2020年這場突如其來的疫情打亂了我們的生活也攪亂了半導體產業鏈，現在到處都是尋找額溫槍的資訊，價格被炒至數倍。這直接影響到上游元器件的搶購，尤其是作為其核心的紅外溫度感測器，更是出現了斷貨。很多人好奇為什麼額溫槍會缺貨那麼嚴重？一個電路簡單也沒什麼智慧的小產品，為什麼就不能大量生產？好吧，看完這個小文你就會明白了。

01 關於紅外熱電堆感測器

紅外熱電堆感測器廣泛應用於非接觸式溫度測量應用中，例如：耳溫槍、額溫槍、固定式溫度探頭等。是其中重要的部件之一

任何物體只要在絕對零度以上時，都會以一定的波長向外輻射能量，只是在低溫段的輻射能量很弱。常溫下，自然界的所有物體都是紅外輻射的發射源，只是紅外輻射的波長不同。

非接觸式測溫感測器就是利用物體的輻射能量隨溫度而變化的原理製成的。

熱電偶原理

談熱電堆之前我們先聊聊熱電偶，熱電偶（thermocouple）是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，並把溫度訊號轉換成熱電動勢訊號，然後再轉換成被測介質的溫度。熱電偶就是基於塞貝克效應發明的。

熱電偶主要有半導體熱電偶和金屬熱電偶兩大類。雖然半導體的Seebeck效應比金屬的強得多，但是在較高溫度下使用的熱電偶則往往是金屬熱電偶。

其工作原理是把兩根不同材料的兩個端頭焊接（電焊、銅焊或錫焊）起來，即構成一個熱電偶。當一個端頭較熱、另一個端頭較冷時，由於Seebeck效應即將在熱電偶的開路端產生出溫差電動勢（在閉路熱電偶中產生出溫差電流）；因為產生的溫差電動勢與兩個端頭之間的溫度差（溫度梯度）成正比（比例係數為Seebeck係數），所以，如果固定一個端頭（參考極）的溫度不變，那麼由熱電偶的溫差電動勢大小即可得知另一個端頭（感測器）的溫度，從而可把熱電偶作為溫度感測器使用。

由於熱電效應中電壓的大小取決於金屬的種類，因此在電路中使用不同的金屬會產生不同的電壓，這個電壓被稱為熱電勢，當熱電偶的正負極材料都確定以後，熱電勢的大小隻與熱電偶的兩端溫度有關。

熱電偶一般根據材料不同分為如下幾類：

S型：鉑銠10合金/鉑

這是一種貴金屬熱電偶，鉑銠10合金（鉑佔90%，銠佔10%）為正極，鉑為負極。電極直徑通常為0.5mm，長期使用溫度可達1300℃，短期使用可達1600℃,有很好的復現性和穩定性，在國際適用溫標中在630.74～1064.43℃範圍內用它做標準儀器。這種熱電偶的熱勢率較小，平均靈敏度為0.009mV/℃左右。價格貴，非線性大，不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用，在真空中可以短暫使用。

B型：鉑銠30合金/鉑銠6合金

長期使用的最高溫度可達1600℃，短期可達1800℃。效能穩定，測試準確度較高，適宜於氧化性介質和中性介質中使用，不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用。熱電勢率比S型的更小。

K型：鎳鉻合金或鎳鋁合金

這是最常用的熱電偶。溫度量程自−200℃到+1200℃。磁性。敏感度41 µV/℃。

E型：鎳鉻合金或銅鎳合金

高輸出（68 µV/℃），非磁性。

J型：鐵或銅鎳合金

有限量程（−40至+750℃），不可用於760℃以上，敏感度約為52 µV/℃。

T型：銅或銅鎳合金

有限量程（−250至+350℃），敏感度約為43 µV/℃。

N型：鎳鉻矽合金或鎳矽合金

高穩定性，抗高溫氧化。可用於高於1200℃。900℃時，敏感度39 µV/℃，略低於K型。

熱電偶的優點：結實耐用、價格低廉、使用方便、覆蓋溫度範圍寬廣，故被廣泛地用作為溫度感測器。

熱電偶的缺點：靈敏度較低；精度低；需要參考溫度；響應速度慢（為ms數量級）。

好了馬上就到我們的主角了---熱點堆感測器。

02 紅外熱電堆的崛起

原理

熱釋紅外線感測器——紅外熱電堆，是能把溫差轉化成電能的一種感測器。

結構上，熱電堆感測器通常由串聯（或偶爾並聯）的大量熱電偶組成，以將電壓升至有意義的量。原理上，熱電堆基於塞貝克效應，其輸出電壓取決於熱電偶結與基準結之間的溫度差。

兩種具有不同塞貝克係數的材料相互串接構建的閉環迴路(即一對熱電偶)，兩串接處中溫度較高的一端通常被稱作“熱結”，較低的一端被稱作“冷結”，材料中載流子沿著溫度梯度降低的方向移動，引起電荷積累在冷結處，此時迴路中便有熱電勢產生。

這是基本原理，實際上，我們的額溫槍中的紅熱電堆感測器要複雜的多，它是採用矽基微加工工藝，在矽片支撐層上排布熱電堆的若干個熱電偶，把這些熱電偶串聯起來，就構成熱電堆晶片。

在熱電堆應用和選型中，要注意以下幾個點：1、線性；2、響應時間 3、電氣噪聲 4、引線電阻 5、成本等

應用

熱電堆紅外感測器市場細分為醫療裝置，IoT智慧家居等。

醫療裝置

物聯網智慧家居

工業用途，氣體分析裝置，工業和採礦業的溫度監測裝置

小家電：團圓時刻少不了美食，整合灶引領者優質電熱偶熄火來保護

03 紅外熱電堆的市場和技術發展

全球熱電堆紅外感測器的平均成本受全球趨勢的影響。如果原材料價格上漲，平均成本將呈上升趨勢。熱電堆紅外感測器市場規模將從2019年的1.76億美元增長到2026年的3.99億美元，2019年至2026年的複合年增長率為12.5％。

2020年的資料是基於歷史資料以及行業專家，製造商，分銷商和終端使用者等的綜合檢視得出的估計值。

自上而下和自下而上的方法用於驗證全球熱電堆紅外感測器的市場規模，並估計公司，區域劃分，產品型別和應用（終端使用者）的市場規模。

熱電偶材料

熱電效應歷史悠久。透過熱電偶的熱電電壓進行溫度測量是現代科學和社會的基礎。一個最受關注的傑出例子就是使用放射性同位素熱電發電機為美國宇航局（NASA）探索太陽系的任務提供動力（如已經實施了40多年旅行者任務，Voyager missions）。

由於較高的熱電響應，這種發電機（或冷卻器）通常使用摻雜的半導體材料。儘管具有優秀的可靠性，但與傳統的熱機相比，熱電裝置的效率仍然較低。

21世紀以來，在概念和技術上的進步使得材料的熱電優值zT（即材料的熱電效率）顯著提高，並令人們重新考慮熱電裝置在提升能耗整體效率，如回收低階廢熱的可行性。除了zT方面的考慮之外，要想從縱向熱電發電機中獲得較大的輸出電壓，需要將許多不同的材料，在電學上串聯、熱學上並聯，設計十分複雜。而橫向能斯特發電機則可以避免這種設計上的複雜性。

在電導體中，最著名的橫向響應莫過於霍爾效應：當電流垂直於外磁場透過半導體時，載流子發生偏轉，垂直於電流和磁場的方向會產生一附加電場，從而在半導體的兩端產生電勢差（圖1c）。能斯特效應與其類似，但是它是由熱梯度而不是電流驅動的。因此，能斯特效應在橫向幾何形狀中提供了直接的熱電能量轉換，但是能斯特發電機的材料效能指標（最佳zT≈0.001）比縱向熱電發電機（最佳zT≈2）差得多。

而尋求具有內部磁場的材料，從而擺脫對外部磁場的依賴（即尋求具有反常霍爾效應或是反常能斯特效應的材料），目前來看是最具可行性的。這種內部磁場可以源自有序的磁矩或是被稱為Berry相（由電子結構的拓撲相產生）的虛擬場。在鐵磁體中，反常霍爾效應通常與磁化率成正比。由於拓撲結構對電子特性的影響，可以預料，某些（拓撲）材料有望具有較大的反常霍爾效應或是反常能斯特效應。

04 品牌推薦（JMS Southeast）

JMS是美國著名的工業自動化儀表，控制系統整合公司，主要生產小型及工業熱電偶，塑膠工業感測器，熱電阻，衛生和特殊感測器，熱電偶和熱電阻補償導線，顯示錶，溫度變送器，熱電偶插頭等產品。

JMS Southeast成立於1980年，在其多年的運營，它已經獲得了來自OEM和工業客戶的強大的客戶，他們的生產取決於質量和溫度測量的一致性。JMS已經被認可和3-A衛生標準授權制造最高質量的熱電阻，熱電偶和熱套管為製藥，乳品，食品飲料等行業。JMS主要產品：JMS熱電偶、JMS溫度感測器、JMS變送器、JMS感測器、JMS熱敏電阻

05 產品推薦

特點:

PC可程式設計：

攜帶一個4-20米A直接從RTD到您的PLC，沒有特殊的裝置。

可用於固定浸沒和彈簧載入的熱井！！

快速-n-克萊恩M12連線，便於更換。

用M12聯結器額定的NEMA6P(IP67。

理想的大多數應用程式從-60到320°F。環境溫度限制-40至185°F。

緊密結合的氧化鉻層，加上氧化鋁的自然惰性，提供了保護管，具有顯著的抗氧化和腐蝕性氣氛超過2200°F。윆高的熱導率和對溫度變化的敏感性使其成為用於監測或控制高溫環境的熱電偶的極好選擇。윆在許多高溫金屬熔化的溫度下具有很大的強度。在2800°F以上，它開始軟化，變成塑膠。壓塊少多孔。在高溫下，除了在高真空下，氣體沒有明顯的透過身體。對於大多數工業應用來說足夠不滲透。윆優於“直陶瓷”在抗熱和機械衝擊。

管架感測器

磁鐵熱電偶，拉力可達 100+磅