1）温度传感器的分类

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式（热电阻、热敏电阻、热电偶、集成温度传感器）和非接触式（光学高温计、辐射温度计、红外温度传感器、光纤温度传感器）两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。本节重点介绍热电偶、热电阻和热成像仪。

2）热电偶

（1）工作原理

两种不同材料的导体A和B组成闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生热电势及热电流，这种物理现象称为热电效应或塞贝克效应（见图10-3）。

图10-3　塞贝克效应示意图

两种不同材料的导体组成的回路称为热电偶。热电偶将温度转换为热电势，通过测定热电势，可以确定被测物体的温度。

热电效应产生的热电势用EAB（T，T0）表示，是由接触电势（珀耳帖Peltier效应）和温差电势（汤姆逊Thomson效应）两部分组成。

图10-4　接触电动势和温差电动势

根据图10-4可知，热电偶回路中热电动势的计算公式如下：

在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可以忽略不计。对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB（T0）为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系。实际应用中，热电势与温度的关系是通过热电偶分度表来确定的。分度表是在参考端温度为0℃时，通过实验建立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。

（2）分度

常用的热电偶可分为标注热电偶和非标准热电偶两大类。标准化热电偶是指工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换，精度有一定的保证。国际电工委员会（IEC）共推荐了8种标准化热电偶（见表10-1），其优缺点见表10-2。

表10-1　标准化热电偶技术数据

表10-2　标准化热电偶的特性

（续表）

其中，S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。

非标热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，主要用于某些特殊场合的温度测量。

（3）热电偶使用方法

①根据热电偶中间导体定律，在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要这根导体的两端温度相同，不会影响回路的总热电势。因此，利用热电偶进行测温，在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势（见图10-5）。

图10-5　热电偶的连接方法

②热电偶的正负极不能够接反。(www.daowen.com)

③热电偶可以通过瞬干胶或锡箔固定在被测物体上。

④一般通过数据采集系统将热电势转换为温度，常使用的数据采集系统有Agilent 34970A，Yokogawa GP10／GP20，Toprie TP700等（见图10-6）。

3）金属热电阻温度传感器

（1）工作原理

金属（包括合金）导体或金属氧化物半导体的电阻值随温度变化而改变（见表10-3），通过对其阻值的测量可以推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器。

图10-6　常用数据采集系统

表10-3　几种常用金属热电阻材料参数

从表10-3可以看出，铂和铜的性质满足电阻温度传感器的要求，因此也是常用热阻温度传感器。

①铂热电阻，主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。铂热电阻是目前测温复现性最好的一种温度计。铂电阻的精度与铂的提纯程度有关。定义百度电阻比W（100）＝R100／R0，R0是0℃时金属导体的电阻。金属导体纯度越高，电阻比越大。国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，其W（100）≥1.392 5。R0分为50Ω和100Ω两种，分度号分别为Pt50和Pt100。

铂热电阻结构示意图如图10-7所示。

图10-7　铂电阻结构示意图

②铜热电阻，其测量精度要求不高且温度较低的场合。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。目前国标规定的铜热电阻R0＝50Ω和100Ω两种。两种热电阻的性能比较见表10-4。

表10-4　铂热电阻和铜热电阻性能比较

（续表）

铜热电阻结构示意图如图10-8所示。

图10-8　铜热电阻结构示意图

（2）使用方法

热电阻一般使用惠更斯电桥电路，常采用两线制、三线制和四线制连接（见图10-9）。

图10-9　金属热阻传感器几种电路连接方式

为了消除热电阻测温电路中电阻体内导线以及连线引起的误差，热电阻体采用四线连接方式。