金屬在環境溫度變化后會產生一個相應的延伸，因此傳感器可以以不同方式對這種反應進行信號轉換。
雙金屬片式傳感器
雙金屬片由兩片不同膨脹系數的金屬貼在一起而組成，隨著溫度變化，材料A比另外一種金屬膨脹程度要高，引起金屬片彎曲。彎曲的曲率可以轉換成一個輸出信號。
雙金屬桿和金屬管傳感器
溫度傳感器隨著溫度升高，金屬管（材料A）長度增加，而不膨脹鋼桿（金屬B）的長度并不增加，這樣由于位置的改變，金屬管的線性膨脹就可以進行傳遞。反過來，這種線性膨脹可以轉換成一個輸出信號。
液體和氣體的變形曲線設計的傳感器
溫度傳感器在溫度變化時，液體和氣體同樣會相應產生體積的變化。
多種類型的結構可以把這種膨脹的變化轉換成位置的變化，這樣產生位置的變化輸出（電位計、感應偏差、擋流板等等）。
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