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在現代工業中，溫度不僅僅是環境指標，更是製程穩定性與品質控制的核心關鍵。例如在AI晶片的製造與測試過程中，溫度控制精度直接關係到晶片運作的穩定性與壽命。不只是在半導體產業，像是能源與環保領域也同樣仰賴穩定的溫度感測技術，以太陽能熱水器為例，其運作原理依賴太陽輻射將集熱板加溫，再透過導熱管將熱能傳遞至水箱。但若無準確的溫度監控，將難以控制加熱效率，甚至可能因過熱導致管路或儲水槽損壞。此外，天氣多變或日照不足時，系統必須即時調整加熱策略，這些判斷都需依賴穩定且靈敏的溫度量測資料。
溫度感測雖然看似簡單，實際上卻需面對極端環境、高速反應、長期穩定性等多項挑戰。為滿足不同工業需求，目前最常見的兩種溫度測量技術分別是熱電偶（Thermocouple）與電阻式溫度感測器（RTD, Resistance Temperature Detector）。它們各有優勢，應用場景也有所差異。
我們將深入探討這兩種技術的原理、特性與應用，協助讀者在實務選型時做出最合適的判斷。
熱電偶（Thermocouple）
熱電偶（Thermocouple）是一種利用兩種不同金屬導體接合處的溫度差來產生電壓的溫度感測元件，這種現象稱為塞貝克效應（Seebeck Effect）。當熱電偶的兩端分別處於不同的溫度環境中時，金屬間會產生微小的熱電勢，透過量測這個電壓差就可以推算出溫度。由於其結構簡單、反應快速且能耐高溫，熱電偶在各類工業環境中被廣泛使用，特別是用於高溫製程、動態溫度變化快速的系統或安裝空間受限的應用場景。
熱電偶的最大優勢在於耐用性與廣泛的量測範圍，某些型號可以承受超過1000°C的極端高溫，因此特別適合用於冶金爐、鍋爐、引擎排氣系統等環境。另外，它的成本相對低廉、結構堅固，即使在劇烈震動或惡劣條件下也能穩定運作。然而，熱電偶也有其缺點，例如測量精度不如RTD，容易受到外部電磁干擾影響，以及必須搭配冷端補償電路來修正熱電勢的準確性。
以下是幾種常見的熱電偶型號及其主要特性：
| 熱電偶型號 | 導體材質 | 溫度範圍（約） | 特性說明 |
|---|---|---|---|
| K型 | 鉻鎳-鋁鎳 | -200°C ~ 1260°C | 最常見的通用型，價格低廉，耐氧化，反應快速 |
| J型 | 鐵-銅鎳 | -40°C ~ 750°C | 精度佳但易氧化，適用於真空或還原性氣氛 |
| T型 | 銅-銅鎳 | -200°C ~ 370°C | 適合低溫環境，如冷藏或冷鏈系統，穩定性佳 |
| E型 | 鉻鎳-銅鎳 | -200°C ~ 900°C | 輸出電壓較高，靈敏度佳，適用於需要高解析度的量測 |
| N型 | 鎳鉻矽-鎳矽 | -200°C ~ 1300°C | 高穩定性與抗氧化性，常用於替代K型於高溫製程 |
| R/S型 | 鉑銻-鉑 | 0°C ~ 1600°C | 精度高、壽命長但價格昂貴，適用於高端科學或半導體應用 |
每種型號因材料與熱電勢不同，其適用溫度範圍與抗環境干擾能力亦有所差異。以K型熱電偶最為常見，廣泛用於自動化設備與工業爐溫控系統；而在需要高準度與穩定性的場合，如半導體製程、實驗室量測等，則可能會使用R型或S型熱電偶。
總的來說，選擇合適的熱電偶不僅要考慮溫度範圍，還需要評估使用環境、耐化學性、反應速度與預算等綜合因素，才能發揮其最大效益。
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RTD（Resistance Temperature Detector，電阻式溫度偵測器）
RTD（Resistance Temperature Detector，電阻式溫度偵測器）是一種利用金屬導體電阻隨溫度變化而變化的特性來進行溫度量測的感測器。在RTD中，最常用的金屬是鉑（Platinum），因為鉑的電阻與溫度關係線性穩定、重複性高，適合用於精密測溫。當環境溫度改變時，鉑電阻值也會隨之改變，透過電路測量其電阻值，即可換算成實際溫度。
RTD最大的優點在於高精度與良好的長期穩定性，因此被廣泛應用於需要高準確度與長期穩定性的場合，例如食品加工、醫療設備、半導體製程、實驗室設備等。與熱電偶相比，RTD雖然反應速度略慢、耐溫範圍較小（通常在-200°C至850°C之間），但其高精度與低漂移特性，讓它成為許多自動化控制系統的首選。
常見的RTD型號主要有 PT100 與 PT1000，其差異如下：
| 型號 | 在0°C時的電阻值 | 特性與應用說明 |
|---|---|---|
| PT100 | 100 Ω | 最常見標準RTD，量測精準，適合絕大多數工業應用 |
| PT1000 | 1000 Ω | 較高電阻值可降低導線電阻的干擾，適合長距離傳輸或低功耗應用場景 |
PT1000的優勢在於高阻抗可以減少導線阻抗帶來的誤差，特別適合在使用2線式接法或傳輸距離較長的情況下使用。而PT100則因應用歷史悠久、支援範圍廣，仍是目前工業上使用最廣泛的RTD類型。
RTD的接線方式主要分為三種：2線式、3線式與4線式，其差異如下：
| 接線方式 | 特性說明 |
|---|---|
| 2線式 | 結構最簡單，僅兩條線連接RTD與讀取裝置，但導線電阻會直接影響測量誤差。 |
| 3線式 | 加入第三條補償線，用於抵消導線阻抗對結果的影響，是工業中最常見的接法。 |
| 4線式 | 最精確的接線方式，完全消除導線阻抗對電阻測量的影響，常用於實驗室或高精度量測設備中。 |
在實務上，如果距離短、精度要求不高，2線式可能已足夠；而大多數工業控制系統會選擇3線式作為兼顧準確性與成本的平衡方案；需要極高精度時則會選擇4線式。
總結來說，RTD是非常穩定且準確的溫度感測方式，適合對精度要求高、溫度變化緩慢的製程環境。選擇RTD時，除了考慮PT100或PT1000外，也需根據布線環境選擇合適的接線方式，以發揮其最大的量測效能。
