一、溫度傳感器的結構

溫度傳感器，作為一種能夠感受溫度并將其轉換為可用輸出信號的傳感器，是現(xiàn)代測量與控制技術中不可或缺的一部分。它廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、航空航天、消費電子等多個領域，為溫度監(jiān)測與控制提供了精確、可靠的解決方案。溫度傳感器以其多樣化的類型、高精度、快速響應和穩(wěn)定性等特點，成為溫度測量領域的核心元件。

溫度傳感器的結構因其類型不同而有所差異，但一般而言，它們都由感溫元件、轉換元件和信號處理電路等部分組成。

1. 感溫元件
   • 感溫元件是溫度傳感器的核心部分，它直接與被測對象接觸或感受其輻射熱量，從而感知溫度的變化。不同類型的溫度傳感器采用不同的感溫元件，如熱電偶絲、熱電阻體、熱敏電阻片等。
2. 轉換元件
   • 轉換元件負責將感溫元件感知到的溫度變化轉換為可測量的電信號。對于熱電偶溫度傳感器來說，轉換元件通常是測量熱電勢的電路；對于熱電阻和熱敏電阻溫度傳感器來說，轉換元件則是測量電阻值變化的電路；對于晶體管溫度傳感器來說，轉換元件則是利用晶體管電壓-電流特性進行信號轉換的電路。
3. 信號處理電路
   • 信號處理電路用于對轉換元件輸出的電信號進行放大、濾波、線性化等處理，以提高測量的精度和穩(wěn)定性。同時，信號處理電路還可以將模擬信號轉換為數(shù)字信號，以便于與計算機或其他數(shù)字設備進行通信和顯示。
4. **外殼與封裝
   • 溫度傳感器的外殼不僅起到保護內部元件的作用，還影響傳感器的響應速度和穩(wěn)定性。常見的外殼材料包括不銹鋼、陶瓷和塑料等。封裝方式則根據(jù)傳感器的類型和應用場景進行選擇，以確保傳感器的耐用性和準確性。
5. 引線或連接器
   • 溫度傳感器通過引線或連接器與外部電路連接，傳輸測量到的溫度信號。引線的材質和規(guī)格會影響信號的傳輸質量，因此需要根據(jù)應用場景進行選擇。
6. 輔助元件
   • 某些溫度傳感器還包含輔助元件，如冷端補償電路、濾波電路和線性化電路等。這些元件用于提高傳感器的測量精度和穩(wěn)定性，確保輸出信號能夠準確反映被測溫度。

二、溫度傳感器的類型

溫度傳感器種類繁多，按照不同的分類標準可以劃分為多種類型。以下是一些常見的分類方式及其對應的溫度傳感器類型：

1. 按測量方式分類
   • 接觸式溫度傳感器 ：如熱電偶、熱電阻等，其感溫元件需要與被測對象直接接觸以感知溫度。
   • 非接觸式溫度傳感器 ：如紅外溫度傳感器等，其感溫元件通過接收被測對象輻射的紅外線來感知溫度，無需與被測對象直接接觸。
2. 按材料分類
   • 金屬溫度傳感器 ：如鉑電阻、銅電阻等，利用金屬材料的電阻值隨溫度變化的特性來測量溫度。
   • 半導體溫度傳感器 ：如熱敏電阻、晶體管溫度傳感器等，利用半導體材料的電阻值或電壓-電流特性隨溫度變化的特性來測量溫度。3. 按工作原理分類 ：
   • 熱電偶溫度傳感器 ：利用熱電效應測量溫度，具有測量范圍廣、精度高等優(yōu)點。
   • 熱電阻溫度傳感器 ：利用電阻值隨溫度變化的特性測量溫度，適用于需要高精度測量的場合。
   • 熱敏電阻溫度傳感器 ：利用半導體材料的電阻值隨溫度變化的特性測量溫度，具有響應速度快的特點。
   • 晶體管溫度傳感器 ：利用晶體管的電壓-電流特性測量溫度，通常具有較高的精度和穩(wěn)定性。
   • 紅外線溫度傳感器 ：通過測量物體輻射的紅外線能量來計算溫度，適用于非接觸式測量。
3. 按應用領域分類 ：
   • 工業(yè)用溫度傳感器 ：如熱電偶、熱電阻等，廣泛應用于工業(yè)生產過程中的溫度監(jiān)測與控制。
   • 醫(yī)療用溫度傳感器 ：如體溫計、醫(yī)療設備等中的溫度傳感器，用于測量人體溫度或醫(yī)療設備的工作溫度。
   • 消費電子用溫度傳感器 ：如智能手機、智能家居設備等中的溫度傳感器，用于監(jiān)測環(huán)境溫度或設備的工作狀態(tài)。

三、溫度傳感器的應用與發(fā)展

溫度傳感器在現(xiàn)代科技中發(fā)揮著至關重要的作用，其應用領域廣泛且不斷擴展。以下是一些典型的應用場景和發(fā)展趨勢：

1. 工業(yè)領域 ：
   • 在工業(yè)生產過程中，溫度傳感器用于監(jiān)測和控制各種設備的溫度，確保生產過程的穩(wěn)定性和產品質量。例如，在化工、冶金、電力等行業(yè)中，溫度傳感器被廣泛應用于鍋爐、反應釜、烘箱等設備的溫度監(jiān)測與控制。
2. 農業(yè)領域 ：
   • 溫度傳感器在農業(yè)中的應用也越來越廣泛。通過監(jiān)測作物生長環(huán)境的溫度，可以為農業(yè)生產提供科學依據(jù)，優(yōu)化作物生長條件，提高產量和品質。例如，在溫室大棚中安裝溫度傳感器，可以實時監(jiān)測室內溫度，并根據(jù)需要調整溫室環(huán)境，以滿足作物的生長需求。
3. 醫(yī)療領域 ：
   • 在醫(yī)療領域，溫度傳感器被廣泛應用于體溫計、醫(yī)療設備等中。通過測量人體溫度，可以及時發(fā)現(xiàn)體溫異常，為疾病的診斷和治療提供依據(jù)。此外，在醫(yī)療設備的溫度監(jiān)測與控制中，溫度傳感器也發(fā)揮著重要作用，確保醫(yī)療設備在適宜的溫度下運行，保障患者的安全。
4. 消費電子領域 ：
   • 隨著智能手機和智能家居設備的普及，溫度傳感器在消費電子領域的應用也越來越廣泛。例如，智能手機中的溫度傳感器可以監(jiān)測環(huán)境溫度，并根據(jù)需要調整手機的性能表現(xiàn)；智能家居設備中的溫度傳感器則可以實時監(jiān)測室內溫度，并根據(jù)用戶的設定自動調節(jié)空調、暖氣等設備的工作狀態(tài)。
5. 發(fā)展趨勢 ：
   • 隨著科技的不斷發(fā)展，溫度傳感器將朝著更高精度、更快響應速度、更小體積和更低功耗的方向發(fā)展。同時，隨著物聯(lián)網技術的普及和應用場景的不斷擴展，溫度傳感器將更多地融入各種智能設備和系統(tǒng)中，實現(xiàn)更加智能化和便捷化的溫度監(jiān)測與控制。例如，在智能制造、智慧城市等領域中，溫度傳感器將發(fā)揮更加重要的作用，為各種智能化設備和系統(tǒng)提供精確的溫度數(shù)據(jù)支持。

四、帶 Arduino 的溫度傳感器 LM35

為了找到溫度，我們有多種選擇，但首選是 LM 35 溫度傳感 IC。將溫度傳感器 LM35與 Arduino連接的過程非常簡單，不需要外部接口組件。 LM35 能夠以 ±5% 的精度感應 -55 °C 至 150 °C 之間的溫度。它可以輕松地與Arduino板連接。

Texas Instruments 的 LM35 是一款精密集成電路溫度傳感器，以其準確性和易用性而聞名。這些器件生成與攝氏度溫度成線性比例的輸出電壓，從而無需通常與以開爾文校準的傳感器相關的復雜轉換和恒定電壓減法。 LM35 的主要優(yōu)勢之一在于其用戶友好的設計。與以開爾文校準的傳感器不同，LM35 不需要從輸出中減去恒定電壓以方便進行攝氏度縮放。這種簡單性簡化了集成過程，使其非常用戶友好。

該 LM35 傳感器無需任何外部元件或信號調理電路即可工作。該傳感器在室溫下提供 ± 1/4°C 的典型精度，在 -55°C 至 150°C 的寬溫度范圍內提供 ± 3/4°C 的典型精度。 LM35 和溫度傳感器系列有不同類型的封裝。

帶 Arduino 連接的溫度傳感器 LM35

帶Arduino電路的溫度傳感器LM35

帶 Arduino 的溫度傳感器 LM35

溫度傳感器 LM35 Arduino 接口

這里我們給出了arduino的基本接口電路和草圖代碼來顯示arduino串口中的傳感器讀數(shù)。在arduino板上，LM 35的輸出端子連接到A0，即模擬輸入引腳。 arduino 板上的 +Vcc 和 Gnd 可以作為偏置電源提供給溫度傳感器。

我們知道 LM35 傳感器提供與感測到的溫度成比例的模擬電壓。為了將該模擬電壓作為 Arduino 板的輸入，我們使用模擬輸入引腳 A0，通過使用 AnalogRead() 讀取該模擬電壓，您將獲得 0 到 1023 之間的值。0 到 1023 之間的模擬值被轉換為溫度使用 LM35 數(shù)據(jù)表中提供的公式以攝氏度為單位。然后，進一步轉換為華氏度。

float mv = ( val/1023.0)*5000;
float cel = mv/10;
float farh = (cel*9)/5 + 32;

最終輸出溫度值被發(fā)送到串行監(jiān)視器，以便通過串行打印命令查看。您可以通過在 Arduino IDE 中打開 Serial Monitor 查看結果。編譯并上傳以下代碼，您必須在串行監(jiān)視器中看到溫度變化。您可以根據(jù)溫度范圍條件將輸出擴展到LED或 LCD 或自動化任何輸出執(zhí)行器

帶 Arduino 代碼的溫度傳感器 LM35

/*
 * Temperature Sensor LM35 with Arduino
 * Source: www.theorycircuit.com
 */
int val;
int tempPin = 1;
void setup()
{

Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
val = analogRead(tempPin);

float mv = ( val/1023.0)*5000;
float cel = mv/10;
float farh = (cel*9)/5 + 32;
Serial.print("TEMPRATURE = ");
Serial.print(cel);
Serial.print("*C");
Serial.println();
delay(1000);
/* uncomment this to get temperature in farenhite
Serial.print("TEMPRATURE = ");
Serial.print(farh);
Serial.print("*F");
Serial.println();
*/
}