感溫棒是什麼?熱電偶及RTD接線有何差異?如何挑選、K、N、S、E、JType?

一般習慣將熱電偶 (Thermocouple) 與測溫電阻體 (RTD),皆稱為感溫棒,但實際上為兩種不同的東西。此頁面討論主要是熱電偶的接線種類,而不是測溫電阻體,若有造成您的誤解,敬請見諒。

感溫棒(熱電偶)因為其測量範圍廣且通用,更重要的是造價便宜(不含貴金屬的型式),使感溫棒(熱電偶)成為最受喜愛的溫度測量儀器。現今感溫棒(熱電偶)有著許多不同的接線種類,因每種的輸出訊號不同,所以在安裝時需考慮原本的設備是用哪種熱電偶。而在設計設備時,該怎麼選擇適合的呢?以下整理出各種熱電偶的接線種類,供您參考。

K Type為最廣為使用的熱電偶型式,因為其造價便宜,且可量測的範圍很廣(自 -200°C 到 +1000°C)。K Type 的敏感度為 41 μV/°C,容易被偵測,且在高溫時不會給系統造成過大的負荷。一般而言,除非有什麼特殊需求,不然都會選擇用 K Type。

E Type 因為其輸出較高(68 μV/°C),所以比較適合用於量測低溫,最低可以量測接近絕對零度,一般在使用 -200°C ~ 900°C 為主。此外,因兩端點皆沒有磁性,因此無法用磁鐵來分辨正負極。

3. J Type(J型、鐵或銅鎳合金)

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(-40 to +750°C),而被 K Type 取代。敏感度為 52 μV/°C。J Type 不能用於超過 760°C 的情況,因為其磁性會突然轉變,會造成永久性的精準度下降。

有著高穩定性及高溫抗氧化性,常應用在高溫測量。敏感度為 39 μV/°C,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。測量範圍為 -200°C 到 +1200°C。

最適合用在測量低溫的熱電偶,敏感度為 43 μV/°C。T 型熱電偶具靈敏度高、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。但因 T 型熱電偶的正極銅在高溫下抗氧化性能差,故使用溫度上限受到限制,一旦超過 400°C 就容易導致正極氧化而損壞。測量範圍為 -250 至 +350°C。

這三種形式相當接近,都適合用來量測高溫,穩定性高,但因為其成本過高,所以一般不太常使用。S Type 因為它的穩定性、響應速度、靈敏度是三者之中最高的,常被做為校正用熱電偶。長期使用溫度可達 1300°C,短期使用可達 1600°C。B Type 為比較耐用的熱電偶,但因為其溫度/電壓的曲線,所以不常使用。R Type 雖然跟 S Type 很接近,可用於測量更高的溫度,但其造價較貴,且需加裝保護管等其他保護,因此不常被使用。

為方便您比較各種型式的熱電偶之輸出訊號差異,我們整理如右表:

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