測量溫度使用什麼儀器？ [2026 年指南]

什麼儀器可以測量溫度？最簡單的答案是溫度計——直到你遇到實際情況：精度要求為0.1℃的製藥批次反應器、溫度高達1100℃的煉鋼爐，或是在帶電測試中難以操作的開關櫃。每個環境都需要完全不同的儀器，選擇不當會導致讀數錯誤、違反法規或無法偵測到故障。

本文檔介紹了所有主要的溫度測量儀器—熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、紅外線測溫儀和高溫計。它包含符合IEC標準的精度參數、實際工業應用案例，以及一個五因素選型矩陣，旨在幫助您在最短時間內根據製程條件選擇合適的儀器。設計開關設備、變壓器或高壓測試應用的工程師將從中受益匪淺。

測量溫度使用的是哪一種儀器？

在科學和國際單位制 (SI) 測量中，所有溫度測量設備最終都以國際溫標 1990 (ITS-90) 為基準，該溫標定義了直接的基準固定點。對於工業領域，感測器（上述所有設備的統稱）的校準可追溯至國家標準實驗室，例如美國國家標準與技術研究院 (NIST)，而輔助儀器則在已知的基準固定點上進行校準。

上述溫度測量儀器大致可分為兩類：一類是需要與被測物體或環境進行物理接觸的感測器，另一類是基於表面熱輻射估算表面溫度的儀器。雖然接觸式設備（熱電偶、熱電阻、熱敏電阻和雙金屬片）的精度通常更高，但在運動環境、高溫環境或探頭必須避免污染或乾擾製程的情況下，它們可能難以使用甚至無法使用。紅外線測量儀器在這些情況下表現出色。

對於電氣基礎設施——開關設備、變壓器和高壓測試系統——DEMIKS 提供客製化產品 溫度檢測儀器 專為嚴苛工業環境下的接觸式和非接觸式測量而設計。

溫度測量儀器的類型：全面概述

溫度計有哪些類型？

溫度測量儀器基於五種不同的物理原理工作，將溫度轉換為可用的電訊號或光訊號：熱膨脹（玻璃溫度計和雙金屬溫度計）、熱電效應（熱電偶）、電阻變化（熱電阻和熱敏電阻）以及紅外線輻射（紅外線溫度計和高溫計）。這份儀器基本工作原理的物理詞典有助於確定每種儀器類型適用的應用領域。

下表根據工程師關心的參數總結了主要溫度測量儀器：工作溫度範圍、估計精度、時間響應、輸出訊號類型和主要應用領域。

沒有哪一種儀器在所有情況下都是最佳選擇。玻璃溫度計極為簡單，因此是基礎實驗室環境的首選；而高溫計的非接觸式特性使其成為熔融鋼應用中唯一可行的選擇，因為接觸式感測器會瞬間燒毀。以下各節將詳細介紹每種儀器。

熱電偶：工業溫度測量的主力軍

熱電偶的工作原理是基於塞貝克效應：當兩種不同合金金屬在一端連接在一起，且連接端和測量端的溫度不同時，會產生一個與溫差成正比的微小電動勢。最常用的工業熱電偶類型是K型（鉻鎳/鋁鎳合金），其塞貝克係數為41 V/℃，可在270℃至1370℃之間產生可觀測的訊號。

根據以下規定，定義了八種標準化的熱電偶類型： IEC 60584-1：2013每個產品都以字母標識，並採用針對不同溫度範圍、靈敏度和化學環境優化的特定合金組合製造：

熱電偶是400℃以上應用的主要溫度感測器，因為在400℃以上，RTD鉑絲會氧化或發生機械故障。其主要優點是溫度範圍寬、反應速度快（裸露的熱電偶絲可在毫秒內做出反應）、耐用且單價低。熱電偶應依照硬質支架進行安裝。 溫升測試程序 適用於變壓器和開關設備的連續熱監測。

RTD溫度感測器：鉑金級精度，適用於關鍵測量

電阻溫度偵測器 (RTD) 是一種利用鉑絲電阻隨溫度變化規律的溫度感測器。隨著溫度升高，鉑絲的電阻單調遞增。鉑具有100%的重複性、穩定性和惰性，使其成為200℃至850℃溫度範圍內最精確、最穩定的溫度感測器材料。

最常用的熱電阻是PT100：在0℃時電阻為100歐姆。其溫度-電阻函數由Callendar-Van Dusen方程式給出：R(t) = R(1 + At + Bt)，其中R=100歐姆，A和B由IEC 60751標準給出。溫度係數為0.00385℃⁻¹，表示溫度每升高1℃，電阻增加0.385－這是一個很小的變化，在受控條件下，現代變送器可以非常精確地偵測到，精度可達0.01℃。

標準 IEC 60751:2022 中規定了用於指定 PT100 RTD 四個精度等級的溫度相關容差公式，而不是像已被取代的 2008 版那樣使用固定值等級表：

在變壓器熱監測和開關設備溫升測試中，PT100 RTD 可提供符合 IEC 60076 標準所需的精度和長期穩定性。 DEMIKS 的 全自動溫升測試系統 將校準的 PT100 感測器陣列與自動資料擷取結合，以實現符合規範、可重複的熱測試。

熱敏電阻：高靈敏度，適用於較窄的溫度範圍

熱敏電阻（熱敏電阻器）是一種半導體陶瓷裝置，其電阻值隨溫度變化非常劇烈－遠大於鉑電阻溫度計（RTD）中的電阻變化。例如，在接近 0°C 時，RTD 的電阻值可能每攝氏度變化 0.385 歐姆（以 PT100 為例），而優質的 NTC 熱敏電阻在同一溫度範圍內，電阻值每攝氏度變化可達 200-500 歐姆。這種顯著的靈敏度也體現在測量解析度：在 0°C 至 100°C 的溫度範圍內，如果匹配得當，熱敏電阻的測量精度通常可達 0.05°C。

熱敏電阻依其電阻隨溫度變化的特性分為兩類：

預計到2025年，NTC熱敏電阻在電動車電池熱管理領域將佔據成長最快的應用地位。電動車電池組中的電芯需要保持在20℃至45℃的均勻溫度範圍內（具體溫度取決於電池化學成分），以延長電池循環壽命並防止熱失控。熱敏電阻具有精度高、響應速度快、尺寸相對較小且價格適中等優點，非常適合用於監測高密度電池組中的單一電芯。目前搜尋趨勢數據中「關鍵字訊號成長」表明，工程領域對用於此目的的熱敏電阻的關注度正在不斷提高。

在暖通空調（HVAC）領域，NTC熱敏電阻是測量溫度的首選感測器，尤其適用於需要精確區域控制、室內空氣循環和節能器經濟性的應用—這些應用與熱電偶測量相比，誤差僅為2℃。在醫學領域，同樣的原理使得NTC熱敏電阻成為口腔測溫、保溫箱控制和患者體溫監測的基準感測器，有助於在36-40℃的關鍵生物學範圍內實現亞攝氏度級的精度。

紅外線測溫儀和高溫計：非接觸式溫度測量

任何溫度高於 0 K 的物體都會輻射熱輻射。這種輻射的光譜分佈和強度是溫度的函數，遵循史蒂芬-玻爾茲曼定律：每平方公尺表面輻射的總功率與其表面溫度（相對於絕對零度）的四次方成正比。紅外線測溫儀和高溫計正是利用了這一原理：它們透過探測熱輻射來確定溫度。

紅外線溫度計和高溫計有什麼差別？

在物理學中，同樣的設備，在實際應用中，主要區別在於工作範圍和設計最佳化。紅外線測溫儀的最佳化測量範圍為 50°C 至 1,300°C，典型精度為 0.5°C 至 2°C。它們常用於建築檢測和一般工業領域，有手持式和固定式兩種類型。高溫計則用於測量鋼鐵、玻璃、水泥和鑄造廠等溫度較高的材料，測量範圍從 250°C 到 3,500°C。許多現代高溫計都是比值高溫計，透過比較兩個波長來消除對錶面未知發射率的猜測，使儀器能夠提供與表面反射率無關的已知溫度值。

描述表面輻射出的熱光子數量與溫度關係的變量，也是控制基於發射測量中最大測量精度的關鍵因素，是發射率（ε）。它透過一個介於 0 到 1 之間的數值來描述表面相對於理想黑體（ε = 1.00）的熱輻射量。大多數紅外線測溫儀預設使用 0.95 的發射率（適用於大多數啞光深色表面），但對於反射性強的閃亮金屬而言，這個值完全不適用。

在電力基礎設施中，紅外線測溫儀和熱像儀對於帶電開關設備、母線連接、電纜終端和變壓器冷卻系統中的熱點檢測至關重要。這種非接觸式檢測能力非常重要：對於無法斷電進行接觸式測量的帶電設備，可以透過掃描來檢測熱異常，從而發現連接鬆動、導體過載或絕緣失效等問題——所有這些都無需中斷電源或造成安全隱患。此應用程式可直接連接到 DEMIKS 的套件。 高壓測試設備 專為在役電氣設備檢查而設計。

如何選擇適當的溫度測量儀器：五因素選擇矩陣

缺乏結構化的決策流程來選擇溫度測量儀器是導致感測器誤用的主要原因。選擇儀器需要同時權衡五個相互關聯的工程因素。下表提供了一個系統化的框架，DEMIKS 應用工程師在為開關設備熱測試、變壓器監測和高壓測試系統選擇儀器時會使用該框架。

如果將這五個因素都考慮在內，針對工業領域的典型應用，可以給出以下顯而易見的建議。

校準和NIST可追溯性：為什麼您的溫度讀數必須有意義

未經校準的溫度測量儀器並非真正的測量儀器，而只是一個數值產生器。校準能夠為測量結果引入已知且量化的不確定度。如果沒有校準，任何兩台測量同一過程的儀器，其測量目標溫度都可能相差幾度，而且無法確定哪個測量值才是正確的——甚至無法確定是否存在正確的測量值。

NIST可追溯性確保測量儀器的校準可以透過一系列記錄完整、不確定度已知的比較器追溯到由NIST維護的標準參考物。 美國國家標準技術研究院（NIST）校準鏈中的每個比較器都會對校準進行調整，從而為測量提供額外的、有據可查的不確定性；總不確定性預算量化了從現場測量中指定真實溫度的置信度。

“測量可追溯性——通過一條不間斷的校準鏈追溯到國家或國際標準——是確保生產中的溫度測量與計量實驗室中的測量具有相同含義的唯一方法。”

— NIST測量服務，溫度校準技術指南

溫度感測器校準的關鍵標準包括：

校準頻率應根據感測器的特性、工作條件以及超出規格測量可能造成的潛在危害來確定。對於在超過 700°C 的溫度下連續運行的生產型感測器，考慮到合金漂移，建議每 3-6 個月校準一次；對於精密應用中的熱電阻 (RTD)，建議每 12 個月校準一次；對於紅外線測溫儀，則根據運行頻率，每 6-12 個月校準一次。認證機構、歐洲藥品管理局、FDA 監管的實驗室以及 IEC 標準均在其品質管理系統 (QMS) 中規定了最低校準週期。

變壓器標準包括 IEC 60076 變壓器標準 要求將溫度測量溯源性文件納入型式試驗和例行試驗記錄保存範圍。所有試驗中使用的溫度感測器的校準證書必須可供審核。

2025-2026年溫度感測器發展趨勢：工程師需要了解什麼

隨著電氣化、工業自動化和廣泛互聯的普及，溫度測量正經歷著數十年來最快的變化。認識這些發展趨勢，採購和工程團隊就能選擇目前向前相容的感測器。

無線和物聯網溫度感測器是成長最快的細分市場。 優先研究 數據顯示，2024年全球無線溫度感測器市值為4.56億美元，預計2034年將達到11.13億美元，複合年增長率為9.33%。在這個類別中，可選配接線式熱敏電阻（NTC）的成長速度最快，這得益於製藥冷鏈、資料中心冷卻和工業製程控制領域對精確無線溫度測量的需求。

電動車電池熱敏電阻是結構性需求轉變中最顯著的體現。電動車製造的高速發展使得NTC熱敏電阻的需求在工業領域佔據了重要地位，關鍵字「熱敏電阻溫度感測器」的搜尋量不斷增長便印證了這一點。每輛電動車都包含數十到數百個獨立的NTC熱敏電阻測量點，隨著供應鏈規模的擴大，需求也隨之成長。

人工智慧驅動的預測校準系統已發展成為可靠性工程工具。它不再要求以嚴格的時間間隔更換感測器，而是透過機器學習模型分析感測器隨時間推移的漂移行為，產生客製化的校準方案，以防止超出規格運行，從而降低校準成本並縮短召回事件之間的週期時間。

對於工業測試設備製造商和使用者而言，這種向互聯、監控型儀器的轉變與更廣泛的轉型相一致。 變壓器測試設備 以及 電氣測試設備 邁向數位化、資料整合的測試系統，在統一的品質管理平台中擷取和儲存校準記錄以及測量資料。

關於溫度測量儀器的常見問題