溫度傳感器應用廣泛，種類繁多，但常見的主要類型有：熱電偶、 熱電阻、熱電堆、電阻溫度檢測器、IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出傳感器和數字輸出傳感器兩種類型。按照溫度傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

熱電堆溫度傳感器

一、熱電堆的概念

一種溫度測量元件。熱電堆是由多個熱電偶串聯而成的，每個熱電偶都會輸出熱電勢，并且這些熱電勢會互相疊加。因此，熱電堆可以用于測量微小的溫差或者求出平均溫度。其結構是將輻射接收面分成若干塊，并且每塊接一個熱電偶，在將它們串聯起來。這樣，熱電偶就構成了一個熱電堆。

實用的熱電堆可以根據用途的不同制成多種類型，包括細絲型、薄膜型、多通道型和陣列型器件等。對于紅外探測器來說，其響應率是一個重要的參數，該參數受多種因素影響，如紅外吸收效率、探測器熱導率、熱電偶對數等。其中，紅外吸收效率由吸收面積決定，面積越大，轉化紅外輻射為熱能的效率越高，從而使探測器響應率更高。

二、熱電堆的原理

紅外熱電堆探測器的工作原理為塞貝克效應（Seebeckeffect）。早先的紅外熱電堆探測器是利用掩膜真空鍍膜的方法，將熱電偶材料沉積到塑料或陶瓷襯底上獲得的，但器件的尺寸較大，且不易批量生產。

隨著 MEMS 技術的應用，出現了微機械紅外熱電堆探測器。K．D．Wise 等人，最先利用 MEMS 技術于 20 世紀80 年代初制造獲得了硅基紅外熱電堆探測器。

目前，常規的熱電堆紅外探測器采用單層 MEMS(Micro—electromechanicalSystems，微機電系統)的懸空結構，在襯底上包括含有多對 n 型硅和 p 型硅的熱電偶 101 懸空部件，熱電偶圍繞在吸熱區 102外邊緣，熱電偶的冷端 103 與襯底相連，熱端 104 與吸熱區 102 相連。吸熱區吸收的紅外輻射傳導到熱電偶，轉化成熱電偶熱端與冷端的電勢。其中，吸熱區102 采用金黑涂層、銀黑涂層以及其他的材料作為吸收材料，來提高器件的紅外吸收率。

從熱電堆紅外傳感器的俯視圖可以看出，有 2 對熱電偶的熱電堆探測器，被熱電偶包圍的吸熱區 102 占整個傳感器表面積的比例約 1/4。

實際上，為了讓熱電堆探測器更敏銳地捕捉紅外信號，科研人員通常會使用包含多對熱電偶的熱電堆紅外探測器。不過，現有的結構在增加熱電偶對數時，會導致吸熱區面積縮小。這樣一來，探測器的紅外吸收能力會降低，從而影響其吸收率提高。為了解決這一問題，一些熱電堆探測器采用金黑涂層、銀黑涂層等材料作為吸收材料，以提高器件的紅外吸收率。這些措施有助于提高探測器的響應率，從而更加精準地捕獲紅外信號。但是，金黑涂層、銀黑涂層一般采用電阻加熱真空蒸鍍法制作，這種工藝與 IC(IntegratedCircuit，集成電路)工藝不兼容。

熱電材料：

目前用于熱電堆型非致冷紅外焦平面陣列的熱電偶有 P 型多晶硅和金（Au）熱電偶、Si 外延層有 P 型擴散區和鋁（Al）熱電偶、P 型（Bi1~x~Sbx）2Te3"和 N 型 Bi1~x~Sbx 薄膜熱電偶、N 型和 P 型多晶硅熱電偶。其中 N 型和 P型多晶硅熱電偶是當前研究得比較深也是最有前途的探測材料。

ETH 的LENGGENHAGER 和 Baltea 等人 1993 年報道了用 N 型和 P 型多晶硅（PS）為熱電偶的單個熱電堆紅外探測器。讀出電路由 CMOS 制作，獲得的靈敏度為 150V/W。霍尼韋爾公司 Wood 等人 1995 年報道了 120 元的線陣熱電堆紅外攝像傳感器。ISI公司已將其用于成像輻射計中。日本防衛廳和日本電氣公司 Kanno 等人1994 年報道了 128*128 元的熱電堆非致冷紅外焦平面陣列。用 N 型和 P 型多晶硅作熱電偶，獲得的靈敏度為 1550V/W。它是目前熱電堆型非致冷紅外焦平面陣列的代表。

三、熱電堆的發展方向

目前熱電堆的主流生產工藝是 MEMS 工藝，考慮到提高探測靈敏度及微型化的需要，已經有越來越多的研究往堆疊式方向前進。如：埃賽力達（原鉑金公司）加拿大有限公司的在申請發明專利“垂直堆疊式熱電堆”，申請號 2011800234244。

四、熱電堆的應用分析

熱電堆為實現非接觸、定點、定向測溫的電子元器件，在各種測溫環境中得到廣泛應用。

MEMS 熱電堆的測溫范圍一般在-20℃-100℃之間，精度一般0.1℃-0.2℃。熱電堆技術被廣泛應用于測量物體的相對溫度，即物體與其周圍環境溫度的差值。不過，要計算得出物體的實際溫度，熱電堆自身的溫度必須經過熱敏電阻標定或電路補償。目前，熱電堆技術在民用和工業兩個領域都有重要的應用價值。在民用領域，它被廣泛應用于電子體溫計、家電（如照明、冰箱、微波爐和空調）的節能控制。而在工業領域，熱電堆技術則被應用于建筑、辦公場所的節能系統、安防設備、以及機械設備關鍵發熱部件的溫度監測和控制等方面。

體溫計

傳統體溫計采用水銀材質，價格便宜，測量準確度高，被廣泛運用于醫療和家庭領域。但是，水銀體溫計需要較長的測試時間，通常需要連續測量至少5分鐘才能獲得可靠的結果，并且還需要確保體溫計端與身體緊密接觸，否則會影響測量結果的準確性。另外，水銀溫度計常是玻璃制的，且容易損壞并釋放出“汞”，從而對人體健康構成了巨大危害。因此，越來越多的國家已經開始禁止使用水銀體溫計。但是，不用擔心，市場上已經出現了替代性的電子體溫計，它們的價格從便宜的一元錢到高檔的幾十、上百元不等。此外，根據測量方式的不同，電子體溫計可劃分為接觸式和非接觸式兩種。為了保障您和家人的健康，我們強烈建議使用電子體溫計。

接觸式體溫計

使用熱電偶原理，外觀與傳統水銀溫度計類似，結構亦分為測溫端和顯示端兩部分，測溫時間大概 30 秒左右，精度較高，市場售價根據外觀、做工和品牌不同，一般為 10-50 元之間，統計淘寶平均售價為 25 元（統計 40 個樣本）。

非接觸式體溫計

使用熱電堆原理，測量時間僅需 1-2 秒，非常適合為多動的嬰兒測溫，可分為額溫計和耳溫計兩類。市場價格也較高，國外品牌（德國博朗 BRAUN）淘寶價格為310 元左右（國外官方售價 40 美金），國產品牌價格在 100-150 元之間。通過對比產品描述，國產品牌此類溫度計可能發生較大誤差，需要通過使用者對比水銀溫度計示數進行手動調整，國外品牌溫度計可靠性更高，不存在此類現象。

另有醫用熱電堆溫度計，可靠性更高，德國博朗的兩個型號售價分別為 200 和 250美金。熱電堆測溫對方向性要求很高，方向發生偏差對結果會有較大影響。節能型家電、建筑、辦公場所的節能系統、安防設備此類應用主要是彌補傳統熱釋電紅外傳感器的不足。

傳統 PIR 能夠實現動態的人體檢測，無法檢測出靜止的人。使用熱電堆可通過溫度感應檢測出靜止的人。另外，熱電堆做成陣列后，便可對整個空間溫度進行全面監控，便于打造最舒適的生活環境。

日本歐姆龍于 2012 年 7 月在日本東京國際展覽中心舉辦的“第 23 屆微機械/MEMS 展”中推出了其制造的“熱電堆陣列感應模塊”，分為 4*4 和 1*8 兩款，在同一個探頭內形成熱電堆陣列，配合球面透鏡，對一定區域的溫度進行監測。測溫范圍 5-50℃，精度 0.14℃，功耗約 30 毫瓦。

網上小批量（50pcs 以上小批量)售價為 340 元/pcs（4*4）、305 元/pcs（1*8），2013 年度目標銷售 20 億日元（1.2 億人民幣）。該模塊可以直接應用于各種測溫、溫控、人體感應等電器或系統。

在工業中，機械設備的關鍵發熱部件的溫度監測和控制至關重要。為了實現精確的溫度監測和自動控制，越來越多的企業開始采用熱電堆技術。相比于普通的溫度傳感器，熱電堆不需要接觸到固定位置就可以測定一定區域內的溫度，極大地提高了檢測效率和精度。當設備出現故障時，熱電堆能夠迅速檢測到異常溫度并自動停止生產線，避免災害發生。因此，熱電堆正逐漸成為工業生產中不可或缺的重要工具。

如今，工業界對熱電堆的精度和測溫范圍有著更高的要求，而這些參數比民用熱電堆更加嚴格。由于熱電堆的測量方式是非接觸式的，只需要保持熱電堆周圍環境的溫度穩定，就可以遙控監測高溫對象，為工業生產提供一種準確、可靠且高效的解決方案。

例如 MEAS（精量電子（深圳）有限公司）TSEV01 型號測溫范圍可達到 0℃-300℃，精度 0.1℃，甚至有能夠測量高達 1700℃的熱電堆傳感器。

電阻溫度傳感器

一、電阻溫度傳感器的概念

電阻溫度檢測器（RTD）是一種用于測量溫度的傳感器，也被稱為電阻溫度計。其原理是通過利用電阻與溫度之間的關系，其中電阻隨著溫度的升高而升高，反之亦然。因此，通過測量電阻值的變化，可以得到相應的溫度值。
RTD最早是在19世紀末期開發出來的，起初主要用于科學研究。在20世紀初期，RTD開始應用于工業控制和精度溫度測量領域，成為一種常見的溫度傳感器。

RTD的應用范圍非常廣泛，包括汽車、軍事、醫療、化工、食品加工等領域。它們通常被用來測量需要高精度溫度控制的場合，例如生產加熱器、空調、烤箱、熱水器以及熱處理設備等。由于其操作穩定、精確度高，因此廣泛應用于許多各種工業應用場合。
總的來說，RTD作為一種高精度的溫度傳感器，被廣泛應用于工業生產、實驗室研究等方面，使得生活和生產更為方便和高效。

二、電阻溫度傳感器的發展

除了基本的概念、原理和應用，以下是RTD的進一步發展和一些額外的應用方面的信息：

1、發展：隨著技術的發展，RTD的精度和響應時間得到了改善。傳感器的材料也發展了許多，包括鉑、鎳、銅等。鉑是最常用的材料，因為它具有很好的穩定性、可靠性和溫度范圍。

2、溫度范圍：RTD適用于廣泛的溫度范圍，通常從-200°C到+850°C。在低溫應用中，超導材料也可以作為RTD的替代品。

3、精確度：RTD具有較高的精確度，通常在0.1°C到0.01°C的范圍內。這使得它們非常適合需要高精度溫度測量的應用場合。

4、線性特性：與其他溫度傳感器相比，RTD具有較好的線性特性，這意味著能夠通過簡單的數學計算將電阻值轉換為對應的溫度值。

5、自校準：一些RTD傳感器具有自校準能力，可以在使用過程中自動進行校準。這樣可以提高系統的準確性，并減少對人工校準的需求。

6、多點測量：在某些應用中，可以使用多個RTD傳感器進行多點溫度測量，以獲取更廣泛區域的溫度數據。

三、電阻溫度傳感器的技術

除了RTD傳感器本身的特點，還有一些相關的考慮因素需要注意：

1、電路設計：針對不同的應用，電路設計可能需要不同的抗干擾、放大和濾波操作。一些應用中，可使用數字RTD接口進行信號處理。

2、線性化：RTD的響應曲線可能是非線性的，這需要進行線性化處理。其中一種方法是使用電路或軟件算法進行線性化處理，以將非線性的響應曲線轉換為線性的溫度輸出。

3、環境因素：RTD的準確性可能會受到環境因素的影響，如噪聲、震動、濕度和塵埃等。因此，在安裝和使用時，需要考慮這些因素以及如何最小化它們的影響。

4、校準：需要定期對RTD進行校準，以確保其測量精度。校準可以通過標準參考溫度源進行，也可以在實際操作中驗證其準確性。

三、電阻溫度傳感器的應用

RTD傳感器是溫度測量的高精度解決方案，廣泛應用于許多不同的行業和應用。在實際使用中，需要綜合考慮電路設計、環境因素、線性化和校準等因素，以確保其準確性和可靠性。RTD還廣泛用于科學研究、航空航天、醫療設備、食品加工和環境監測等領域。總的來說，RTD是一種可靠、準確且廣泛應用的溫度傳感器，為各行各業提供了關鍵的溫度測量解決方案。

IC溫度傳感器