用传感器测量热量的多种方式

　　测量温度原来是大量设备的基本功能。熔炉上的可编程恒温器和数字时钟就是明显的例子。

　　如果您只想知道是否超过某个温度，则可以使用双金属线圈和微型开关（或使用旧恒温器的方法使用汞开关）。但是如今，我们希望在一定读数范围内保持精度。所以有了能产生小电压的热电偶、能随温度改变电阻的热电阻、也能随温度改变电阻的热敏电阻、红外传感器和振动线传感器。半导体结的带隙电压随温度变化，这也是可以预测和测量的。可能还有其他方法，有些方法甚至很有创意。

　　你经常可以想到创造性的方法来进行任何测量。比如下面这个古老的笑话，说的是物理课上聪明伶俐的学生。

　　问题是如何用气压计找到建筑物的高度。其中一个答案是把气压计从楼顶掉下来，然后用时间计算它落地所需的时间。而另一个答案，毫无疑问是工科生的答案，他说想找到建筑工程师，提出把气压计送给他们，以换取建筑物的高度。

　　同样的道理，你还可以通过用摄像头甚至是液位传感器监测标准温度计来找到温度。

　　这里就揭露了传感器的本质——我们有很多方法可以测量任何东西，但在每一种情况下，你都会把你想知道的东西（温度）转换成你知道如何测量的东西，比如电压、电流或物理位置。让我们来看看一些最有趣的温度传感器是如何实现这一点的。

　　热电偶

　　热电偶利用了所谓的塞贝克效应。当两种不同的金属形成一个连接点并经历温度梯度时，就会形成电动势。关键是，正是温度梯度使设备工作。热电偶有一个热结和一个冷结。如果你想测量温度，你需要一个参考结。顺便一提，这种效应的工作原理是相反的--佩尔蒂埃效应--通过电流通过一对结，使一侧变热，另一侧变冷。

　　在过去，你会将冷结浸入一桶冰中。今天，你更有可能使用另一种方法来获得冷结的温度，然后进行补偿。当然，有一些芯片会帮你做到这一点。

　　热电偶有几个优点。首先，测量温度高达几千度。由于它们只是两根导线，所以它们坚固可靠。在炎热或恶劣的环境中，它们很容易管理，通常，在冷端，你有一个更好的环境。

　　缺点是温度读数不是线性的。您会看到不同类型的热电偶，每种类型都使用两种不同的线材。类型告诉您要使用的校准曲线，当然，您还可以根据需要选择所需的金属。例如，J型使用铁作为两条电线之一，而T型使用铜。

　　唯一的另一个重要考虑因素是如何将电线连接到热电偶。由于设备在两种不同类型的电线之间的连接点上运行，因此必须小心如何将其他电线连接到设备。

　　从远处测量红外的热电偶称为热电堆。这些在非接触式温度计和无源红外（PIR）传感器中很常见。PIR传感器检测两个传感器之间的温度差，并推断出视场中发生了某些变化。

　　热敏电阻

　　有几种不同类型的材料会随电阻表现出温度变化。最大的因素是设备的温度系数是正还是负。换句话说，电阻是否随温度变化而上升或下降？

　　这些设备中的大多数也是非线性的，但是它们也不贵并且易于使用。您可以使用任何喜欢的方法测量电阻。一种常见的技术是将电阻器用作分压器或电桥的一部分，并测量输出电压。但是，如果您不想连接模拟输入，则可以将电阻器连接到电容器并测量充电时间。

　　热敏电阻的结构与电阻温度检测器或RTD略有不同。通常，热敏电阻比金属（通常是铂）RTD具有更少的磁滞和自热问题。但是，无论哪种情况，都必须测量电阻并将其拟合到曲线上才能获得实际温度。

　　读取热敏电阻是非常常见的操作，这些年来人们开发了许多技巧。您也可以花费数学处理来获得更好的曲线拟合，或者执行简单的数学并获得较低的精度。

　　半导体结和意外传感器

　　半导体材料的带隙电压随温度变化是可以预测的。如果你曾经深入研究过固态设计，你会看到二极管方程中的T项及其所有表现形式。那么，很多IC利用这一特性来感应温度也就不足为奇了。

　　有些芯片就是为了做温度传感器而生的。例如，常见的LM34和LM35芯片就利用了这一特性，加上一些附加电路，提供了一个不错的每度10mV的电压（LM34测量法亨特，LM35测量摄氏度）。这使得它们非常容易使用。

　　一些芯片，比如你的PC中的CPU，使用同样的方法来测量内部温度，用于报告和热管理。然而，还有其他非温度传感器IC可以测量温度的方法。

　　事实证明，我们几乎所有的电路都以某种方式对温度敏感。对照外部参考测量CPU的内部时钟可以显示出温度引起的变化。

　　ODDBALL传感器

　　除了上面这些，我们还能使用其他测量温度的方法。

　　例如，振弦传感器使用相当于吉他弦的能量。测量包括激励琴弦并检测振动频率。当支撑结构随着温度变化而收缩和膨胀时，琴弦的音调也会发生变化。