的敏感元件才能构成传感器
常用温度传感器
光纤温度传感器
光纤温度传感器的基本工作原理：是将来自光源的光经过光纤送入调制器， 待测参数温度与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的 强度、波长、频率、相位等）发生变化，称为被调制的信号光。再经过光
。
温度监测的发展
温度是不能直接加以测量的，它只能借助于冷、热不同的物体之间的热交换，以 及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接的测量。
世界上第一支温度计是由意大利著名科学家伽利略于1597年制出的气体温度 计。一百年后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要 ，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。1950年以后 ，相继研制成半导体热敏电阻器。但真正把温度变成电信号的传感器是由德国物 理学家赛贝发明的,就是后来的热电偶传感器.50年以后,德国人西门子发明了铂 电阻温度计。在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了包含半导体热电偶传感 器在内的多种温度传感器。与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了
接触式：接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，
通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。
特点：精度较高。这类传感器结构简单、工作可靠、测量精度高、稳
定性好、价格低；但有较大的滞后现象，不方便对运动物体进行温度测 量，被测对象的温场易受传感器的影响，感温元件材料的性质决定测温
声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。最近，随着原材料、加工技术的飞
速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。
红外测温 水银温度计
生活用品
热电偶传感器
温度与温标