“热电堆”红外脱销，成为行业新宠,量产难点在哪里？

2020年这场突如其来的疫情打乱了我们的生活也搅乱了半导体产业链，现在到处都是寻找额温枪的信息，价格被炒至数倍。这直接影响到上游元器件的抢购，尤其是作为其核心的红外温度传感器，更是出现了断货。很多人好奇为什么额温枪会缺货那么严重？一个电路简单也没什么智能的小产品，为什么就不能大量生产？好吧，看完这个小文你就会明白了。

01 关于红外热电堆传感器

红外热电堆传感器广泛应用于非接触式温度测量应用中，例如：耳温枪、额温枪、固定式温度探头等。是其中重要的部件之一

任何物体只要在绝对零度以上时，都会以一定的波长向外辐射能量，只是在低温段的辐射能量很弱。常温下，自然界的所有物体都是红外辐射的发射源，只是红外辐射的波长不同。

非接触式测温传感器就是利用物体的辐射能量随温度而变化的原理制成的。

热电偶原理

谈热电堆之前我们先聊聊热电偶，热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，然后再转换成被测介质的温度。热电偶就是基于塞贝克效应发明的。

热电偶主要有半导体热电偶和金属热电偶两大类。虽然半导体的Seebeck效应比金属的强得多，但是在较高温度下使用的热电偶则往往是金属热电偶。

其工作原理是把两根不同材料的两个端头焊接（电焊、铜焊或锡焊）起来，即构成一个热电偶。当一个端头较热、另一个端头较冷时，由于Seebeck效应即将在热电偶的开路端产生出温差电动势（在闭路热电偶中产生出温差电流）；因为产生的温差电动势与两个端头之间的温度差（温度梯度）成正比（比例系数为Seebeck系数），所以，如果固定一个端头（参考极）的温度不变，那么由热电偶的温差电动势大小即可得知另一个端头（传感器）的温度，从而可把热电偶作为温度传感器使用。

由于热电效应中电压的大小取决于金属的种类，因此在电路中使用不同的金属会产生不同的电压，这个电压被称为热电势，当热电偶的正负极材料都确定以后，热电势的大小只与热电偶的两端温度有关。

热电偶一般根据材料不同分为如下几类：

S型：铂铑10合金/铂

这是一种贵金属热电偶，铂铑10合金（铂占90%，铑占10%）为正极，铂为负极。电极直径通常为0.5mm，长期使用温度可达1300℃，短期使用可达1600℃,有很好的复现性和稳定性，在国际适用温标中在630.74～1064.43℃范围内用它做标准仪器。这种热电偶的热势率较小，平均灵敏度为0.009mV/℃左右。价格贵，非线性大，不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽的气氛中使用，在真空中可以短暂使用。

B型：铂铑30合金/铂铑6合金

长期使用的最高温度可达1600℃，短期可达1800℃。性能稳定，测试准确度较高，适宜于氧化性介质和中性介质中使用，不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽的气氛中使用。热电势率比S型的更小。

K型：镍铬合金或镍铝合金

这是最常用的热电偶。温度量程自−200℃到+1200℃。磁性。敏感度41 µV/℃。

E型：镍铬合金或铜镍合金

高输出（68 µV/℃），非磁性。

J型：铁或铜镍合金

有限量程（−40至+750℃），不可用于760℃以上，敏感度约为52 µV/℃。

T型：铜或铜镍合金

有限量程（−250至+350℃），敏感度约为43 µV/℃。

N型：镍铬硅合金或镍硅合金

高稳定性，抗高温氧化。可用于高于1200℃。900℃时，敏感度39 µV/℃，略低于K型。

热电偶的优点：结实耐用、价格低廉、使用方便、覆盖温度范围宽广，故被广泛地用作为温度传感器。

热电偶的缺点：灵敏度较低；精度低；需要参考温度；响应速度慢（为ms数量级）。

好了马上就到我们的主角了---热点堆传感器。

02 红外热电堆的崛起

原理

热释红外线传感器——红外热电堆，是能把温差转化成电能的一种传感器。

结构上，热电堆传感器通常由串联（或偶尔并联）的大量热电偶组成，以将电压升至有意义的量。原理上，热电堆基于塞贝克效应，其输出电压取决于热电偶结与基准结之间的温度差。

两种具有不同塞贝克系数的材料相互串接构建的闭环回路(即一对热电偶)，两串接处中温度较高的一端通常被称作“热结”，较低的一端被称作“冷结”，材料中载流子沿着温度梯度降低的方向移动，引起电荷积累在冷结处，此时回路中便有热电势产生。

这是基本原理，实际上，我们的额温枪中的红热电堆传感器要复杂的多，它是采用硅基微加工工艺，在硅片支撑层上排布热电堆的若干个热电偶，把这些热电偶串联起来，就构成热电堆芯片。

在热电堆应用和选型中，要注意以下几个点：1、线性；2、响应时间 3、电气噪声 4、引线电阻 5、成本等

应用

热电堆红外传感器市场细分为医疗设备，IoT智能家居等。

医疗设备

物联网智能家居

工业用途，气体分析设备，工业和采矿业的温度监测设备

小家电：团圆时刻少不了美食，集成灶引领者优质电热偶熄火来保护

03 红外热电堆的市场和技术发展

全球热电堆红外传感器的平均成本受全球趋势的影响。如果原材料价格上涨，平均成本将呈上升趋势。热电堆红外传感器市场规模将从2019年的1.76亿美元增长到2026年的3.99亿美元，2019年至2026年的复合年增长率为12.5％。

2020年的数据是基于历史数据以及行业专家，制造商，分销商和最终用户等的综合视图得出的估计值。

自上而下和自下而上的方法用于验证全球热电堆红外传感器的市场规模，并估计公司，区域划分，产品类型和应用（最终用户）的市场规模。

热电偶材料

热电效应历史悠久。通过热电偶的热电电压进行温度测量是现代科学和社会的基础。一个最受关注的杰出例子就是使用放射性同位素热电发电机为美国宇航局（NASA）探索太阳系的任务提供动力（如已经实施了40多年旅行者任务，Voyager missions）。

由于较高的热电响应，这种发电机（或冷却器）通常使用掺杂的半导体材料。尽管具有优秀的可靠性，但与传统的热机相比，热电设备的效率仍然较低。

21世纪以来，在概念和技术上的进步使得材料的热电优值zT（即材料的热电效率）显著提高，并令人们重新考虑热电设备在提升能耗整体效率，如回收低级废热的可行性。除了zT方面的考虑之外，要想从纵向热电发电机中获得较大的输出电压，需要将许多不同的材料，在电学上串联、热学上并联，设计十分复杂。而横向能斯特发电机则可以避免这种设计上的复杂性。

在电导体中，最著名的横向响应莫过于霍尔效应：当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差（图1c）。能斯特效应与其类似，但是它是由热梯度而不是电流驱动的。因此，能斯特效应在横向几何形状中提供了直接的热电能量转换，但是能斯特发电机的材料性能指标（最佳zT≈0.001）比纵向热电发电机（最佳zT≈2）差得多。

而寻求具有内部磁场的材料，从而摆脱对外部磁场的依赖（即寻求具有反常霍尔效应或是反常能斯特效应的材料），目前来看是最具可行性的。这种内部磁场可以源自有序的磁矩或是被称为Berry相（由电子结构的拓扑相产生）的虚拟场。在铁磁体中，反常霍尔效应通常与磁化率成正比。由于拓扑结构对电子特性的影响，可以预料，某些（拓扑）材料有望具有较大的反常霍尔效应或是反常能斯特效应。

04 品牌推荐（JMS Southeast）

JMS是美国著名的工业自动化仪表，控制系统集成公司，主要生产小型及工业热电偶，塑料工业传感器，热电阻，卫生和特殊传感器，热电偶和热电阻补偿导线，显示表，温度变送器，热电偶插头等产品。

JMS Southeast成立于1980年，在其多年的运营，它已经获得了来自OEM和工业客户的强大的客户，他们的生产取决于质量和温度测量的一致性。JMS已经被认可和3-A卫生标准授权制造最高质量的热电阻，热电偶和热套管为制药，乳品，食品饮料等行业。JMS主要产品：JMS热电偶、JMS温度传感器、JMS变送器、JMS传感器、JMS热敏电阻

05 产品推荐

特点:

PC可编程：

携带一个4-20米A直接从RTD到您的PLC，没有特殊的设备。

可用于固定浸没和弹簧加载的热井！！

快速-n-克莱恩M12连接，便于更换。

用M12连接器额定的NEMA6P(IP67。

理想的大多数应用程序从-60到320°F。环境温度限制-40至185°F。

紧密结合的氧化铬层，加上氧化铝的自然惰性，提供了保护管，具有显著的抗氧化和腐蚀性气氛超过2200°F。윆高的热导率和对温度变化的敏感性使其成为用于监测或控制高温环境的热电偶的极好选择。윆在许多高温金属熔化的温度下具有很大的强度。在2800°F以上，它开始软化，变成塑料。压块少多孔。在高温下，除了在高真空下，气体没有明显的通过身体。对于大多数工业应用来说足够不渗透。윆优于“直陶瓷”在抗热和机械冲击。

管架传感器

磁铁热电偶，拉力可达 100+磅