如何使用熱電偶有效測量溫度？
進行熱管理、溫升測試時這幾點注意事項必看！
近年來，在電動車電池、馬達、AI server等方面的技術開發上，溫度測量的應用越來越廣泛，像是熱管理與散熱改善、溫升測試、耐久測試、製程監控與長時間記錄、法規認證與安全性測試等，藉由溫度測量既可進一步改善成本效益，同時也是確保使用安全的一大關鍵。
而一般而言，要測量溫度可以使用以下幾項工具，如熱電偶、熱敏電阻、測溫電阻體、紅外線溫度計等，其中熱電偶被廣泛運用於測量部品零件的表面溫度。
然而，若根據IEC 60584所規定的Class 1熱電偶誤差容許值來看，熱電偶K Type容許值為±1.5℃※1、熱電偶T Type容許值為±0.5℃※2，再加上所使用的測量儀器的精度誤差（以本公司的產品DATA LOGGER LR8450的±0.5℃為例），可能會產生最小±1.5℃的測量誤差。這樣的誤差，導致在測量實際溫度為100℃的被測物時，測得的數值可能只有98.5℃。
那麼，要怎麼樣才可以盡量減少誤差、更精準地測量溫度呢？
※1 溫度範圍為-40℃以上，375℃以下。
※2 溫度範圍為-40℃以上，125℃以下。
目錄
▍要有效測量溫度，熱電偶的種類、直徑、用什麼貼都是關鍵
・僅改變用來固定熱電偶的膠帶種類
・改變熱電偶的種類、直徑、及膠帶種類
・這樣的測量結果代表了什麼？
▍熱電偶配線的注意事項
1.是否使用同材質
2.是否產生溫度差
▍如何減少雜訊干擾？
1. 避免雜訊進到熱電偶
2. 從DATA LOGGER內部去除雜訊
▍結論
▍延伸：熱電偶&熱敏電阻，有何差別？
▍要有效測量溫度，熱電偶的種類、直徑、用什麼貼都是關鍵
本公司實際測試了在測量鋁板的表面溫度時，若改變用來固定熱電偶的膠帶種類、或是改變熱電偶的粗細，對測量結果有什麼樣的影響。
※以在鋁板挖出一條溝後，將導熱性聚矽氧凝膠填入溝中，等到待測物跟熱電偶呈現同樣溫度時的數值為基準值。
※膠帶的尺寸及貼法為固定
僅改變用來固定熱電偶的膠帶種類
將鋁板放在加熱板上，並將直徑0.2mm的K熱電偶分別以銅箔膠帶、鋁箔膠帶、鐵氟龍膠帶、玻璃膠帶、聚醯亞胺膠帶、紙膠帶固定，以測量鋁板的表面溫度。其結果如圖所示。
※測量重複進行了五次，每次都改變了熱電偶的位置和膠帶類型。
測量結果顯示，使用銅箔、鋁箔這類金屬膠帶時，5次測量數值都相差基準值±0.3℃內，而使用鐵氟龍膠帶、玻璃膠帶、聚醯亞胺膠帶、紙膠帶時，測量值則平均低於基準值3~4℃。
※長條圖顯示了五次測量的平均值，誤差線表示 2σ 範圍內的偏差。
另外，若改變加熱板的溫度，使用鋁箔膠帶的測量值也是在基準值±0.3℃內，相對穩定。
改變熱電偶的種類、直徑、及膠帶種類
改變熱電偶的種類（K、T type），且分別使用直徑0.2mm、0.32mm的4種不同熱電偶測試結果顯示，使用鋁箔膠帶固定K type的熱電偶時，不管熱電偶直徑為0.2mm或是0.32mm，測量值皆為基準值的±0.3℃以內。
而一樣透過鋁箔膠帶固定T type熱電偶時，直徑為0.2mm的測量結果仍在基準值的±0.3℃以內，但直徑0.32mm的結果比基準值低了將近2℃。
使用聚醯亞胺膠帶的測量結果，不論是K type還是T type的熱電偶，都是直徑越粗，誤差便越大，使用直徑0.32mm的T type熱電偶時，甚至出現低於基準值8℃的結果。
這樣的測量結果代表了什麼？
為什麼使用金屬材質的膠帶固定熱電偶，會使測量值誤差較小呢？
當膠帶覆蓋在熱電偶上方時，熱電偶周遭仍會有些許空氣。若膠帶本身的熱傳導率越高，熱電偶周遭的空氣可有效率地被加熱；相反地，若膠帶的熱傳導率低，則膠帶與熱電偶間的空氣不易被加熱，因此熱電偶的溫度也會偏低。
另外，使用熱傳導率低的樹脂膠帶時，加熱板的熱會經過接觸熱阻流向熱電偶，並從膠帶表面散逸，因此熱電偶的溫度偏低。並且根據黏貼的方式不同，會產生不同的接觸熱阻，而使得熱電偶的溫度不穩定，造成測量值有所誤差。
使用金屬膠帶時，加熱板的熱也會經由膠帶流向熱電偶，因此熱電偶的溫度相對穩定。
那麼，為什麼使用T type熱電偶的誤差會比K type大呢？
這是因為T type熱電偶是由熱傳導率高的銅製成的，因此加熱板的熱容易透過熱電偶逸散，因此測量值偏低。
因此，在固定膠帶及熱電偶種類、直徑的選用上，選擇銅箔或鋁箔等熱傳導率高的膠帶、直徑0.2mm以下的K type熱電偶可減少測量誤差值。
▍熱電偶配線的注意事項
在熱電偶的配線中，可能會使用轉接頭或端子台，這對測量值會有什麼影響嗎？
1.是否使用同材質
首先，很重要的概念是「若金屬線為均質，則被局部加熱時也不會流過電流」。因此，在熱電偶配線時，就算是經過熱源附近，也不會影響測量值。
而在使用Y端子等壓接端子將熱電偶連接到DATA LOGGER的端子台時，通常測量儀器的端子台，會被儀器內部的熱加熱，因此必須注意熱電偶連接部分跟螺絲部分的溫度差可能會造成測量誤差。要改善這一點，建議使用與熱電偶同樣材質的壓接端子。
2.是否產生溫度差
另外，即使是熱電偶間插入了其他種類金屬，只要其兩端沒有溫度差，就不會被熱電勢影響，因此就算在熱電偶配線中連接端子台或轉接頭，只要端子台或轉接頭的兩端沒有溫度差，對測量結果就沒有影響。相反地，若有溫度差，則建議使用同材質的轉接頭、端子、熱電偶。
▍如何減少雜訊干擾？
因為熱電偶的輸出非常小，1℃大約只有數十μV左右，因此容易受到雜訊干擾。要改善這一點，可以從兩個方面來著手，一是避免雜訊進到熱電偶，二是從DATA LOGGER內部去除雜訊。
1. 避免雜訊進到熱電偶
(1)將熱電偶遠離作為雜訊來源的電源線。若無法遠離，可使用屏蔽式雙絞線熱電偶。
(2)若輸入通道與外殼間為絕緣，則可以將熱電偶連接到具有電勢的導電材料上進行溫度量測（對地間最大額定電壓範圍內）。但如果有雜訊影響，則可以將熱電偶以絕緣膠帶纏繞，或是使用非接地型的熱電偶。
(3)熱電偶的線越長，越容易受到雜訊干擾。要縮短熱電偶的長度，有個方法是使用可使用無線通訊的測量模組和測量儀器主機。如此一來，不僅可減少雜訊影響，也方便配線，且不必擔心斷線問題。
(4)以除去雜訊影響這個概念來說，若訊號源跟高頻脈衝有重疊，可試著在輸入＋端子與輸入－端子間插入數μF～數千μF的電容器。電容器的值會因熱電偶的電阻值及雜訊頻率而異。因對溫度變化的反應也會變慢，所以可以透過反覆試驗的方式嘗試插入電容器。
(5)避免設定過高的記錄間隔。DATA LOGGER的記錄間隔設定與頻率屏蔽相關，記錄間隔越慢，可遮蔽越低的頻率。以本公司的產品DATA LOGGER LR8450為例，在設定記錄間隔為0.5s時，可遮蔽50/60Hz的電源雜訊。
| 電源頻率濾波設定 | 60 Hz | 50 Hz | |||
| 斷線檢測設定 | OFF | ON | OFF | ON | |
| 數據更新間隔 －：不可設定 |
10 ms | 20.8 k | － | 20.8 k | － |
| 20 ms | 6.94 k | 20.8 k | 6.94 k | 20.8 k | |
| 50 ms | 2.98 k | 6.94 k | 2.98 k | 6.94 k | |
| 100 ms | 2.37 k | 2.98 k | 2.37 k | 2.98 k | |
| 200 ms | 739 | 2.37 k | 739 | 2.37 k | |
| 500 ms | 60 | 739 | 60 | 739 | |
| 1 s | 60 | 60 | 50 | 50 | |
| 2 s | 60 | 60 | 50 | 50 | |
| 5 s | 60 | 60 | 50 | 50 | |
| 10 s | 60 | 60 | 50 | 50 | |
2. 從DATA LOGGER內部去除雜訊
使用抗雜訊性高的DATA LOGGER進行測量，也是一個方法，特別像是變頻器、馬達、線圈等流過高頻大電流等被測物，更容易受到雜訊影響。
如以本公司的產品DATA LOGGER LR8450搭配熱電偶，測量6A/10kHz電流流經的線圈中央的表面溫度時，和熱像儀所測量的數值一樣為93℃，表示未受到雜訊影響。
▍結論
要使用熱電偶有效測量溫度，可以注意以下幾點：
1.選用金屬材質的膠帶來固定熱電偶
2.熱電偶的種類建議為直徑0.2mm以下的K type
3.熱電偶配線若會使用端子台或轉接頭，須注意是否產生溫度差，如果有則可將轉接頭、端子、熱電偶改為同材質
4.熱電偶的配線應遠離電源線，且長度越短越好，以避免雜訊干擾測量結果
5.若仍有雜訊，可使用屏蔽式雙絞線熱電偶或絕緣膠帶輔助
6.依照所使用的DATA LOGGER特性，可試著設定較慢的記錄間隔來屏蔽低頻雜訊，或利用儀器本身的抗雜訊功能使測量更精準
