温度传感器基础知识大全
温度传感器使用在多种应用中，例如食品加工、HVAC 环境控制、医疗装置、化学处理与汽车引擎盖内部监控（如冷却液、进气孔、汽缸头温度等）。

温度传感器能测量温度，确保流程维持在特定范围内，以便安全执行应用；或者也可确保在处理极高温度、危险或无法触及的测量点时符合法定规定。

温度传感器分为两种主要类型：接触式和非接触式。

接触式感测器包括热电偶和热敏电阻，在量测时会接触受测物体；非接触式感测器则会量测热源所释放的温度辐射，藉此判定其温度。

非接触式感测器能从远方测量温度，通常用於危险环境中。

温度传感器类型
1.热电偶
热电偶(TC) 是一对由两种不同金属所制成的接面所组成。

其中一个接面代表基准温度，另一个则是测得温度。

运作方式是温度差异会产生电压（席贝克效应，受温度影响），然後此电压会转换成温度读数。

TC 成本低廉、坚固可靠、无需电池，并且能用於宽广的温度范围，因此受到采用。

热电偶能在高达2,750°C 下达到良好效能，甚至能在高达3,000°C 和低至-250°C 下短暂维持运作。

热电偶的优势与难题：
∙量测值为自身温度。

∙物体的温度必须经过推定，且使用者必须确保热电偶之间无热流动。

∙长期使用後容易发生温度读数错误。

原因为何？线路的绝缘层受潮或受热导致失效，?或是受到环境中的化学物质、核子辐射或机械性干扰。

∙热电偶属於电气导体，因此不可接触其他电力来源。

∙接面处无法进行量测。

∙与电阻式温度计相比，这些元件反应速度较快。

2.热敏电阻
热敏电阻，如同热电偶一样是不昂贵、立即可取得、容易使用，并且可调适的温度传感器。

但是仅可进行简易的温度量测，无法用於高温应用。

由具有电阻性的半导体材料制成，对温度特别敏感。

热敏电阻的电阻值会在温度上升时降低，因此温度变化时，即可预测电阻的变动。

广泛用於涌入电流限制器、温度传感器、自我重置式过电流保护器，以及自我调节加热单元。

热敏电阻与电阻温度侦测器(RTD) 的不同之处在於：1) RTD 的材质为纯金属，2) 两者对温度的反应不同。

热敏电阻可依据k 的符号分为两类（此函数指Steinhart-Hart 热敏电阻公式，能将热敏电阻的电阻值转换成凯氏温度度数）。

若k 为正值，电阻会随着温度上升而增加，而此元件则称为正温度系数(PTC) 热敏电阻。

若k 为负值，电阻会随着温度上升而减少，而此元件则称为负温度系数(NTC) 热敏电阻。

本文将探讨NTC 热敏电阻的一个例子：GE 的Type MA 系列热敏电阻组件，专为间断或持续性病患体温监测用途所设计。

此应用要求可重复性和快速反应，特别是用於婴儿照护与一般麻醉过程。

MA300（图1）以病患的皮肤区域做为体温指标，即可方便进行例行且持续性的病患体温监测。

本产品采用不锈钢外罩，因此适合重复使用和抛弃式应用，并可为病患提供最大的使用舒适度。

在25°C 下，提供的标称电阻值包括2,252、3,000、5,000 和10,000 Ω。

GE 的MA300 热敏电阻组件
∙∙
图1：GE 的MA300 热敏电阻组件系由不锈钢制成，采用医疗级PVC Teflon 绝缘。

（资料来源：GE）
3.电阻温度侦测器
电阻温度侦测器(RTD) 是具有电阻的温度传感器，会在温度变化时同时改变电阻值。

RTD 以准确性、可重复性与可靠度着名，薄膜型可在-50°C 至500°C 的宽广温度范围内使用，绕线型可在-200°C 至850°C 内使用。

薄膜型RTD 单元的基板上具有一层铂薄膜。

电路布局经过微调，能提供指定电阻。

并附有引线，且组件经过镀层，可保护薄膜和连接部分。

比较之下，绕线式单元属於陶瓷管或玻璃管封装的线圈，或者是沿着玻璃或陶瓷材质缠绕。

Honeywell 的TD 系列是RTD 的例子之一，可用於HVAC（室温、风管和冰箱温度）、马达过载保护以及汽车（空气或汽油温度）应用。

在TD 系列中，TD4A 液体温度传感器具有双端子螺纹式阳极镀铝外罩。

此环境密封式液体温度传感器能简化安装，例如安装於卡车侧边，但并不能完全浸入液体中。

单一时间常数在静止空气中的典型反应时间为4 分钟，在静止水中为15 秒。

Honeywell TD 系列
∙∙
图2：TD 系列- 电阻与温度之间的关系（资料来源：Honeywell）
TD 系列温度传感器能对温度变化快速反应（图2），且精准度在20°C 时达±0.7°C。

此外可完全替换，无需重新校准。

这些电阻温度侦测器(RTD) 感测器提供8 Ω/°C 灵敏度，且本质上具有近似线性的输出。

RTD 具有比热电偶更好的精准度以及良好的替换性，此外也具备长期稳定性。

具备
高温能力，因此通常用於工业配置中。

RTD 若以白金制成，就不会受到腐蚀和氧化影响，因此能提升稳定性。

4.红外线感测器
红外线感测器可用来量测介於-70 至1,000°C 的表面温度。

能将物体释放的热能（波长介於0.7 至20 um）转换成电气讯号，接着会依据环境温度进行补偿，并且转换成可用温度单位显示的讯号。

这些感测器可在下列情况量测温度：
∙无法使用热电偶或探针时。

∙目标物体正在移动（在滚轮、活动机械、输送带上）。

∙目标物体处於真空环境。

∙具有危险，如高电压。

∙距离太远。

∙温度太高，无法使用接触式感测器。

∙需要超快速反应。

选择红外线元件时，重要的考量包括：视野（视角）、发射率（在相同温度下物体辐射能量与理想辐射体散发能量的比率）、频谱响应、温度范围和安装方式。

Texas Instruments 推出TMP006 产品（图3）就是红外线热电堆感测器，采用晶片
级封装。

此非接触式感测器使用热电堆吸收从被量测物体发射的红外线能量，然後利用热电堆电压的相对应变化判定物体的温度。

TI 的TMP006 柱状图
∙∙
图3：TMP006 柱状图（资料来源：Texas Instruments）
红外线感测器的指定电压范围介於-40°C 至+125°C，以便用於多种应用。

此元件兼具低功耗和低工作电压特性，因此适合电池供电式应用。

晶片级尺寸的薄型封装能采
用标准大量组装方式，而且当受测物体的空间有限时也很实用。

使用接触或非接触式感测器量测温度时，需先进行基本假设与推定。

因此，详读规格表并且确保了解相关的影响因素，即可确保温度读数符合实际的温度。