温度传感器的结构和类型

一、温度传感器的结构

温度传感器，作为一种能够感受温度并将其转换为可用输出信号的传感器，是现代测量与控制技术中不可或缺的一部分。它广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天、消费电子等多个领域，为温度监测与控制提供了精确、可靠的解决方案。温度传感器以其多样化的类型、高精度、快速响应和稳定性等特点，成为温度测量领域的核心元件。

温度传感器的结构因其类型不同而有所差异，但一般而言，它们都由感温元件、转换元件和信号处理电路等部分组成。

1. 感温元件
   • 感温元件是温度传感器的核心部分，它直接与被测对象接触或感受其辐射热量，从而感知温度的变化。不同类型的温度传感器采用不同的感温元件，如热电偶丝、热电阻体、热敏电阻片等。
2. 转换元件
   • 转换元件负责将感温元件感知到的温度变化转换为可测量的电信号。对于热电偶温度传感器来说，转换元件通常是测量热电势的电路；对于热电阻和热敏电阻温度传感器来说，转换元件则是测量电阻值变化的电路；对于晶体管温度传感器来说，转换元件则是利用晶体管电压-电流特性进行信号转换的电路。
3. 信号处理电路
   • 信号处理电路用于对转换元件输出的电信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高测量的精度和稳定性。同时，信号处理电路还可以将模拟信号转换为数字信号，以便于与计算机或其他数字设备进行通信和显示。
4. **外壳与封装
   • 温度传感器的外壳不仅起到保护内部元件的作用，还影响传感器的响应速度和稳定性。常见的外壳材料包括不锈钢、陶瓷和塑料等。封装方式则根据传感器的类型和应用场景进行选择，以确保传感器的耐用性和准确性。
5. 引线或连接器
   • 温度传感器通过引线或连接器与外部电路连接，传输测量到的温度信号。引线的材质和规格会影响信号的传输质量，因此需要根据应用场景进行选择。
6. 辅助元件
   • 某些温度传感器还包含辅助元件，如冷端补偿电路、滤波电路和线性化电路等。这些元件用于提高传感器的测量精度和稳定性，确保输出信号能够准确反映被测温度。

二、温度传感器的类型

温度传感器种类繁多，按照不同的分类标准可以划分为多种类型。以下是一些常见的分类方式及其对应的温度传感器类型：

1. 按测量方式分类
   • 接触式温度传感器 ：如热电偶、热电阻等，其感温元件需要与被测对象直接接触以感知温度。
   • 非接触式温度传感器 ：如红外温度传感器等，其感温元件通过接收被测对象辐射的红外线来感知温度，无需与被测对象直接接触。
2. 按材料分类
   • 金属温度传感器 ：如铂电阻、铜电阻等，利用金属材料的电阻值随温度变化的特性来测量温度。
   • 半导体温度传感器 ：如热敏电阻、晶体管温度传感器等，利用半导体材料的电阻值或电压-电流特性随温度变化的特性来测量温度。3. 按工作原理分类 ：
   • 热电偶温度传感器 ：利用热电效应测量温度，具有测量范围广、精度高等优点。
   • 热电阻温度传感器 ：利用电阻值随温度变化的特性测量温度，适用于需要高精度测量的场合。
   • 热敏电阻温度传感器 ：利用半导体材料的电阻值随温度变化的特性测量温度，具有响应速度快的特点。
   • 晶体管温度传感器 ：利用晶体管的电压-电流特性测量温度，通常具有较高的精度和稳定性。
   • 红外线温度传感器 ：通过测量物体辐射的红外线能量来计算温度，适用于非接触式测量。
3. 按应用领域分类 ：
   • 工业用温度传感器 ：如热电偶、热电阻等，广泛应用于工业生产过程中的温度监测与控制。
   • 医疗用温度传感器 ：如体温计、医疗设备等中的温度传感器，用于测量人体温度或医疗设备的工作温度。
   • 消费电子用温度传感器 ：如智能手机、智能家居设备等中的温度传感器，用于监测环境温度或设备的工作状态。

三、温度传感器的应用与发展

温度传感器在现代科技中发挥着至关重要的作用，其应用领域广泛且不断扩展。以下是一些典型的应用场景和发展趋势：

1. 工业领域 ：
   • 在工业生产过程中，温度传感器用于监测和控制各种设备的温度，确保生产过程的稳定性和产品质量。例如，在化工、冶金、电力等行业中，温度传感器被广泛应用于锅炉、反应釜、烘箱等设备的温度监测与控制。
2. 农业领域 ：
   • 温度传感器在农业中的应用也越来越广泛。通过监测作物生长环境的温度，可以为农业生产提供科学依据，优化作物生长条件，提高产量和品质。例如，在温室大棚中安装温度传感器，可以实时监测室内温度，并根据需要调整温室环境，以满足作物的生长需求。
3. 医疗领域 ：
   • 在医疗领域，温度传感器被广泛应用于体温计、医疗设备等中。通过测量人体温度，可以及时发现体温异常，为疾病的诊断和治疗提供依据。此外，在医疗设备的温度监测与控制中，温度传感器也发挥着重要作用，确保医疗设备在适宜的温度下运行，保障患者的安全。
4. 消费电子领域 ：
   • 随着智能手机和智能家居设备的普及，温度传感器在消费电子领域的应用也越来越广泛。例如，智能手机中的温度传感器可以监测环境温度，并根据需要调整手机的性能表现；智能家居设备中的温度传感器则可以实时监测室内温度，并根据用户的设定自动调节空调、暖气等设备的工作状态。
5. 发展趋势 ：
   • 随着科技的不断发展，温度传感器将朝着更高精度、更快响应速度、更小体积和更低功耗的方向发展。同时，随着物联网技术的普及和应用场景的不断扩展，温度传感器将更多地融入各种智能设备和系统中，实现更加智能化和便捷化的温度监测与控制。例如，在智能制造、智慧城市等领域中，温度传感器将发挥更加重要的作用，为各种智能化设备和系统提供精确的温度数据支持。

四、带 Arduino 的温度传感器 LM35

为了找到温度，我们有多种选择，但首选是 LM 35 温度传感 IC。将温度传感器 LM35与 Arduino连接的过程非常简单，不需要外部接口组件。 LM35 能够以 ±5% 的精度感应 -55 °C 至 150 °C 之间的温度。它可以轻松地与Arduino板连接。

Texas Instruments 的 LM35 是一款精密集成电路温度传感器，以其准确性和易用性而闻名。这些器件生成与摄氏度温度成线性比例的输出电压，从而无需通常与以开尔文校准的传感器相关的复杂转换和恒定电压减法。 LM35 的主要优势之一在于其用户友好的设计。与以开尔文校准的传感器不同，LM35 不需要从输出中减去恒定电压以方便进行摄氏度缩放。这种简单性简化了集成过程，使其非常用户友好。

该 LM35 传感器无需任何外部元件或信号调理电路即可工作。该传感器在室温下提供 ± 1/4°C 的典型精度，在 -55°C 至 150°C 的宽温度范围内提供 ± 3/4°C 的典型精度。 LM35 和温度传感器系列有不同类型的封装。

带 Arduino 连接的温度传感器 LM35

带Arduino电路的温度传感器LM35

带 Arduino 的温度传感器 LM35

温度传感器 LM35 Arduino 接口

这里我们给出了arduino的基本接口电路和草图代码来显示arduino串口中的传感器读数。在arduino板上，LM 35的输出端子连接到A0，即模拟输入引脚。 arduino 板上的 +Vcc 和 Gnd 可以作为偏置电源提供给温度传感器。

我们知道 LM35 传感器提供与感测到的温度成比例的模拟电压。为了将该模拟电压作为 Arduino 板的输入，我们使用模拟输入引脚 A0，通过使用 AnalogRead() 读取该模拟电压，您将获得 0 到 1023 之间的值。0 到 1023 之间的模拟值被转换为温度使用 LM35 数据表中提供的公式以摄氏度为单位。然后，进一步转换为华氏度。

float mv = ( val/1023.0)*5000;
float cel = mv/10;
float farh = (cel*9)/5 + 32;

最终输出温度值被发送到串行监视器，以便通过串行打印命令查看。您可以通过在 Arduino IDE 中打开 Serial Monitor 查看结果。编译并上传以下代码，您必须在串行监视器中看到温度变化。您可以根据温度范围条件将输出扩展到LED或 LCD 或自动化任何输出执行器

带 Arduino 代码的温度传感器 LM35

/*
 * Temperature Sensor LM35 with Arduino
 * Source: www.theorycircuit.com
 */
int val;
int tempPin = 1;
void setup()
{

Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
val = analogRead(tempPin);

float mv = ( val/1023.0)*5000;
float cel = mv/10;
float farh = (cel*9)/5 + 32;
Serial.print("TEMPRATURE = ");
Serial.print(cel);
Serial.print("*C");
Serial.println();
delay(1000);
/* uncomment this to get temperature in farenhite
Serial.print("TEMPRATURE = ");
Serial.print(farh);
Serial.print("*F");
Serial.println();
*/
}