在各種各樣的測量技術(shù)中，溫度的測量可能是zui為常見(jiàn)的一種，因為任何的應用領(lǐng)域，掌握溫度的確切數值，了解溫度與實(shí)際狀態(tài)之間的差異等，都具有極為重要的意義。就以測量為例，在力的測量，壓力，流量，位置及電平高低等測量的過(guò)程中，為了提高測量精度，通常都會(huì )要求對溫度進(jìn)行監視，如壓力或力的測量，往往是使用惠斯登電阻電橋，但組成電橋的電阻隨溫度變化引起的誤差，往往會(huì )大大超過(guò)待測力引起的電阻值變化，如不對溫度進(jìn)行監控并據此校正測量結果，則測量完全不可能進(jìn)行或者毫無(wú)效果。其他參數測量也有類(lèi)似問(wèn)題，可以說(shuō)，各種的物理量都是溫度的函數，要得到的測定結果，必須針對溫度的變化，作出的校正。本文就是幫助讀者針對特定的用途，選擇zui為合適的溫度傳感器，并進(jìn)行的溫度測量。
工業(yè)上常用的溫度傳感器有四類(lèi)：即熱電偶、熱電阻RTD、熱敏電阻及集成電路溫度傳感器；每一類(lèi)溫度傳感器有自己獨特的溫度測量范圍，有自己適用的溫度環(huán)境；沒(méi)有一種溫度傳感器可以通用于所有的用途：熱電偶的可測溫度范圍zui寬，而熱電阻的測量線(xiàn)性度zui優(yōu)，熱敏電阻的測量精度zui高。表1是四類(lèi)傳感器的各自獨特的性能特性及相互比較。表2是四類(lèi)傳感器的典型應用領(lǐng)域。
熱電偶--通用而經(jīng)濟
熱電偶由二根不同的金屬線(xiàn)材，將它們一端焊接在一起構成，如圖1所示；參考端溫度（也稱(chēng)冷補償端）用來(lái)消除鐵-銅相聯(lián)及康銅-銅聯(lián)接端所貢獻的誤差；而兩種不同金屬的焊接端放置于需要測量溫度的目標上。
兩種材料這樣聯(lián)接后會(huì )在未焊接的一端產(chǎn)生一個(gè)電壓，電壓數值是所有聯(lián)接端溫度的函數，熱電偶無(wú)需電壓或電流激勵。實(shí)際應用時(shí)，如果試圖提供電壓或電流激勵反而會(huì )將誤差引進(jìn)系統。
鑒于熱電偶的電壓產(chǎn)生于兩種不同線(xiàn)材的開(kāi)路端，其與外界的接口似乎可通過(guò)直接測量?jì)蓪Ь€(xiàn)之間的電壓實(shí)現；如果熱電偶的的兩端頭不是聯(lián)接至另外金屬，通常是銅，那末事情真會(huì )簡(jiǎn)單至此。
但熱電偶需與另外一種金屬聯(lián)接這一事實(shí)，實(shí)際上又建立了新的一對熱電偶，在系統中引入了極大的誤差，消除此誤差的*辦法是檢測參考端的溫度（參見(jiàn)圖1），以硬件或硬件-軟件相結合的方式將這一聯(lián)接所貢獻的誤差減掉，純硬件消除技術(shù)由于線(xiàn)性化校正的因素，比軟件-硬件相結合技術(shù)受限制更大。一般情況下，參考端溫度的檢測用熱電阻RTD，熱敏電阻或是集成電路溫度傳感器進(jìn)行。原則上說(shuō)，熱電偶可由任意的兩種不同金屬構建而成，但在實(shí)踐中，構成熱電偶的兩種金屬組合已經(jīng)標準化，因為標準組合的線(xiàn)性度及所產(chǎn)生的電壓與溫度的關(guān)系更趨理想。
表3與圖2是常用的熱電偶E,J,T,K,N,S,BR的特性。
熱電偶是一種高度非線(xiàn)性器件，需作大力線(xiàn)性化算法處置。表3的西貝克系數是某種熱電偶在規定溫度下的平均飄移。
熱電偶交貨時(shí)，其性能由制造商按NIST175標準保證（此標準已被ASTM采納），標準規定了熱電偶的溫度特性以及所用原材料的品質(zhì)。與熱電阻RTD，熱敏電阻及集成電路硅傳感器相比，熱電偶的非線(xiàn)性極其嚴重，因此，在電路部分，必須進(jìn)行復雜的算法處理，表4所示是復雜算法的一個(gè)實(shí)例，這是K型熱電偶的溫度系數，可將其在0度至1372度范圍內予以線(xiàn)性化，這些系數應用于以下方程：
式中：V是熱電偶兩端的電壓；
T是溫度
另一種這些復雜計算方法的應用是在處理程序中制作一張對照表，這樣一張表4所列的K型熱電偶的系數計算對照表是一組11X14陣列的十進(jìn)制數，范圍為0.000-13.820;
除此之外，熱電偶由于與參考溫度之間有一定的函數關(guān)系，它能確定溫度的數值，（參考溫度定義為熱電偶導線(xiàn)相對其焊接端的遠端端頭溫度，通常用熱電阻RTD，熱敏電阻或硅集成電路傳感器測定）。
與熱電阻RTD，熱敏電阻相比，熱電偶的熱質(zhì)量較小，因此其響應速度較快。這種溫度傳感器由于其寬廣的溫度檢測范圍，在一些惡劣環(huán)境下幾乎成為*的選擇。
熱電偶誤差分析
熱電偶比較其他溫度傳感器的成本低，結構強度大，體積??；但材料所受的任何應力，如彎曲，拉伸，壓縮均可改變熱梯度特性；此外，腐蝕介質(zhì)可穿透其絕緣外皮，引起其熱力學(xué)特性的改變，給熱電偶加一保護性管殼，如陶瓷管以作高溫保護是可行的，金屬熱阱也可提供機械保護。熱電偶電壓沿兩種不同金屬的長(cháng)度方向上存在電壓降，但這并不意味著(zhù)長(cháng)度較短的熱電偶與長(cháng)度較大的熱電偶相比，肯定會(huì )有不同的西貝克系數。
線(xiàn)材長(cháng)度短，當然會(huì )使溫度梯度陡峻，但從導電效應來(lái)看，線(xiàn)材長(cháng)度較大的熱電偶卻有它自己的優(yōu)點(diǎn)，這時(shí)溫度梯度是會(huì )小些，但導電損失也減??；但從長(cháng)導線(xiàn)的負面效應來(lái)看，長(cháng)線(xiàn)材熱電偶的輸出電壓小，增加了后續信號調理電路的負擔。
除了輸出信號小之外，器件的線(xiàn)性度差需要大額度的校準，通常是以硬件與軟件實(shí)現，如以硬件實(shí)現，需要一溫度參考用作為冷端參考，如以軟件實(shí)現，則以對照表或多項式計算以減小熱電偶誤差。zui后，電磁干擾會(huì )耦合進(jìn)這雙線(xiàn)系統；小線(xiàn)規線(xiàn)材可用作高溫檢測，壽命也會(huì )長(cháng)些，但如果靈敏度成為zui重要因素，則大線(xiàn)規線(xiàn)材的測量性能好些。
總起來(lái)講，熱電偶由于可測溫度范圍大，機械強度高，及價(jià)格低，成為溫度測量的常選。高精度系統要求的線(xiàn)性度及準確度，要實(shí)現并不容易。如果精度要求更高，則應選擇其他的溫度傳感器。
熱電阻RTD--熱電偶的替代器件
熱電阻測溫元件的技術(shù)在持續不斷地改進(jìn)，溫度測量的質(zhì)量在不斷提高，但要真正實(shí)現高質(zhì)量、高精度的溫度測量系統，熱電阻的器件選擇仍然極為重要。熱電阻系一電阻性的元件，由金屬制成，如鉑，鎳，銅等，所選金屬必須具有可以預測的電阻值隨溫度變化的特性，其物理性能要易于加工制造，電阻溫度系數必須足夠大，使其電阻隨溫度的改變易于準確測量。其他的溫度檢測器件，如熱電偶，并不能讓設計人員有一種相當線(xiàn)性的電阻隨溫度變化特性，而熱電阻這種線(xiàn)性度極好的電阻溫度特性，大大簡(jiǎn)化了信號處理電路的設計制作。圖5所示系熱電阻的溫度電阻特性，其中又以鉑電阻在三種金屬中具有zui為、可靠的溫度電阻特性。
因此，鉑電阻zui適于需要zui高的精度及重復性使用場(chǎng)合，它對環(huán)境的敏感度極低，與此相比，銅電阻則易產(chǎn)生腐蝕，長(cháng)期穩定性差，而鎳電阻雖然環(huán)境寬容度好，但適用溫度范圍較窄。
鉑電阻的對溫度響應的線(xiàn)性度好，化學(xué)惰性，容易加工制作直徑較細的線(xiàn)材或是厚度小的箔材，鉑的電阻率高于其他的熱電阻材料，在電阻值相同的情況要求用材少，適于對成本考慮較強，對熱響應講究的場(chǎng)合。
鉑電阻的熱響應速度影響測量時(shí)間，它還取決于電阻的殼體及本身的尺寸情況，元件本身的尺寸小，外殼尺寸也可做得小些，一般地說(shuō)，鉑熱電阻的響應速度要比以半導體制作的溫度傳感器響應快。
熱電阻在攝氏零度的電阻數值范圍很大，可以由用戶(hù)規定，如鉑電阻的標準電阻為100歐，但也有50,100,200,5001000or2000?等阻值。
大致的要點(diǎn)：
1．溫度傳感器概述：應用領(lǐng)域，重要性；
2．四種主要的溫度傳感器類(lèi)型的橫向比較
3．熱電偶傳感器
4．熱電阻傳感器
5．熱敏電阻傳感器
6．集成電路溫度傳感器以及典型產(chǎn)品舉例
7．溫度傳感器的正確選擇及應用
；景向前
