在工业领域，监测机械和计算机设备的温度有助于及早发现故障，并通过维持最佳温度来延长其使用寿命。测量温度的方法有很多种，每种方法都有其独特的优势，并适用于不同的应用场景。本文将探讨三种最常用的方法：热敏电阻、热电偶和红外（IR）技术。.
热敏电阻
热敏电阻是一种电阻值随环境温度变化的电阻器，无论其工作环境是空气、接触的表面（甚至是内部）。这种简单的器件由金属氧化物制成，根据需要压制成珠状、圆盘状或圆柱状，然后用环氧树脂或玻璃封装。根据所选材料的不同，电阻值会随温度升高而增大（正温度系数热敏电阻，PTC），或随温度升高而减小（负温度系数热敏电阻，NTC）。NTC热敏电阻通常是最常用的热测量元件，而PTC热敏电阻则更常用作热熔断器。.
热敏电阻的优点在于：使用简便、价格低廉、本身坚固耐用，并且对温度变化的响应可预测。虽然电阻变化并非线性，但对于特定型号的热敏电阻而言，其变化曲线是预先设定的。此外，热敏电阻灵敏度高、精度高，且稳定性好。然而，它们不适用于测量较大的温度变化，通常只能在设定的“基准”温度附近较窄的范围内工作。这一点，再加上其响应速度较慢，限制了它们的适用范围。.
图 1：NTC 热敏电阻曲线示例，显示电阻与温度的关系。.
热敏电阻用途广泛，既可以测量环境温度，也可以贴附在物体表面或插入物体内部（例如散热器）来测量该处的温度。贴附或插入式热敏电阻属于侵入式测量，这意味着它们的存在可能会影响被测温度。但实际上，热敏电阻体积非常小，热容量也很低，这在大多数应用场景中通常不会造成问题。.
热敏电阻可以是引线式器件，也可以是更常见的表面贴装器件 (SMD)，例如 NCU15XH103D60RC ，这是一款尺寸为 1.0 mm x 0.5 mm 的 NTC 热敏电阻。该热敏电阻的标称电阻为 10 kΩ，工作温度范围为 -40 至 +125°C。虽然它适用于多种应用，但尤其适用于电子电路和温度敏感器件（例如晶体管、集成电路和振荡器）的温度补偿。随着电池技术的兴起，这类热敏电阻也被用于监测可充电电池组在使用和充电过程中的温度。
图 2：村田 NCU15XH103D60RC NTC 热敏电阻。.
热电偶
简而言之，热电偶由两根不同金属制成的导线组成，一端连接，另一端分离。连接端（称为“热端”）的温度变化会在分离端（“冷端”）产生一个与两端温差成正比的微小电压。热电偶进行差分测量，因此要计算热端的温度，必须知道冷端的温度。此外，“热端”和“冷端”是行业标准术语，但实际上，热端的温度可能低于冷端的温度。为了避免混淆，一些人开始将这两个端称为“测量端”和“参考端”。.
热电偶的特性取决于其使用的导线，更确切地说，取决于导线的材质。每个热电偶都有一个字母标识，其中J、K和T最为常见。K型热电偶由两种镍合金——铬镍合金和铝镍合金——制成，这些合金含有铬、铝、锰和硅。冷端温度（温差）与电压之间的关系由塞贝克系数定义，单位为V/K。R型和S型热电偶的塞贝克系数较低（<10），而最常用的J型、K型、T型和E型热电偶的塞贝克系数较高（>40）。.
热电偶最大的优势在于其极宽的温度测量范围（通常为-200至+2500°C），使其适用于从航空电子设备到低温技术等各种应用。它们也非常坚固耐用，不受冲击或振动的影响。作为无源器件，它们本质上是安全的，因此可以在存在潜在爆炸性气体的危险环境中使用。热电偶的热容量低，这意味着它们对温度的突然变化反应迅速，通常在不到一秒的时间内即可响应。然而，它们并非适用于所有应用：其最大的缺点之一是信号强度非常低。可能需要进行高级信号调理以提高信噪比。由于热电偶的导线较长，因此容易受到干扰，尽管可以通过将导线绞合在一起或将其包裹在抗干扰管中来降低这种干扰。它们也容易腐蚀。另一个主要缺点是精度不足（通常在±1°C范围内）。这在测量相对较低的温度时是一个问题，但在测量喷气发动机或火焰等物体时则非常方便。此外，热电偶的输出并非线性，尽管 J 型和 K 型热电偶具有显著的（实际上的）线性区域，这也是它们受欢迎的原因之一。.
对于希望利用热电偶的灵活性而又不想承担繁重信号处理负担的设计工程师来说，Microchip 的 MCP9600/L00 是一个不错的选择。该器件可直接连接到热电偶（K、J、T、N、S、E、B 或 R 型），并对热电偶电压进行必要的信号调理和非线性校正，然后通过双线 100 kHz I2C 总线传输温度值。该器件非常适合电池供电的物联网应用，其工作电流仅为 300 A，待机电流仅为 2 A。每个单元都集成了四个寄存器，用于设置单独的温度警报。.
红外测温
热敏电阻和热电偶都是通过接触式测量，这意味着它们必须与被测物体接触。在某些情况下，这可能是一个缺点；而在另一些情况下，由于测量探头会吸收热量，因此会影响测量结果。红外 (IR) 温度检测因其精确、可靠和耐用，在医疗保健和工业等领域的应用日益普及。其工作原理基于万物皆辐射热辐射这一事实以及斯蒂芬-玻尔兹曼定律（该定律指出黑体单位面积辐射的能量与其温度的四次方成正比）。.
热电堆传感器采用一层薄薄的隔热膜，该隔热膜与多个微型热电偶串联。由于隔热膜的热容量低，因此可以快速升温，从而实现连续测量。参考热敏电阻用于确定冷端温度，以生成绝对温度读数。超导磁体半导体（SMEM）结构常用于实现传感器的微型化，并将其集成到便携式设备（例如手机）中。.
基于这项技术的新型设备之一是 Melexis MLX90632微型非接触式红外传感器。该传感器出厂时已校准，环境温度范围为-20至85°C，物体温度范围为-20至200°C。测量温度是传感器50°视场角(FoV)内所有物体温度的平均值。Melexis的这款设备采用了复杂的补偿算法，以确保测量结果的准确性。这款超小型传感器包含一个用于测量物体能量的热电堆，以及一个用于记录传感器自身温度的传感元件。这两个读数在存储到RAM之前都会经过放大、数字化和数字滤波处理，然后通过I²C通信接口。
概括
温度看似简单，却是我们测量的最关键参数之一。它对于监测环境、评估机器性能以及在医疗保健领域都至关重要。本文简要概述了各种可用于热控制的方法和设备（并分析了它们的优缺点），旨在帮助工程师为特定应用选择最佳方案。.
