第1个回答 推荐于2018-04-22
一．温度传感器的概述
温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产过程中一个重要而又普遍的参数。在许多生产过程中，常常需要使物料和设备的运转状态处于某一定的温度范围，因此，温度的测量和控制，对保证产品质量、提高生产效率、节约能源起着非常重要的作用。
自然界的许多物质，其物理特性如长度、电阻、容积、热电势、磁性能、频率和辐射功率等都与温度有关。温度传感器就是通过测量物质的某些物理参数随温度的变化而间接地测量温度的。
温度传感器的种类，如果按测量方法可分为接触式和非接触式测温两大类。接触式是被测对象与测温元件有部分的接触，使两者处于同一温度，即根据测温元件的温度就可知道被测对象的温度；非接触式测温是利用被测对象的辐射充分传到测温元件来测量温度的，由于测温元件与被测对象不接触，因此两者不必是同一温度，只要看到被测对象就可进行测量。
表1-1 给出了工业常用各种常用温度传感器的种类、测温范围及特点。
表1-1. 常用温度传感器的种类、测温范围及特点
测温原理 种类 测温范围（单位 ℃ ） 特点
热阻变换 铜热电阻 铂热电阻 镍热电阻 热敏电阻 -50～+150 -200～+850 -100～+300 -50～+450 精度高能做远距离、多点测量和记录、报警自控不能测得很高温度
热电效应 铂铑10-铂 铂铑30-铂铑6 镍铬-镍硅 铜-康铜 0～+1300（+1600） 300～+1600（1800） 0～+1300 -200～+400 精度高能作远距离、多点测量和记录、报警、自控。测温范围宽。需冷端补偿。
热辐射 辐射温度计 100～2000 非接触测量，测量范围广
压电效应 石英温度计 -80～+250 线性好、精度高，便于数字化
二．电阻式温度传感器
2-1 热电阻式传感器及其结构和测量线路
热电阻传感器主要用于中、低温度（-200℃～+650℃或+850℃）范围的温度测量。常用的工业标准化热电阻有铂热电阻、铜热电阻主要用于高精度的温度测量和标准测温装置，性能非常稳定，测量精度高。但铂是贵金属，价格较贵。如测量精度要求不高，测量温度小于+150℃时，可选用铜热电阻，其价格便宜，易于提纯，复制性好。在测温范围内线性好，但在温度稍高时，易于氧化，只能用于+150℃以下的温度测量，体积较大。适用于对测量精度和敏感元件尺寸要求不是很高的场合。目前铂和铜热电阻都已标准化和系列化，选用较方便。镍热电阻的测温范围为-100℃～+300℃，它的电阻温度系数较大，电阻率也较大，但它易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，非线性较大，因此，目前应用不多 。
热电阻传感器一般由测温元件（电阻体）、保护管和接线盒三部分组成，如上图中所示。热铜电阻的感温元件通常用0.1mm的漆包线或丝包线采用双线并绕在塑料圆柱形骨架上，线外再用浸入酚醛树脂起保护作用。铂热电阻的感温元件一般用0.03mm～0.07mm的铂丝绕在云母绝缘片上，云母片边缘有锯齿缺口，铂丝绕在齿缝内以防短路。绕组的两面再盖以云母片绝缘.
热电阻式传感器的测量线路一般使用电桥。在工业测量中，热电阻与测量仪表或放大器的接线采用两线制或三线制两种方式。
2-2 热敏电阻传感器
热敏电阻主要用于点温度、小温差差的测量，远距离、多点测量与控制，温度补偿和电路的自动调节等。测温范围为-50℃～+450℃。与其他温度传感器相比，热敏电阻温度系数大、灵敏度高、响应迅速、测量线路简单，有些不用放大器就能输出几伏的电压。体积小、寿命长、价格便宜，由于本身电阻值大，因此可以不考虑引线长度带来的误差，适于远距离的测量和控制。而对耐湿、耐酸、耐碱、耐热冲击、耐震动场合，可靠性较高。它的缺点是非线性较大，在电路上要进行线性补偿，互换性较差。
热敏电阻的温度系数有正有负，大致可分为NTC，PTC，CTR三种。NTC是一种具有负温度系数的热敏电阻，PTC是正温度系数的热敏电阻，CTR是临界温度热敏电阻，其实CTR也是一种负温度系数的热敏电阻，但与NTC不同的是，在一定的温度范围内，电阻发生急剧变化。
NTC热敏电阻主要用于温度测量和补偿，PTC 热敏电阻即可用于作温度传感元件也可作恒温发热元件，电路自动调节元件等。PTC突变型热敏电阻主要用于温度开关，PTC缓变型热敏电阻主要用于较宽的范围内温度补偿或温度测量。
CTR热敏电阻主要用于温度开关。
热敏电阻的形状多种多样，有
圆片状，圆柱状，球状等等。如图所示：
热敏电阻一般不适用高精度温度测量和控制，但在小范围内，可获得很高的精度。它非常适用家用电器，复印机，电子体温计，点温度计，表面温度计，汽车等产品中作测温控制和加热元件。
三．热电偶温度传感器
热电偶是目前工业测温中广泛使用的一种温度传感器。与其他测温传感器相比，它的优点是：测温广，准确度高，结构简单，便于维修。
1．热电偶的工作原理和结构
热电偶的工作原理是：把两种不同的导体A和B组成如图所示的闭合回路，如果两点的温度不同则在回路中就会产生热电动势，这个现 象称为热电效应。
热电偶的种类繁多，其结构和外形也不同，但其基本
组成大致相同，工业用普通
热电偶一般由热电极、保护套、接线盒和绝缘管组成。
绝缘管是为防止两根热电极之间短路而设计的，有圆型、椭圆型、。
保护套的作用是为防止热电偶腐蚀、避免火焰和气流直接冲击以及提高热电偶的强度。
接线盒是提供热点偶和补偿导线连接用的，他的出线孔和盖子都用垫圈加以密封，以防止污物落入而影响接线的可靠性。
四．一体化温度变送器
1．引言
一体化温度变送器是现场安装式温度变送单元。它由热电偶、热电阻与温度变送器电路模块组成，采用二线制方式（即一对导线既是供电电线，又是信号传输线），带有非线性校正电路，可测量工业过程中-200~1800范围内的各种介质的温度，将温度信号转换成与温度信号成线性的4~20mADC电流输出信号，送显示、记录仪表，和工作人员进行集散控制。
2．原理和结构
变送器电路模块由放大单元、线性校正单元、电压/电流转换、自校正电路、电压调整单元和反向保护电路等组成，对以热电偶为测温元件的变送器还包括有冷端补偿器，以热电阻为测温元件的还包括R/V变换单元。电压调整电路将输入电压经稳压后给各部分供电，感温元件（热电偶、热电阻）传出的信号经过放大，由线性化器对信号与温度的非线性关系进行精确补偿，处理后的信号经V/I变换成4~20mADC电流输出。其原理框图如下：
3．性能和特点
1在现场将温度传感器的“弱”信号变为“强”电流/电压信号，从而传输的可靠性好，抗无线射频/电磁干扰能力强；
2可按实际应用设定量程，从而比宽量程的温度卡件精度高 ；
3输出信号为标准的电流/电压信号，便于整个系统的标准化；
4不需要专用导线与单独线槽，采用二进制传输方式，电源与信号共用一对电缆，这给仪表布线、鼓掌查找带来极大方便，并可节省费用；
5不需要补偿导线，不要求引线电阻平衡，消除误差来源，从而提高了测量精度；
6与温度传感器接线盒安装为一体，应用灵活，并可在现场带表头指示温度。
五．超导温度传感器
1．引言
在许多的低温技术和低温物理的研究中,均涉及到微小温度变化的测量,如何精确地测量出这些温度变化是低温测量研究领域中的一个重大课题.常规的测量方式,如,热电偶,热电阻等在特殊的应用场合中均有一定的局限性.热电偶的稳定性较差,灵敏度和测量精度仅在mK左右,而热电阻的稳定性虽然较好,但其时间常数较大,不能应用在一些瞬态测量的场合下.而在低温工程和低温物理的研究中,常常会碰到测量精度要求较高和时间响应小的场合,此时,即对温度传感器有一些特殊的要求.基于以上的原因,在此介绍了两种特殊的温度传感器:超导温度传感器它的测量精度可到μK数量级,其时间常数可到μs数量级的范围内.
2．超导温度传感器的结构
超导温度传感器的测量部分是直径为40μm的石英丝,先将其用超声波清洗机清洗干净,再将石英丝切割成1.5mm到2mm大小的小段,并保持石英丝表面的清洁,先后在真空镀膜机中,在石英丝的外表面上进行真空镀膜上金(20nm)和锡(100nm),金与锡形成了一种超导材料,通过调节金与锡的厚度和通过测量部分的电流可以使得温度传感器的特性曲线在使用范围内近似线性变化.其外形结构如图： 近年来,随着低温物理实验技术的发展,加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)物理系低温物理实验室的科学家发明了一种高精度的温度传感器(HRT)[2],分辨率达到10-10至10-11的范围之间.其工作原理如下:所测量部件的温度变化使顺磁盐的磁化率发生变化,顺磁盐在磁场中的磁化程度发生变化,结果导致了超导线圈中的电流发生变化.由于顺磁盐被紧压方置在超导铌管中,并且其质量很小(<7g),故能保证其温度均匀.由于超导线圈是通过相互缠绕的引线与一个SQUID相连,所以超导线圈中电流的微小变化都会被高灵敏度的SQUID所测量到.由此就可以测量出被测量部件的温度变化。
3．超导温度传感器的标定
由于在本实验中,采用的是静态的标定方法,在实验中,随着真空泵的运转,氦浴的温度下降,超导温度传感器的输出发生变化,此时,将超导温度传感器的输出放大100倍,然后记录下其数值,即得到其标定曲线,
4．应用举例
超流氦中的热波是发生在超流氦中的瞬态过程 ,其传播速度约为 2 0m/s，并且 其温升的幅度不大一般在 1 0 0mK以下 .这样 ,既要求温度传感器具有较好的精度 ,还必须具有较小的时间常数。所以用超导传感器来测量就比较合适。
从上图可看出使用超导温度传感器测量具有良好的波行。
六．结论
随着科技的进步与发展，温度传感器作为机电设备、仪器仪表的“感官”器件，广泛应用于国民经济各领域及人们的日常生活中，目前，温度传感器的发展趋势是进一步提高精度，减小体积，增加功能，非接触式温度传感器的应用呈明显增加趋势，在电子产品的应用中要求进一步提高响应速度，在结构上要求薄型化、小型化，为达到上述目的，在结构上正在探索和试验多层结构，在材料的使用上正在试验各种有机材料和记忆类合金。本回答被网友采纳