1、温度传感器概述
1.1 温度传感器分类
温度传感器是工业自动化、消费电子及科研实验中最重要的传感元件之一。根据工作原理与输出信号类型，主要分为以下四大类：
| 分类 | 典型代表 | 测温范围 | 精度等级 | 主要特点 |
|---|---|---|---|---|
| 热电偶 | K型、T型、J型 | -200°C ~ 1800°C | ±0.5°C ~ ±2°C | 耐高温、响应快、无需外部激励 |
| RTD（电阻温度检测器） | Pt100、Pt1000 | -200°C ~ 850°C | ±0.1°C ~ ±0.5°C | 线性度好、稳定性高、需恒流源激励 |
| 热敏电阻 | NTC、PTC | -50°C ~ 300°C | ±0.1°C ~ ±1°C | 灵敏度极高、体积小、响应快 |
| IC温度传感器 | LM35、DS18B20、TMP117 | -55°C ~ 150°C | ±0.1°C ~ ±1°C | 数字输出、集成度高、易与MCU接口 |
1.2 工作原理简介
热电偶
基于塞贝克效应：两种不同金属导体两端连接形成回路，当两个接点处于不同温度时，回路中产生热电动势（EMF）。热端（测量端）与冷端（参考端）的温差越大，输出电压越高。
RTD（电阻温度检测器）
利用金属（如铂、铜、镍）的电阻值随温度升高而增大的特性。铂电阻（Pt100）在0°C时电阻为100Ω，温度系数约为0.385Ω/°C。采用四线制或三线制接法可消除引线电阻误差。
热敏电阻
NTC（负温度系数）热敏电阻的阻值随温度升高呈指数下降。其灵敏度远高于RTD，但线性度较差，通常需要查表或Steinhart-Hart方程进行校准。
IC温度传感器
利用硅基晶体管的基极-发射极电压（VBE）与温度成反比的特性。现代数字IC传感器（如DS18B20）内部集成ADC、参考电压和数字接口，直接输出温度数值，无需外部调理电路。
1.3 选型依据
在实际电路设计中，选择温度传感器需综合考虑以下关键因素：
- 测温范围：高温环境（>300°C）首选热电偶；中温高精度选RTD；常温消费电子选IC传感器。
- 精度要求：医疗/实验室级（±0.1°C）需RTD或高精度IC；工业级（±1°C）可选热电偶或热敏电阻。
- 响应时间：热敏电阻最快（毫秒级），RTD最慢（秒级），热电偶居中。
- 成本与复杂度：IC传感器集成度高、外围电路简单；热电偶需冷端补偿和放大电路。
- 环境适应性：潮湿/腐蚀环境需封装保护；强电磁干扰环境优先选用RTD（差分测量）。