熱電偶|感溫棒|PT100
工業用溫度感測器又稱為「感溫棒」或是「溫度傳感器」,主要的類型包含PT100溫度感測器(Pt100 Temperature Sensor)、熱電偶(TC,Thermocouple),以及電阻溫度計(RTD,Resistance Temperature Detector)等。因為熱電偶與PT100感溫棒的測量範圍廣且價格實惠,因此在很多工業領域中被廣泛的使用,例如電子業、化學業、鋼鐵業、航太工業、焚化爐、食品業、生技業等。為了因應各產業對溫度感測器的不同需求,因此在設計、使用材料等方面會有一些差異,實務上較常見的種類及材質如以下:
- 熱電偶種類:K-type, J-type, E-type, R-type, S-type, B-type, T-type
- 電阻測溫體種類:PT-100Ω、PT-500Ω
- 材質:不鏽鋼(304、316、310、321)、模具鋼(P4)、英高鎳合金(Inconel)、哈式合金(Hastelloy-C/B)、鈷基合金(UMCo-50)、鈦等

熱電偶工作原理:
熱電偶由兩條不同材質的金屬線組合而成,於溫度量測端焊接在一起,且需避免兩條金屬裸線纏絞在一起,以避免在高溫或振動環境下鬆脫、接觸不良,進而造成溫度量測失準等問題。使用時,熱電偶的另一頭(通常為插頭狀)會連接到測溫儀器上,正負極不可插反,如此,兩條金屬線就會構成一個迴路。當熱電偶的溫度量測端發生溫度變化時,金屬線的兩個端點就會產生熱勢差,並在迴路內轉換成電壓差,進而產生電流,這種現象稱之為「熱電效應」或「Seebeck效應」,而這個電壓差則被稱之為「熱電位」。
熱電偶種類應用:
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K-type(K型、鎳鉻合金、鎳鋁合金)
K-type是常見的熱電偶型式,其敏感度為 41 µV/°C,容易被偵測,且因為價格優惠、可量測的範圍很廣(負50℃到1200℃),在高溫時不會給系統造成過大的負荷,因此K-type是目前最被廣泛使用的種類。
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J-type (J型、鐵、銅鎳合金)
為比較早期的熱電偶,目前較少使用,僅用於無法接收其他熱電偶訊號的早期設備上,因測量範圍受限制(負40到750°C),而被 K-type 取代;其敏感度為 52 µV/℃,且不能用於超過760°C 的情況,因為其磁性會突然轉變,造成永久性的精度下降。
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E Type(E型、鎳鉻合金或銅鎳合金)
E-type因為輸出較高(68 µV/°C),所以比較適合用於低溫量測,最低可以量測到接近絕對零度,一般使用範圍在負200°C到900°C為主。
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T- Type(T型、銅或銅鎳合金)
最適合用在測量低溫的熱電偶,敏感度為43 µV/℃,測量範圍為負250至350℃,具靈敏度高、溫度近似線性、重現性好、長期使用的穩定性高且價格便宜等優點。需特別注意的是,因此型的正極銅在高溫環境下抗氧化能力差,故使用溫度上限有所限制,一旦超過400℃就容易導致正極氧化而損壞。 -
N Type(N型、鎳鉻矽合金或鎳矽合金)
常應用在測量高溫,有高穩定性及高溫抗氧化性。敏感度為39 µV/℃,測量範圍為負200℃到1200℃,可以視為K-type的進階版本,一樣不含貴金屬,因此有越來越多人使用。
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B、R、S-type(貴金屬熱電偶、鉑、鉑銠合金)
這三種形式相當接近,三者皆為貴金屬熱電偶,都適合用來量測高溫。因此三型穩定性高、耐熱性高、精準度高,一般來說不太常使用。適用溫度為600到1800℃。