【嵌入式】全面解析温度传感器：PT1000、热电偶、热敏电阻与红外传感器的原理与应用

在不同应用场景中，温度传感器扮演着至关重要的角色。常见的温度传感器类型包括 PT1000、热电偶、热敏电阻和红外传感器，它们各自的原理和应用场合不同，选择合适的传感器有助于更准确地监测和控制温度。本文将详细讲解这几种传感器的工作原理，并通过公式分析说明它们的使用方法。

1. PT1000 温度传感器

1.1 工作原理

PT1000 是一种基于铂电阻的温度传感器，0°C 时的电阻值为 1000 欧姆。温度与电阻之间的关系符合以下公式：

• 当 ( $t\ge 0$ ) 时：

  $$R_t=R_0\times (1+A\cdot t+B\cdot t^2)$$

• 当 ( $t<0$ ) 时：

  $$R_t=R_0\times (1+A\cdot t+B\cdot t^2+C\cdot (t-100)\cdot t^3)$$

  其中：

  • ( $R_t$ ) 是温度 ( t ) 下的电阻值。
  • ( $R_0$ ) 是参考电阻值（0°C 时为 1000 欧姆）。
  • ( $A=3.9083\times 10^{-3}$ )：铂的温度系数。
  • ( $B=-5.775\times 10^{-7}$ )：二次项系数。
  • ( $C=-4.183\times 10^{-12}$ )：三次项系数（低温校正系数）。
  • ( $t$ ) 是摄氏温度（°C）。

1.2 应用场合

PT1000 适用于工业控制、科研实验及医疗设备，通常用于要求精度高且环境温度稳定的测量场景。

2. 热电偶温度传感器

2.1 工作原理

热电偶由两种不同金属材料构成。当金属接点处于不同温度时，会产生与温度差成正比的电动势（电压），称为热电势。热电偶的温度与产生的热电势之间关系可近似用下列公式表示：

$$V=a\cdot t+b\cdot t^2$$

其中：

• ( $V$ ) 是热电势（单位：微伏，μV）。
• ( $t$ ) 是温差（单位：°C）。
• ( $a$ ) 和 ( $b$ ) 是根据材料特性确定的常数，例如，K 型热电偶中 ( $a=39.28$ )、( $b=-0.1184$ )。

2.2 应用场合

热电偶广泛用于冶金、锅炉及发动机监测等高温及动态温控场合，适合测量温度变化剧烈的环境。

3. 热敏电阻温度传感器

3.1 工作原理

热敏电阻的电阻值随温度的变化呈现显著变化。对于负温度系数（NTC）热敏电阻，其电阻值与温度的关系可以通过以下公式表示：

$$R_t=R_0\cdot e^{\frac{B}{T}-\frac{B}{T_0}}$$

其中：

• ( $R_t$ ) 是温度 ( $T$ ) 下的电阻值。
• ( $R_0$ ) 是参考温度 ( $T_0$ ) 下的电阻值（通常为 25°C 下测量的电阻）。
• ( $T$ ) 是热敏电阻当前的绝对温度（单位：K）。
• ( $T_0$ ) 是参考温度（通常为 298.15 K，即 25°C）。
• ( $B$ ) 是热敏电阻的材料常数，通常在 2000~4500 K 范围内。

3.2 应用场合

热敏电阻适合用于环境温度监测、家用电器和电池保护等场合，尤其适合在 25~85°C 温区。

4. 红外温度传感器

4.1 工作原理

红外温度传感器基于物体辐射的红外能量随温度的升高而增强。通过测量红外辐射，传感器可以计算物体温度，符合 Stefan-Boltzmann 定律：

$$P=\sigma \cdot \epsilon \cdot A\cdot T^4$$

其中：

• ( $P$ ) 是辐射能量（单位：瓦特，W）。
• ( $\sigma$ ) 是 Stefan-Boltzmann 常数（( $5.670\times 10^{-8}W/(m^2\cdot K^4)$ )）。
• ( $\epsilon$ ) 是物体表面的发射率，通常在 0 到 1 之间，取决于物体材质。
• ( $A$ ) 是物体表面积（单位：平方米，m²）。
• ( $T$ ) 是物体的绝对温度（单位：K）。

4.2 应用场合

红外温度传感器适用于需要非接触测温的场合，例如钢铁、玻璃等高温行业的监测以及人体测温仪。

5. 各种温度传感器的对比总结

参数	PT1000	热电偶	热敏电阻	红外温度传感器
温度范围	-200~850°C	-200~1800°C	-50~250°C	500~3000°C
精度	高	中等	低	中等
响应速度	中等	快	慢	快
适用环境	稳定环境	高温、动态测量	日常温控	高温非接触测量
线性	较好	较差	较差	较好
成本	高	中等	低	高

6. 各类温度传感器的常见型号分类

为了便于用户在应用中进行选择，以下列举了每种温度传感器的常见型号及其特点。

6.1 PT1000 温度传感器的常见型号

型号	特点与应用	温度范围	精度
PT1000-A	高精度、适用于工业控制	-200~850°C	±0.15°C
PT1000-B	中等精度、经济型	-200~850°C	±0.3°C
PT1000-EX	防爆型、适合危险环境	-200~600°C	±0.25°C
PT1000-SMD	表面贴装型、适合小型电路集成	-50~150°C	±0.5°C
PT1000-LT	低温版、适用于低温应用	-270~150°C	±0.2°C

6.2 热电偶温度传感器的常见型号

型号	特点与应用	温度范围	精度
K 型（镍铬-镍硅）	常用型号、耐高温、适用于多种环境	-200~1372°C	±1.5°C
J 型（铁-铜镍）	适用于低温、中温工业场合	-210~1200°C	±2°C
T 型（铜-铜镍）	高灵敏度、适合低温应用	-200~400°C	±0.5°C
E 型（镍铬-铜镍）	精度高、适用于实验室和科研	-200~1000°C	±1°C
R 型（铂铑-铂）	超高温测量、常用于冶金工业	0~1768°C	±1.5°C
S 型（铂铑-铂）	稳定性好、适合长期高温测量	0~1600°C	±1.5°C

6.3 热敏电阻温度传感器的常见型号

型号	特点与应用	温度范围	精度
NTC 10K	负温度系数、常用于环境和电子设备监测	-40~125°C	±1°C
NTC 100K	高阻抗、适合低功耗设备	-40~125°C	±1.5°C
PTC 1K	正温度系数、适用于过热保护	-50~200°C	±2°C
PTC 100	低阻抗、适合高温和快速响应场景	-40~150°C	±1°C
NTC 47K	宽温度范围、适合工业和医疗设备	-50~250°C	±0.5°C

6.4 红外温度传感器的常见型号

型号	特点与应用	温度范围	精度
MLX90614	非接触测量、适用于人体和物体测温	-70~380°C	±0.5°C
TMP007	超低功耗、适合便携式设备	-40~125°C	±1°C
GY-906	多功能型、适用于工业与医疗设备	-40~380°C	±0.5°C
IR-PYRO-550	高精度、适用于高温和恶劣环境测温	-20~1000°C	±0.2°C
D6T-44L-06	高灵敏度、适用于智能家居温控	-40~80°C	±1°C

在不同应用场景中选择合适的温度传感器至关重要。PT1000 适合高精度、稳定性要求高的场合；热电偶适合高温和动态温控；热敏电阻适合家用电器和电池温控；红外传感器则适合高温或非接触测量。了解不同温度传感器的优缺点和适用场合有助于更好地满足测温需求。

7. 结束语

1. 本节内容已经全部介绍完毕，希望通过这篇文章，大家对温度传感器有了更深入的理解和认识。
2. 感谢各位的阅读和支持，如果觉得这篇文章对你有帮助，请不要吝惜你的点赞和评论，这对我们非常重要。再次感谢大家的关注和支持！点我关注❤️