常见温度传感器及优缺点

无论是哪种类型的传感器，所有温度传感器都要考虑以下四大因素：

对所测量的介质没有影响

不管测量什么，最重要的是要确保测量设备自身不会影响所测量的介质。进行接触温度测量时，这一点尤为重要。选择正确的传感器尺寸和导线配置是重要的设计考虑因素，以减少"杆效应"及其他测量错误。

非常精确

将对测量介质的影响降至最低之后，如何准确地测量介质就变得至关重要。准确性涉及传感器的基本特性、测量准确性等。如果未能解决有关"杆效应"的设计问题，再准确的传感器也无济于事。

响应即时（在多数情况下）

响应时间受传感器元件质量的影响，还会受到导线的一些影响。通常传感器越小，响应速度越快。

输出易于调节

使用微处理器后可以更轻松地调节非线性输出，因此传感器输出的信号调节也更不成问题。

传感器的特性分析

上述每种主要类型的传感器的基本操作理论都有所不同，有各自的特性：

温度范围

每种传感器的温度范围也有所不同。热电偶系列的温度范围最广，跨越多个热电偶类型。

精度

精度取决于基本的传感器特性。所有传感器类型的精度各不相同，不过铂元件和热敏电阻的精度高。一般而言，精度越高，价格就越高。

长期稳定性

由传感器随时间的推移保持其精度的一致程度来决定。稳定性由传感器的基本物理属性决定。高温通常会降低稳定性。铂和玻璃封装的绕线式热敏电阻是最稳定的传感器。热电偶和半导体的稳定性则最差。

输出变化

传感器输出依照类型而有所变化。热敏电阻的电阻变化与温度成反比，因此具有负温度系数(NTC)。铂等基金属具有正温度系数(PTC)。热电偶的千伏输出较低，并且会随着温度的变化而变化。半导体通常可以调节，附带各种数字信号输出。

线性度

线性度定义了传感器的输出在一定的温度范围内一致变化的情况。热敏电阻呈指数级非线性，低温下的灵敏度远远高于高温下的灵敏度。随着微处理器在传感器信号调节电路中的应用越来越广泛，传感器的线性度愈发不成问题。

电压或电流

通电后，热敏电阻和铂元件都需要恒定的电压或电流。功率调节对于控制热敏电阻或铂RTD中的自动加热至关重要。电流调节对于半导体而言不太重要。热电偶会产生电压输出。

响应时间

即传感器指示温度的速度，取决于传感器元件的尺寸和质量（假定不使用预测方法）。半导体的响应速度最慢，绕线式铂元件的响应速度是第二慢的。铂薄膜、热敏电阻和热电偶提供小包装，因此带有高速选件。玻璃微珠是响应速度最快的热敏电阻配置。

错误偏差

会导致温度指示有误的电噪声是使用热电偶时的一个主要问题。在某些情况下，电阻极高的热敏电阻可能是个问题。

导线电阻可能会导致热敏电阻或RTD等电阻式设备内出现错误偏差。使用低电阻设备（例如100Ω铂元件）或低电阻热敏电阻时，这种影响会更加明显。对于铂元件，使用三线或四线导线配置来消除此问题。对于热敏电阻，通常会通过提高电阻值来消除此影响。热电偶必须使用相同材料的延长线和连接器作为导线，否则可能会引发错误。

性价比

尽管热电偶是最廉价、应用最广泛的传感器，但NTC热敏电阻的性价比却往往是高的。

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传感器的优势和劣势对比

热电偶传感器

热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出，使用十分方便。它的测温范围很广：-270℃～2500℃，并具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。

热电偶传感器的缺点是灵敏度比较低，容易受到环境的信号干扰，也容易受到前置放大器温漂的影响，不适合测量微小的温度变化。

热电偶传感器的灵敏度与材料的粗细无关，非常细的材料也能够做成温度传感器。由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。

对一般的工业应用来说，为了保护感温元件避免受到腐蚀和磨损，总是装在厚厚的护套里面，外观显得笨大，对于温度的反应也迟缓得多。使用热电偶的时候，必须消除环境温度对测量带来的影响。有的把它的自由端放在不变的温度场中，有的使用冷端补偿抵消这种影响。当测量点远离仪表时，还需要使用补偿导线。

因此选择热电偶时需考虑下列因素：1、被测温度范围；2、所需响应时间；3、连接点类型；4、热电偶或护套材料的抗化学腐蚀能力；5、抗磨损或抗振动能力；6、安装及限制要求等。

热敏电阻

热敏电阻（即“温度敏感型电阻器”）是一种高精度经济型温度测量传感器。按照温度系数分为NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）两种类型，NTC热敏电阻通常用于温度测量。

主要优势是：灵敏度：热敏电阻能随非常微小的温度变化而变化。精度：热敏电阻能提供很高的绝对精度和误差。成本：对于热敏电阻的高性能，它的性价比很高。坚固性：热敏电阻的构造使得它非常坚固耐用。灵活性：热敏电阻可配置为多种物理形式，包括极小的包装。密封：玻璃封装为其提供了密封的包装，从而避免因受潮而导致传感器出现故障。表面安装：提供各种尺寸和电阻容差。

热敏电阻的劣势中，通常只有自动加热是一个设计考虑因素。必须采取适当措施将感应电流限制在一个足够低的值，以便使自动加热错误降低到一个可接受的值。如果将热敏电阻暴露在高热中，将会导致性的损坏。

非线性问题可通过软件或电路来解决，会引发故障的潮湿问题可通过玻璃封装来解决。

电阻温度检测器（RTD）

RTD通常用铂金、铜或镍，它们的温度系数较大，随温度变化响应快，能够抵抗热疲劳，而且易于加工制造成为精密的线圈，尤其用铂金等金属制成时，RTD非常稳定，不受腐蚀或氧化的影响。RTD的测温原理是：纯金属或某些合金的电阻随温度的升高而增大，随温度降低而减小。电阻-温度变化关系是线性的，温度系数（温度系数的定义是单位温度引起的电阻变化）越大越好，而且要能够抵抗热疲劳，随温度变化响应灵敏。目前只有少数几种金属能够满足这样的要求。

RTD还相对防止电气噪声，因此非常适合在工业环境中的温度测量，特别是在电动机、发电机及其它高压设备的周围使用。 RTD是目前最精确和最稳定的温度传感器。它的线性度优于热电偶和热敏电阻。但RTD也是响应速度较慢而且价格比较贵的温度传感器。因此，RTD最适合对精度有严格要求，而速度和价格不太关键的应用领域。

IC温度传感器

包括模拟输出和数字输出两种类型。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

数字温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前有多种智能温度传感器系列产品，智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。

IC温度传感器有许多好处，包括：功耗低；可提供小型封装产品（有些尺寸小到0.8mm×0.8mm）；还可在某些应用中实现低器件成本。此外，由于IC传感器在生产测试过程中都经过校准，因此没有必要进一步校准。

缺点就是温度范围非常有限， 也存在同样的自热、不坚固和需要外电源的问题。总之，温度IC提供产生正比于温度的易读读数方法，虽然便宜，但也受到配置和速度限制。数字输出IC温度传感器的响应速度慢，而模拟输出IC温度传感器的线性度很高。

所有传感器都有特定的优势和劣势。要确保项目取得成功，关键是让传感器功能与应用相匹配。