溫度傳感器的性能還由其應(yīng)用領(lǐng)域的許多因素決定，如外部環(huán)境(物理和電學(xué) 的)、電源供電方式等?？偟膩?lái)說(shuō)，溫度傳感器主要應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域。
(1)感測(cè)應(yīng)用。溫度傳感器的熱轉(zhuǎn)換方式經(jīng)常被用來(lái)測(cè)量物理量(如流量、輻 射、氣體壓力、氣體種類、濕度、熱化學(xué)反應(yīng)等)。這些傳感器的測(cè)量值都是以熱 形式為媒介并以電信號(hào)的方式輸出。
(2)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用必須使用特殊的溫度傳感器，其中重要 的特性是要求低功耗、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、可靠性高以及在32~44℃之間，度小 于0.1℃。
(3)太空應(yīng)用。熱敏電阻以及硅PN結(jié)已經(jīng)使用于太空溫度測(cè)量。利用分立的模擬和數(shù)字接口電路從感測(cè)元件讀取溫度信息對(duì)于低成本、低質(zhì)量的使用情況 越來(lái)越不適用.尤其在微米/納米衛(wèi)星中更難滿足需要。具有數(shù)字輸出功能的智 能溫度傳感器可應(yīng)用于未來(lái)的衛(wèi)星設(shè)計(jì)中.并能傳送與微處理器兼容的數(shù)字 信息。
(4)工業(yè)應(yīng)用。集成溫度傳感器在自動(dòng)化應(yīng)用和微生物體熱檢測(cè)應(yīng)用已有報(bào) 道，盡管它們的特性和需求根據(jù)每個(gè)特殊的應(yīng)用而變化非常大.對(duì)于低成本、長(zhǎng)期 穩(wěn)定性和可靠性、強(qiáng)大的數(shù)字接口以及通信系統(tǒng)等這些特殊的應(yīng)用需求，目前的智 能溫度傳感器都可滿足。
(5)消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用。低成本集成溫度傳感器與變送器已經(jīng)出現(xiàn)，而且被應(yīng)用于 消費(fèi)產(chǎn)品中，如洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等。低成本、無(wú)需外部部件、制造時(shí)簡(jiǎn)單的片 上校正等是消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用的特殊需求.并且在一20一100℃之間測(cè)量精度要能達(dá) 到0.5℃。
三、溫度傳感器的前景及發(fā)展方向
目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò) 化的方向發(fā)展。溫度傳感器是各種傳感器中為常用的一種.現(xiàn)代溫度傳感器外形 非常小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為人們的生活提供了 無(wú)數(shù)的便利和功能。溫度傳感器市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。溫度傳感器技 術(shù)朝著高精度、高可靠性、寬測(cè)量范圍、微型化及微功耗方向發(fā)展.并不斷開(kāi)發(fā)出 一些能在特殊環(huán)境下工作的溫度傳感器，如可在高低溫(一200一2000℃)、化學(xué)腐 蝕性強(qiáng)、電磁干擾嚴(yán)重的惡劣環(huán)境中工作的光纖溫度傳感器。此外為適應(yīng)微集成系 統(tǒng)的發(fā)展，溫度傳感器技術(shù)正趨向于數(shù)字化、集成化和智能化發(fā)展的發(fā)展方向。
數(shù)字化表示溫度傳感器的輸出不再是單一的模擬信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A/D 轉(zhuǎn)換、線性化后變成純數(shù)字信號(hào).該數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)的接口形式(如 IZC、USB等)與微控制器相連。集成化表示溫度傳感器將輔助電路中的元件 與傳感元件集成在同一塊芯片上，使之具有校準(zhǔn)、補(bǔ)償、自診斷和網(wǎng)絡(luò)通信的功 能，其測(cè)量準(zhǔn)確度高、體積小、功耗小、成本低，更適合應(yīng)用于集成電路系統(tǒng)。 智能化表示溫度傳感器是一種帶微處理器的傳感器，是微型計(jì)算機(jī)和傳感器 相結(jié)合的成果，它兼有檢測(cè)、判斷和信息處理功能，與傳統(tǒng)溫度傳感器相比有很 多特點(diǎn):①具有判斷和信息處理功能，能對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正、誤差補(bǔ)償.因而提 高了測(cè)量精度;②可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量;③測(cè)量數(shù)據(jù)可存取.便于進(jìn)一步提高設(shè) 備分析、預(yù)測(cè)的智能化程度;④有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口，能與微型計(jì)算機(jī)直接 通信。
進(jìn)人21世紀(jì)之后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高 可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制中片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方 向迅速發(fā)展。
原理：在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測(cè)扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器；在軸上固定著：(1)能源環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈，(2)信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)線圈，(3)軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號(hào)輸出電路。在傳感器的外殼上固定著：光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。早期的用來(lái)檢測(cè)物體有無(wú)的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈做為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。
LED(發(fā)光二極管)
發(fā)光二極管比較早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管做為指示燈來(lái)用。LED就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣性能與普通二極管相同，不同之處在于當(dāng)給LED通電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。由于LED是固態(tài)的，所以它能延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。因而使用LED的光電傳感器能被做得更小，且比白熾燈傳感器更可靠。不象白熾燈那樣，LED抗震動(dòng)抗沖擊，并且沒(méi)有燈絲。另外，LED所發(fā)出的光能只相當(dāng)于同尺寸白熾燈所產(chǎn)生光能的一部分。(激光二極管除外，它與普通LED的原理相同，但能產(chǎn)生幾倍的光能，并能達(dá)到更遠(yuǎn)的檢測(cè)距離)。LED能發(fā)射人眼看不到的紅外光，也能發(fā)射可見(jiàn)的綠光、黃光、紅光、藍(lán)光、藍(lán)綠光或白光。
經(jīng)調(diào)制的LED傳感器
1970年，人們發(fā)現(xiàn)LED還有一個(gè)比壽命長(zhǎng)更好的優(yōu)點(diǎn)，就是它能夠以非?？斓乃俣葋?lái)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)速度可達(dá)到KHz。將接收器的放大器調(diào)制到發(fā)射器的調(diào)制頻率，那么它就只能對(duì)以此頻率振動(dòng)的光信號(hào)進(jìn)行放大。
我們可以將光波的調(diào)制比喻成無(wú)線電波的傳送和接收。將收音機(jī)調(diào)到某臺(tái)，就可以忽略其他的無(wú)線電波信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的LED發(fā)射器就類似于無(wú)線電波發(fā)射器，其接收器就相當(dāng)于收音機(jī)。
人們常常有一個(gè)誤解：認(rèn)為由于紅外光LED發(fā)出的紅外光是看不到的，那么紅外光的能量肯定會(huì)很強(qiáng)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的光電傳感器的能量的大小與LED光波的波長(zhǎng)無(wú)太大關(guān)系。一個(gè)LED發(fā)出的光能很少，經(jīng)過(guò)調(diào)制才將其變得能量很高。一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的傳感器只有通過(guò)使用長(zhǎng)焦距鏡頭的機(jī)械屏蔽手段，使接收器只能接收到發(fā)射器發(fā)出的光，才能使其能量變得很高。相比之下，經(jīng)過(guò)調(diào)制的接收器能忽略周?chē)墓猓粚?duì)自己的光或具有相同調(diào)制頻率的光做出響應(yīng)。
未經(jīng)調(diào)制的傳感器用來(lái)檢測(cè)周?chē)墓饩€或紅外光的輻射，如剛出爐的紅熱瓶子，在這種應(yīng)用場(chǎng)合如果使用其它的傳感器，可能會(huì)有誤動(dòng)作。
如果一個(gè)金屬發(fā)射出的光比周?chē)墓鈴?qiáng)很多的話，那么它就可以被周?chē)庠唇邮掌骺煽繖z測(cè)到。周?chē)庠唇邮掌饕部梢杂脕?lái)檢測(cè)室外光。
但是并不是說(shuō)經(jīng)調(diào)制的傳感器就一定不受周?chē)獾母蓴_，當(dāng)使用在強(qiáng)光環(huán)境下時(shí)就會(huì)有問(wèn)題。例如，未經(jīng)過(guò)調(diào)制的光電傳感器，當(dāng)把它直接指向陽(yáng)光時(shí)，它能正常動(dòng)作。我們每個(gè)人都知道，用一塊有放大作用的玻璃將陽(yáng)光聚集在一張紙上時(shí)，很容易就會(huì)把紙點(diǎn)燃。設(shè)想將玻璃替換成傳感器的鏡頭，將紙?zhí)鎿Q成光電三極管，這樣我們就很容易理解為什么將調(diào)制的接收器指向陽(yáng)光時(shí)它就不能工作了，這是周?chē)庠词蛊滹柡土恕?/p>
調(diào)制的LED改進(jìn)了光電傳感器的設(shè)計(jì)，增大了檢測(cè)距離，擴(kuò)展了光束的角度，人們逐漸接受了這種可靠易于對(duì)準(zhǔn)的光束。到1980年，非調(diào)制的光電傳感器逐步就退出了歷史舞臺(tái)。
紅外光LED是效率最高的光束，同時(shí)也是在光譜上與光電三極管最匹配的光束。
但是有些傳感器需要用來(lái)區(qū)分顏色(如色標(biāo)檢測(cè))，這就需要用可見(jiàn)光源。
在早期，色標(biāo)傳感器使用白熾燈做光源，使用光電池接收器，直到后來(lái)發(fā)明了高效的可見(jiàn)光LED?，F(xiàn)在，多數(shù)的色標(biāo)傳感器都是使用經(jīng)調(diào)制的各種顏色的可見(jiàn)光LED發(fā)射器。經(jīng)調(diào)制的傳感器往往犧牲了響應(yīng)速度以獲取更長(zhǎng)的檢測(cè)距離，這是因?yàn)闄z測(cè)距離是一個(gè)非常重要的參數(shù)。未經(jīng)調(diào)制的傳感器可以用來(lái)檢測(cè)小的物體或動(dòng)作非?？斓奈矬w，這些場(chǎng)合要求的響應(yīng)速度都非?？?。但是，現(xiàn)在高速的調(diào)制傳感器也可以提供非?？斓捻憫?yīng)速度，能滿足大多數(shù)的檢測(cè)應(yīng)用。
超聲波傳感器
聲波傳感器所發(fā)射和接收的聲波，其振動(dòng)頻率都超過(guò)了人耳所能聽(tīng)到的范圍。它是通過(guò)計(jì)算聲波從發(fā)射，經(jīng)被測(cè)物反射回到接收器所需要的時(shí)間，來(lái)判斷物體的位置。對(duì)于對(duì)射式超聲波傳感器，如果物體擋住了從發(fā)射器到接收器的聲波，則傳感器就會(huì)檢測(cè)到物體。與光電傳感器不同，超聲波傳感器不受被測(cè)物透明度和反光率的影響，因此在許多使用超聲波傳感器的場(chǎng)合就不適合使用光電傳感器來(lái)檢測(cè)。
光纖
安裝空間非常有限或使用環(huán)境非常惡劣的情況下，我們可以考慮使用光纖。光纖與傳感器配套使用，是無(wú)源元件，另外，光纖不受任何電磁信號(hào)的干擾，并且能使傳感器的電子元件與其他電的干擾相隔離。
光纖有一根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包一層金屬外皮。這層金屬外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。光束照在這兩種材料的邊界處(入射角在一定范圍內(nèi)，)，被全部反射回來(lái)。根據(jù)光學(xué)原理，所有光束都可以由光纖來(lái)傳輸。
兩條入射光束(入射角在接受角以內(nèi))沿光纖長(zhǎng)度方向經(jīng)多次反射后，從另一端射出。另一條入射角超出接受角范圍的入射光，損失在金屬外皮內(nèi)。這個(gè)接受角比兩倍的最大入射角略大，這是因?yàn)楣饫w在從空氣射入密度較大的光纖材料中時(shí)會(huì)有輕微的折射。光在光纖內(nèi)部的傳輸不受光纖是否彎曲的影響(彎曲半徑要大于最小彎曲半徑)。大多數(shù)光纖是可彎曲的，很容易安裝在狹小的空間。
玻璃光纖
玻璃光纖由一束非常細(xì)(直徑約50μm)的玻璃纖維絲組成。典型的光纜由幾百根單獨(dú)的帶金屬外皮玻璃光纖組成，光纜外部有一層護(hù)套保護(hù)。光纜的端部有各種尺寸和外形，并且澆注了堅(jiān)固的透明樹(shù)脂。檢測(cè)面經(jīng)過(guò)光學(xué)打磨，非常平滑。這道精心的打磨工藝能顯著提高光纖束之間的光耦合效率。
玻璃光纖內(nèi)的光纖束可以是緊湊布置的，也可隨意布置。緊湊布置的玻璃光纖通常用在醫(yī)療設(shè)備或管道鏡上。每一根光纖從一端到另一端都需要精心布置，這樣才能在另一端得到非常清晰的圖像。由于這種光纖費(fèi)用非常昂貴并且多數(shù)的光纖應(yīng)用場(chǎng)合并不需要得到一個(gè)非常清晰的圖像，所以多數(shù)的玻璃光纖其光纖束是隨意布置的，這種光纖就非常便宜了，當(dāng)然其所得到的圖像也只是一些光。
玻璃光纖外部的保護(hù)層通常是柔性的不銹鋼護(hù)套，也有的是PVC或其他柔性塑料材料。有些特殊的光纖可用于特殊的空間或環(huán)境，其檢測(cè)頭做成不同的形狀以適用于不同的檢測(cè)要求。
玻璃光纖堅(jiān)固并且性能可靠，可使用在高溫和有化學(xué)成分的環(huán)境中，它可以傳輸可見(jiàn)光和紅外光。常見(jiàn)的問(wèn)題就是由于經(jīng)常彎曲或彎曲半徑過(guò)小而導(dǎo)致玻璃絲折斷，對(duì)于這種應(yīng)用場(chǎng)合，我們推薦使用塑料光纖。
塑料光纖
塑料光纖由單根的光纖束(典型光束直徑為0.25到1.5mm)構(gòu)成，通常有PVC外皮。它能安裝在狹小的空間并且能彎成很小的角度。
多數(shù)的塑料光纖其檢測(cè)頭都做成探針形或帶螺紋的圓柱形，另一端未做加工以方便客戶根據(jù)使用將其剪短。邦納公司的塑料光纖都配有一個(gè)光纖刀。不像玻璃光纖，塑料光纖具有較高的柔性，帶防護(hù)外皮的塑料光纖適于安裝在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上。塑料光纖吸收一定波長(zhǎng)的光波，包括紅外光，因而塑料光纖只能傳輸可見(jiàn)光。
與玻璃光纖相比，塑料光纖易受高溫，化學(xué)物質(zhì)和溶劑的影響。
對(duì)射式和直反式光纖玻璃光纖和塑料光纖既有“單根的”-對(duì)射式，也有“分叉的”-直反式。單根光纖可以將光從發(fā)射器傳輸?shù)綑z測(cè)區(qū)域，或從檢測(cè)區(qū)域傳輸?shù)浇邮掌鳌７植媸降墓饫w有兩個(gè)明顯的分支，可分別傳輸發(fā)射光和接收光，使傳感器既可以通過(guò)一個(gè)分支將發(fā)射光傳輸?shù)綑z測(cè)區(qū)域，同時(shí)又通過(guò)另一個(gè)分支將反射光傳輸回接收器。
直反式的玻璃光纖，其檢測(cè)頭處的光纖束是隨意布置的。直反式的塑料光纖，其光纖束是沿光纖長(zhǎng)度方向一根挨一根布置。
光纖的特殊應(yīng)用
由于光纖受使用環(huán)境影響小并且抗電磁干擾，因而能被用在一些特殊的場(chǎng)合，如：適用于真空環(huán)境下的真空傳導(dǎo)光纖(VFT)和適用于爆炸環(huán)境下的光纖。在這兩個(gè)應(yīng)用中，特制的光纖安裝在特殊的環(huán)境中，經(jīng)一個(gè)法蘭引出來(lái)接到外面的傳感器上，光纖和法蘭的尺寸多種多樣。本安型傳感器，如NAMUR型的傳感器，可直接用在特殊或有爆炸性危險(xiǎn)的環(huán)境中。
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