Transcript 電阻溫度檢測器

101年度高瞻計畫
溫度感測器介紹與應用
林宜賢老師編撰
大綱
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前言
溫度的表示方法
溫度轉換公式
常見的電子式溫度感測器
熱電偶(Thermocouple )
電阻溫度檢測器(RTD)
接觸式溫度感測器比較
參考文獻
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前言
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在人類的生活環境中；溫度伴演著極重要的角色
，工業發展對是否能掌握溫度有著絕對關係。
許多各式各樣的監控與工業級應用都會需要溫度
感測器。
熱是可傳遞的能量，兩系統間須有溫度差時方有
熱傳遞發生，而傳輸熱量的方法有以下幾種：



傳導(conduction)
對流(convection)
輻射(radiation)
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溫度的表示方法
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一般有三種：

攝氏(℃)
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
華氏(℉)
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
冰點定義為：0℃；沸點定義為：100℃。
將冰點與沸點間距離分為100格，每一格代表1℃。
冰點定義為：32℉；沸點定義為：212℉。
冰點與沸點間距離分為180格，每一格代表1℉。
凱氏(K)
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國際單位制中的溫度單位，符號是K，但不加「°」
來表示溫度。
冰點為273.15K，沸點為373.15K。
將冰點與沸點間距離分為100格，每一格代表1K。
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溫度轉換公式
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溫度轉換觀念—以攝氏華氏轉換為例
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溫度轉換公式(續)
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溫度轉換公式(續)
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轉換公式：



華氏 = 攝氏*(9/5)+32
攝氏 = (華氏-32)*5/9
凱氏=攝氏+273.15
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常見的電子式溫度感測器
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溫度感測技術一般可分為兩種

接觸式溫度感測器
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直接與被測物相接觸而測得溫度。
常用有




熱電偶(Thermocouple )
電阻溫度檢測器(RTD：Resistance Temperature Detector)
熱敏電阻 (Thermistor )
非接觸式溫度感測器

利用待測物的輻射熱來推算溫度。
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熱電偶(Thermocouple)

熱電偶是溫度測量中應用最廣泛的溫度器件，它
的主要特點




測量範圍廣(-185。C到2800。C(或-300。F到5072。
F)。
低廉的轉換器，容易製造裝配及安裝。
性能比較穩定，便於自動控制和集中控制。
熱電偶缺點是非線性輸出，但是現代的儀器多半具
有線性化電路以記錄輸出電壓，並可直接讀出溫度
值。
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熱電偶原理
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由湯馬士、席貝克在 1821年於含有鉍與不是銅就
是銻之電路的電磁實驗中發現的。發現由兩種不
同做成的接點加熱時，會產生一個電流，稱席貝
克電位（Seebeck potential）。
經過十年，柏克勒爾（ A.C.Becquerel）發現此
種熱電性可以用來量測溫度。
現在稱席貝克 --柏克勒爾（SeebeckSeebeck-BecqerelBecqerel）接點為熱電偶。
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熱電偶原理(續)
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將兩種不同之金屬接在一起，而升高其接合點
之溫度時，即產生電壓而使電流流動。
例如，將銅與銅鎳之合金(constantan)接合在一起
時，若與另一端之溫度差為 1000C時，將產生
5mv左右之電壓。
這種電壓稱為熱電動勢(thermoelectromotive
force)。能產生熱電動勢的接合在一起的這兩
種金屬稱為熱電偶，可被應用於熱電偶溫度計
等上面。
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熱電偶原理(續)
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各型熱電偶
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熱電偶的測溫點在於兩種不同金屬所連接的熱接
點，下表中並依照各Type產生電動勢（Emf）由
大至小排列，電動勢越大，則顯示速度與準確度
越高，目前業界常用E型與K型，國人自製則以K
型為主。
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熱電偶溫度測線與測棒

熱電偶是溫度測量中應用最廣泛的溫度器件，它
的主要特點就是測量範圍廣，性能比較穩定，便
於自動控制和集中控制。
K型熱電偶溫度測線
K型長型熱電偶溫度測棒
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電阻溫度檢測器(RTD)
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RTD：Resistance Temperature Detector)
RTD主要利用金屬的自然特性，即金屬電阻隨温
度的增加而增加。
絕大多數RTD由鉑、鎳，或者銅等材料製成，通
過對鉑或者銅合金的成分進行嚴格控制，可以使
其電阻係數變得非常精確。
RTD這類的電阻性感測感測器，以白金為目前最
安定之溫度感測器，而最常見的為Pt-100。
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電阻溫度檢測器-Pt100
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在 0°C時，阻值為 100Ω的白金感溫電阻，已被視
為各種金屬感溫電阻的標準規格，簡稱為 Pt100
。
Pt100中有各種不同的產品，以適合不同溫度範圍
的量測。
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電阻溫度檢測器-Pt100 (續)
精密型PT100溫度計
PT100表面型溫度計
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熱敏電阻(Thermistor)
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熱敏電阻：是指對熱
十分敏感的電阻體，
此類元件在溫度改變
時，其電阻值會有很
大的變化。
由已蒸發的薄膜，碳
或碳的混合物，或者
是由銅、鈷、錳、鎂
、鎳或鈾的氧化物形
成之像陶瓷的半導體
製作而成的。
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熱敏電阻(Thermistor) (續)
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可分為：

負溫度係數(簡稱NTC：Negative Temperature
Coefficient)熱敏電阻


正溫度係數(簡稱PTC：Positive Temperature
Coefficient)熱敏電阻


電阻值會隨溫度的上升而減少。
電阻值會隨溫度的上升而增加。
臨界溫度係數(簡稱CTR ：Critical Temperature
Resistor )熱敏電阻

具有負電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度
的增加激劇減小，具有很大的負溫度系數。
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各種熱敏電阻的特性曲線圖
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各種熱敏電阻的外觀形狀

是熱敏電阻器可以形成各種不同的形狀，應用更
為寬廣。
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各種熱敏電阻的外觀形狀(續)
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熱敏電阻主要缺點
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電阻值與溫度的關係非線性嚴重。
元件的一致性差，互換性差。
元件易老化，穩定性較差。
除特殊高溫熱敏電阻外，絕大多數熱敏電阻僅適
合0～150℃範圍，使用時必須注意。
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接觸式溫度感測器比較
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參考文獻
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「為什麼溫標確定後各溫度量值不變」， Yahoo!奇摩知識，
http://http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1609040506161
「熱敏電阻」，中文百科在線，
http://www.zwbk.org/zh-tw/Lemma_Show/125405.aspx
「溫度感測器」， http://elearning.stut.edu.tw/teach/sensor/temperature.htm
「感測器原理與應用」，
http://bmeweb.niu.edu.tw/lhlin/%E6%84%9F%E6%B8%AC%E5%99%A8/cha
p5_temperature_sensor.pdf
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