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熱電偶(Thermocouple)與熱電阻(RTD)溫度計差異及應用

熱電偶與熱電阻溫度計差異
 
溫度測量原理

Measurement Theory

熱電偶(Thermocouple)、熱電阻(RTD)

　　在工業及製造業領域中，溫度量測是很重要的製程控管條件。準確的溫度測量可以確保產品品質、提高生產效率、保障設備安全運行，並滿足法規要求。例如，在製藥行業中，溫度控制直接影響藥品的有效性和安全性；在食品加工中，溫度測量確保食品在安全的溫度範圍內處理，防止細菌滋生。本篇我們將對電阻（RTD）和熱電偶（TC）兩種常見的溫度量測技術進行說明，並詳細解釋它們的測量原理、適用範圍及應用領域，並推薦您合適的對應產品。
 
溫度測量原理
 
討論重點項目：
－ 熱電偶(Thermocouple)溫度計測量原理
－ 熱電阻(RTD)溫度計測量原理
－ TC及RTD比較表
－ Endress+Hauser 溫度計項目說明

熱電偶(Thermocouple)溫度計測量原理
　　熱電偶（Thermocouple）溫度計是利用賽貝克效應（Seebeck Effect）來運作的。當兩種不同的金屬在接點處發生溫度變化時，會產生電壓差，電壓差和溫度差成正比，因此可以用來測量溫度變化。具體來說，熱電偶會由兩種不同金屬（例如鎳鉻和鎳）來組成，將兩種金屬設計為一端接合，形成測量接點，另一端則保持在參考溫度。當測量接點的溫度發生變化時，會產生相應的電壓差，這個電壓差通過熱電偶的校準曲線轉換為溫度讀數。由於熱電偶測量的是測量點與參考點之間的溫度差，因此需要知道參考點的溫度才能確定測量點的絕對溫度。
　　這樣的技術適用於廣泛的溫度範圍，特別是高溫測量，且具備了有快速的反應時間和高度的耐用性。Endress+Hauser的Thermocouple(TC)系列溫度電極就是利用這樣的測量原理，適用於高溫、高壓和腐蝕性介質設計，能夠在嚴苛的環境中提供可靠的溫度測量。
 
熱電偶溫度計原理 　　 不同類型的熱電偶溫度計
 
　　另外，熱電偶（Thermocouple）根據不同的金屬組合分為多種類型，其中最常見的包括K型、J型和T型。每種類型的熱電偶都有其特定的溫度範圍和應用特性。
 
  • -   K型：
  • 　正極為鎳鉻合金（Chromel），負極為鎳鋁合金（Alumel)；適用溫度範圍-200~1250 °C
  • 　具有高度的耐用性和廣泛的溫度範圍，可應用在具有氧化或腐蝕情況的環境
  • 　iTHERM TAF16高溫熱電偶溫度計適用具有金屬或陶瓷保護管，能在高達1700°C的溫度下運行，如水泥生產、鋼鐵處理和焚化爐...等
  •  
  • -   J型：
  • 　正極為鐵（Iron），負極為銅鎳合金（Constantan）；適用溫度範圍0~750 °C
  • 　適合在真空、還原氣氛或惰性氣體環境中使用。但在高溫下鐵會氧化，因此不適合應用在高溫氧化環境
  • 　iTHERM TSC310 電纜式熱電偶溫度計適用於機械設備、實驗室和工廠中的氣體或液體介質溫度測量
  •  
  • -   T型：
  • 　正極為銅（Copper），負極為銅鎳合金（Constantan）；適用溫度範圍-250~370 °C
  • 　適合低溫測量，具有高靈敏度和良好的穩定性
  • 　iTHERM TH51通用型熱電偶溫度計適用於各種工業過程，包含重工業

熱電偶（Thermocouple）優勢
- 廣的溫度範圍，可以測量從-270°C到+1820°C的溫度範圍，特別適合高溫測量
- 反應快速，適合動態溫度測量
- 高振動耐受性，在高振動環境中表現出色
- 成本較低，相比RTD，熱電偶的成本更低
- 堅固耐用，特別適合嚴苛環境

 
熱電阻(RTD)溫度計測量原理
　　熱電阻（RTD）溫度計是利用金屬電阻隨溫度變化的特性來運作，當金屬的溫度上升時，其電阻也會增加。具體來說，RTD通常會使用鉑金（如Pt100），其電阻在0°C時為100歐姆。當溫度變化時，金屬的電阻會隨著改變，利用電阻變化轉換為溫度數值。RTD適用於-200°C至+850°C的溫度範圍，特別適合用在中低溫度的精確測量。RTD因為其高精度和穩定性，廣泛應用於需要精確溫度控制的領域，例如製藥、食品加工、HVAC系統和實驗室環境中。Endress+Hauser的iTHERM TrustSens 系列電極具有自我校準功能，適合高精度要求的應用，其高穩定性和可靠性使其成為製藥和食品行業的理想選擇。


RTD溫度電極　　TrustSens電極
 

　　其中Pt100和Pt1000是最常見的鉑金屬RTD溫度電極，它們主要差異在於在0°C時的標準電阻值：
 
  • -   PT100：0°C時的標準電阻為100歐姆阻；廣泛應用於工業領域，適合3線和4線的配置
  • 　推薦品項：
  • 　1.iTHERM TM311：是緊湊型Pt100溫度電極，適用於工業、衛生型和無菌應用。提供4線式連接或智能溫度變送器，具有4-20 mA、
  • 　　IO-Link或Swich輸出。該電極具有TipSens技術，提供快速的反應時間（t90僅為1.5秒），可以確保最佳的過程控制
  • 　2. TMR31：緊湊型Pt100溫度電極，設計小巧，完全由不銹鋼製成，具有極短的響應時間和高測量精度，適用於-50~2000°C，特別
  • 　　適用於工業應用中的罐體和管道溫度測量，具有4-20 mA輸出
  •  
  • -   PT1000：0°C時的標準電阻為1000歐姆阻；適合2線配置，因為其較高的電阻使得導線電阻對測量的影響較小，通常只有薄膜結構，
  • 　因為功耗較低因此減少了自熱效應，適合需要低功耗、長導線的應用以及電池供電的設備
  •  
  •  
熱電阻（RTD）優勢
- 高精度，RTD在中低溫範圍內提供極高的測量精度，適合需要精確溫度控制的應用。
- 具有良好的長期穩定性和重複性，確保測量結果的一致性
- 其溫度-電阻關係接近線性，便於校準和解釋測量數據
- RTD的自熱效應較低，減少了測量誤差
- RTD在多種工業環境中表現出色，適合製藥、食品加工和HVAC系統等應用。

 

TC及RTD比較表：
特性/優勢 熱電偶溫度計(TC) 熱電阻溫度計(RTD)
測量原理 利用賽貝克效應，使兩種不同金屬在接點處產生電壓差 利用金屬電阻隨溫度變化的特性
溫度範圍 -270°C至+1820°C -200°C至+850°C
反應時間 快速 中等
精度 中等 高
穩定性 中等 高
線性度 非線性 接近線性
耐用性 高，適合苛刻環境 高，適合多種工業環境
成本 較低 較高
自熱效應 無 低
建議使用領域 高溫測量、動態溫度測量、苛刻環境 中低溫測量、精確溫度控制、長期穩定性要求高的應用
建議使用產業 鋼鐵、化工、石油和其他大多數的工業領域 製藥、食品加工、半導體行業、實驗室環境

 

Endress+Hauser 溫度計項目說明：
E+H溫度計項目說明
 
　　值得特別注意的是，雖然市面上有許多價格相對便宜的台製溫度計，但考慮Endress+Hauser在準確度、可靠性及品牌價值上更具有顯著優勢，建議若溫度控管是製程上的關鍵影響因素，使用高準確度的溫度計可以更精準地控制製程，確保每一批產品都符合最高標準，減少次品率和生產損失。優質的溫度計能夠提供更穩定和可靠的性能，降低維護成本和停機時間。因此，選擇高品質的溫度計不僅是對產品質量的保證，也是對整體生產效益的提升。
 
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