實(shí)用溫度測(cè)量*

合成燃料研究、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和新發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)是應(yīng)對(duì)我 們?nèi)找鏈p少的自然資源狀態(tài)僅有的少數(shù)幾個(gè)迅速發(fā)展的 學(xué)科。隨著所有行業(yè)把新重點(diǎn)放在能效上，基本的溫度 測(cè)量呈現(xiàn)出更高的重要性。本應(yīng)用說(shuō)明的目的是探索更 常見(jiàn)的溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)并介紹提高其精度的過(guò)程。

我們將重點(diǎn)介紹以下四種最常見(jiàn)的溫度傳感器：熱電 偶、RTD、熱敏電阻和集成電路傳感器。盡管熱電偶已 得到廣泛應(yīng)用，但卻常被誤用。因此，我們將主要集中 介紹熱電偶測(cè)量技術(shù)。

附錄A包含了熱電偶的經(jīng)驗(yàn)定律，這是本文中使用的 所有推導(dǎo)結(jié)論的基礎(chǔ)所在。如果讀者想要更深入地討論 熱電偶理論，請(qǐng)閱讀參考文獻(xiàn)中的參考資料17。

對(duì)于使用特定熱電偶應(yīng)用的人員，附錄B可幫助他們 選擇最佳類型的熱電偶。

在本應(yīng)用說(shuō)明中，我們將重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)傳感器布置、信號(hào) 調(diào)節(jié)和儀器的實(shí)用考慮因素。

早期測(cè)量設(shè)備 - 伽利略在約1592年前后發(fā)明了溫度 計(jì)。^{1, 2, 3}他在開(kāi)口的容器中裝滿有色酒精，并懸掛一個(gè)喉 部狹長(zhǎng)的玻璃管，管頂部是一個(gè)空心球。加熱后，球體 中的空氣膨脹并通過(guò)液體冒出氣泡。冷卻球體會(huì)導(dǎo)致液 體在管中向上移動(dòng)。1然后，可通過(guò)標(biāo)注液體在管內(nèi)的位 置觀察球體的溫度波動(dòng)。這一“倒置”的溫度計(jì)只是一 個(gè)簡(jiǎn)劣的指示器，因?yàn)橐何粫?huì)隨大氣壓力變化并且玻璃 管沒(méi)有刻度。隨著佛羅倫薩溫度計(jì)的發(fā)展，納入了密封 結(jié)構(gòu)和刻度尺，溫度測(cè)量的精度有了巨大提高。

在隨后的幾十年里，人們構(gòu)思了許多種溫標(biāo)，所有這 些都基于兩個(gè)或更多固定點(diǎn)。但其中一種溫標(biāo)直到18世

紀(jì)早期才得到公認(rèn)，當(dāng)時(shí)荷蘭的儀器制造商華倫海特 制作出了精確并且可重復(fù)的水銀溫度計(jì)。對(duì)于華氏溫 標(biāo)的低端固定點(diǎn)，華倫使用了冰水和鹽（或氯化銨） 的混合物。這是他能夠重現(xiàn)的最低溫度，并且他將其 標(biāo)記為“零度”。對(duì)于華氏溫標(biāo)的高端，他選擇了人 體血液溫度并將其標(biāo)為96度。

為什么是96度而不是100度？這是因?yàn)樵缙诘目潭?被分成十二等份。而華倫顯然為了努力追求更高的分 辨率，而將華氏溫標(biāo)分成24等份、48等份乃至最終的 96等份。

華氏溫標(biāo)得到普及主要是因?yàn)槿A氏制造溫度計(jì)的可 重復(fù)性和質(zhì)量。

約1742年，安德斯攝爾修斯提出將冰的融點(diǎn)和水的 沸點(diǎn)用作溫標(biāo)的兩個(gè)基準(zhǔn)。攝爾修斯選擇將零度作為 沸點(diǎn)而將100度作為融點(diǎn)。后來(lái)，這兩個(gè)端點(diǎn)被顛倒過(guò) 來(lái)，百分度溫標(biāo)就這樣誕生了。1948年，該溫標(biāo)正式 更名為攝氏溫標(biāo)。

19世紀(jì)早期，威廉湯姆森（開(kāi)爾文男爵）根據(jù)理想 氣體的膨脹系數(shù)制定了通用的熱力學(xué)溫標(biāo)。開(kāi)爾文確 立了絕對(duì)零度的概念，開(kāi)氏溫標(biāo)仍然是現(xiàn)代溫度測(cè)量 的標(biāo)準(zhǔn)。

四種現(xiàn)代溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式如下： ?C = 5/9 (?F - 32) ?F= 9/5 ?C + 32
K = ?C + 273.15 ?R= ?F + 459.67

蘭金溫標(biāo)(?R)僅僅是開(kāi)氏溫標(biāo)的等效溫標(biāo)，以熱力學(xué) 領(lǐng)域早期的先驅(qū)W.J.M.蘭金的名字命名。

我們可以建立電壓分配器而無(wú)法建立分溫器，我們不 能像以增加長(zhǎng)度來(lái)測(cè)量距離那樣增加溫度。我們必須依 賴通過(guò)物理現(xiàn)象確定的溫度，這些溫度易于觀察且本質(zhì) 不變。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)(IPTS)就是基于此類現(xiàn)象。1968年 修訂版確定了十一項(xiàng)基準(zhǔn)溫度。

由于這些固定的溫度只能用作基準(zhǔn)，因此我們必須使 用儀器在這些溫度之間插補(bǔ)。但在這些溫度之間精確插 補(bǔ)可能需要一些相當(dāng)特異的傳感器，其中許多傳感器太 過(guò)復(fù)雜或昂貴而無(wú)法在實(shí)際情況中使用。我們將只討論 以下四種最常見(jiàn)的溫度傳感器：熱電偶、電阻式溫度檢 測(cè)器(RTD)、熱敏電阻和集成電路傳感器。

當(dāng)由不同金屬組成的兩根電線兩端項(xiàng)鏈并且對(duì)其中一 端進(jìn)行加熱時(shí)，熱電電路中會(huì)有連續(xù)的電流流動(dòng)。托馬 斯塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。

如果此電路在中央斷開(kāi)，則凈開(kāi)路電壓（塞貝克電 壓）是連接點(diǎn)溫度和兩種金屬成分的函數(shù)。

所有不同的金屬都展示出這種效應(yīng)。兩種金屬的最常 見(jiàn)組合如該應(yīng)用說(shuō)明的附錄B所示，并且列出了它們的 重要特性。對(duì)于小的溫度變化，塞貝克電壓與溫度成線 性比例。 ΔeAB = αΔT
其中塞貝克系數(shù)α是比例常數(shù)。

測(cè)量熱電偶電壓–我們無(wú)法直接測(cè)量塞貝克電壓，因?yàn)?我們必須首先將電壓表連接到熱電偶，然后電壓表會(huì)自 己創(chuàng)建一個(gè)新的熱電電路。

讓我們將電壓表跨接到銅-康銅（T型）熱電偶并查看 電壓輸出：

等效電路 使用DVM測(cè)量連接點(diǎn)電壓 圖4

我們希望電壓表只讀V1，但我們已通過(guò)連接電壓表嘗 試測(cè)量連接點(diǎn)J₁的輸出，創(chuàng)建了兩個(gè)更具金屬性的連接 點(diǎn)：J₂和J₃。由于J₃是銅-銅連接點(diǎn)，因此它不會(huì)建立熱 電動(dòng)勢(shì)(V3 = 0)，但J₂是銅-康銅連接點(diǎn)，將會(huì)添加一個(gè)相 對(duì)于V1的電動(dòng)勢(shì)(V2)。產(chǎn)生的電壓表讀數(shù)V將與J₁和J₂間 溫差成正比。這就是說(shuō)，我們只有在確定J₂的溫度之后 才能確定J₁處的溫度。

確定J₂溫度的方式之一是以物理方式將連接點(diǎn)放入冰 槽中，強(qiáng)制使其溫度成為0?C并確定J₂作為參比端。由于 兩個(gè)電壓表端子連接點(diǎn)現(xiàn)在為銅-銅，因此不會(huì)產(chǎn)生熱電 動(dòng)勢(shì)并且電壓表上的讀數(shù)V與J₁和J₂間的溫差成正比。

現(xiàn)在，電壓表讀數(shù)為（見(jiàn)圖5）： V = (V₁ - V₂) ? α(t_J1 t_J2)

如果我們以攝氏度指定TJ₁，則： T_J1 (?C) + 273.15 = t_J1

則V變?yōu)椋? V = V₁ - V₂ = α [(T_J1 + 273.15) - (T_J2 + 273.15)]
= (T_J1 - T_J2) = (T_J1 - 0)
V = T_J1

我們使用這一延伸的推導(dǎo)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)冰槽連接點(diǎn)的輸出 V2并非零伏。它是絕對(duì)溫度的函數(shù)。

通過(guò)添加冰點(diǎn)參比端的電壓，我們現(xiàn)在將讀數(shù)V參照 0?C。由于冰點(diǎn)溫度可以精確控制，因此該方法非常精 確。（美國(guó)）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)使用冰點(diǎn)作為其熱電偶 表的基本基準(zhǔn)點(diǎn)，因此我們現(xiàn)在可以查看NBS表并直接 從電壓V轉(zhuǎn)換為溫度TJ₁。

圖5所示的銅-康銅熱電偶是一個(gè)獨(dú)特的示例，因?yàn)?銅線和電壓表端子使用的是相同的金屬。讓我們使用 鐵-康銅（J型）熱電偶取代銅-康銅熱電偶。鐵線（圖6） 增加了電路中不同金屬連接點(diǎn)的數(shù)量，因?yàn)閮蓚€(gè)電壓表 端子都變成了Cu-Fe熱電偶連接點(diǎn)。

如果兩個(gè)前面板端子溫度不同，將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。要進(jìn) 行更精確的測(cè)量，應(yīng)延長(zhǎng)電壓表銅導(dǎo)線以便銅-鐵連接點(diǎn) 位于等溫（相同溫度）塊上：偶連接點(diǎn)。

等溫塊是電絕緣體，但確實(shí)是良好的熱導(dǎo)體，它用于 使J₃和J4保持相同的溫度。絕對(duì)塊溫度并不重要，因?yàn)?兩個(gè)Cu-Fe連接點(diǎn)的作用是相反的。我們?nèi)缘玫饺缦陆Y(jié)果 V = α (T₁ - T_REF)

讓我們將冰槽替換成其他等溫塊

新塊處于基準(zhǔn)溫度T_REF，并且由于J₃和J4仍處于相同溫 度，我們可以再次顯示 V = α (T1-T_REF)

這仍然是一個(gè)非常不方便的電路，因?yàn)槲覀儽仨氝B接 兩個(gè)熱電偶。讓我們將Cu-Fe連接點(diǎn)(J4)和Fe-C連接點(diǎn)(JREF)合并，消除負(fù)極(LO)導(dǎo)線中多余的Fe線。

我們可以通過(guò)首次連接兩個(gè)恒溫快（圖9b）來(lái)實(shí)現(xiàn)這 項(xiàng)操作。

我們沒(méi)有更改輸出電壓V。它仍然是 V = α (TJ₁ - TJREF )

現(xiàn)在，我們將調(diào)用中間金屬定律（請(qǐng)參閱附錄A）來(lái) 消除額外的連接點(diǎn)。這一經(jīng)驗(yàn)“定律”表明，在熱電偶 連接點(diǎn)的兩種不同金屬之間插入第三種金屬將不會(huì)影響 輸出電壓，只要附加的金屬形成的兩個(gè)連接點(diǎn)處于相同 的溫度：

因此，圖9B中的低電平導(dǎo)線： 變?yōu)椋?

這是一個(gè)非常有用的結(jié)論，因?yàn)樗耆薒O導(dǎo)線 中對(duì)鐵線(Fe)的需要： 同樣，V = α (TJ₁ - T_REF)，其中α是Fe-

C熱電偶的塞貝 克系數(shù)。

連接點(diǎn)J₃和J4代替冰槽。這兩個(gè)連接點(diǎn)現(xiàn)在成為 參比端。

現(xiàn)在，我們可以繼續(xù)下一邏輯步驟：直接測(cè)量等溫塊（參比端）的溫度并使用該信息計(jì)算未知溫度TJ₁

熱敏電阻（其電阻RT是溫度的函數(shù)）為我們提供了測(cè) 量參比端絕對(duì)溫度的一種方式。由于等溫塊的設(shè)計(jì)，連 接點(diǎn)J₃和J4以及熱敏電阻全部假設(shè)為相同溫度。通過(guò)計(jì) 算機(jī)控制的數(shù)字萬(wàn)用表，我們只需：

1. 測(cè)量RT以確定T_REF，然后將T_REF轉(zhuǎn)換為其等效 參比端電壓V_REF
2. 測(cè)量V后加上V_REF得出V₁，然后將V₁轉(zhuǎn)換為溫 度T_J1。

此過(guò)程稱為軟件補(bǔ)償，因?yàn)樗揽坑?jì)算機(jī)軟件來(lái)補(bǔ)償 參比端的影響。該等溫接線盒溫度傳感器可以是具有與 絕對(duì)溫度成正比特性的任何設(shè)備：RTD、熱敏電阻或集 成電路傳感器。

詢問(wèn)以下問(wèn)題似乎符合邏輯：如果我們已經(jīng)擁有測(cè)量 絕對(duì)溫度的設(shè)備（如RTD或熱敏電阻），為什么我們要 自尋麻煩而使用需要參比端的熱電偶？此問(wèn)題最重要的 唯一答案是熱敏電阻、RTD和集成電路傳感器僅在特定 的溫度范圍內(nèi)有用。另一方面來(lái)說(shuō)，熱電偶可用于廣泛 的溫度范圍，并且已針對(duì)各種大氣環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化。它 們比熱敏電阻耐用得多，事實(shí)證明，熱電偶通常焊接到 金屬部件或用螺釘夾緊。它們可以通過(guò)釬焊或焊接現(xiàn)場(chǎng) 制造。簡(jiǎn)言之，熱電偶是現(xiàn)有的使用最廣泛的溫度傳感 器，由于測(cè)量系統(tǒng)執(zhí)行參比端補(bǔ)償和軟件電壓到溫度轉(zhuǎn) 換的整個(gè)任務(wù)，因此使用熱電偶變得與連接一對(duì)電線一 樣容易。

當(dāng)我們需要監(jiān)測(cè)大量數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，熱電偶測(cè)量變得尤其 方便。這通過(guò)對(duì)多個(gè)熱電偶元件使用等溫參比端來(lái)實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖13）。

舌簧繼電器掃描器可將電壓表按順序連接到各種熱電 偶。無(wú)論選擇何種類型的熱電偶類型，所有電壓表和掃 描器導(dǎo)線都是銅的。事實(shí)上，只要知道每個(gè)熱電偶是什 么，我們就可以在同一等溫接線盒（通常稱為溫區(qū)框） 中混合使用各種類型的熱電偶，并在軟件中進(jìn)行相應(yīng)的 修改。接線盒溫度傳感器RT位于盒中心，從而將由于熱 梯度導(dǎo)致的誤差減至最低。

軟件補(bǔ)償是用于測(cè)量熱電偶使用最廣泛的技術(shù)。許多 熱電偶都在相同的塊上連接，銅導(dǎo)線在整個(gè)掃描器內(nèi)使 用，并且該技術(shù)與所選的熱電偶類型無(wú)關(guān)。此外，當(dāng)數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)置的溫區(qū)框配合使用時(shí)，我們只需如同 連接一對(duì)測(cè)試引線一樣連接熱電偶即可。所有轉(zhuǎn)換都通 過(guò)計(jì)算機(jī)執(zhí)行。此技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是計(jì)算機(jī)需要少量額 外的時(shí)間來(lái)計(jì)算參比端溫度。為獲得最大速度，我們可 以使用硬件補(bǔ)償。

與軟件補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量參比端溫度和計(jì)算其等效電壓不同 的是，我們可以插入一塊電池抵消參比端偏移電壓。此 硬件補(bǔ)償電壓和參比端電壓的組合等于0?C連接點(diǎn)的 電壓。

補(bǔ)償電壓e 是溫度傳感電阻RT的函數(shù)。電壓V現(xiàn)在參照 0?C，可直接讀取，并可以使用NBS表轉(zhuǎn)換成溫度。

此電路的另一個(gè)名稱是電子冰點(diǎn)基準(zhǔn)。6 這些電路可 與任何電壓表以及各種熱電偶配合使用。此技術(shù)的主要 缺點(diǎn)是每種單獨(dú)的熱電偶類型通常需要唯一的冰點(diǎn)基準(zhǔn) 電路。

圖15顯示了可與舌簧繼電器掃描器配合使用以補(bǔ)償整 塊熱電偶輸入的實(shí)際冰點(diǎn)基準(zhǔn)電路。塊中的所有熱電偶 必須為相同類型，但每塊的輸入可適配不同的熱電偶類 型，只需更改增益電阻即可。

硬件補(bǔ)償電路或電子冰點(diǎn)基準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需計(jì)算基準(zhǔn)溫 度。這為我們節(jié)省了兩個(gè)計(jì)算步驟并使硬件補(bǔ)償溫度測(cè) 量比軟件補(bǔ)償測(cè)量更快一些。

我們已使用硬件和軟件補(bǔ)償來(lái)合成冰點(diǎn)基準(zhǔn)?，F(xiàn)在，我們只需讀取數(shù)字電壓表并將電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換成溫度即 可。遺憾的是，熱電偶的溫度與電壓關(guān)系不是線性的。 更常見(jiàn)的熱電偶輸出電壓被繪制為圖16中溫度的函數(shù)。 如果繪制的曲線斜率（塞貝克系數(shù)）與溫度如圖17中 所示，則很明顯熱電偶是非線性設(shè)備。

圖17中的水平線將表示常數(shù)α，換句話說(shuō)，即線性設(shè)

備。我們注意到，K型熱電偶的斜率在從0?C到1000?C 的溫度范圍內(nèi)接近常數(shù)。因此，K型可與倍增電壓表和 外部冰點(diǎn)基準(zhǔn)配合使用以獲得適當(dāng)精度的直接溫度讀 數(shù)。即溫度顯示僅涉及一個(gè)標(biāo)度因子。 此過(guò)程與電壓表配合使用。

通過(guò)檢查塞貝克系數(shù)的變化，我們可以很容易地看 到，使用一個(gè)恒定的標(biāo)度因子將限制系統(tǒng)的溫度范圍并 限制系統(tǒng)精度。通過(guò)讀取電壓表并查閱本手冊(cè)第172頁(yè) 上的（美國(guó)）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局熱電偶表4可以得到更好的轉(zhuǎn)換 精度-見(jiàn)表3。 T = a₀ +a₁ x + a₂x² + a₃x³ . . . +a_nxⁿ

其中
T = 溫度
x = 熱電偶電動(dòng)勢(shì)（以伏特為單位）
a = 每個(gè)熱電偶唯一的多項(xiàng)式系數(shù)
n = 多項(xiàng)式的最大階數(shù)

隨著n的增加，多項(xiàng)式的精度也會(huì)提高。代表性數(shù)字為 可實(shí)現(xiàn)± 1?C精度的n = 9?？稍谳^窄的溫度范圍內(nèi)使用 較低階數(shù)的多項(xiàng)式以獲得更高的系統(tǒng)速度。

表4是用于將電壓轉(zhuǎn)換成溫度的多項(xiàng)式示例。數(shù)據(jù)可打 包供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用。計(jì)算機(jī)不會(huì)直接計(jì)算指數(shù)，而 是編程為使用嵌套的多項(xiàng)式形式以節(jié)省執(zhí)行時(shí)間。快速 擬合的多項(xiàng)式在表4中所示的溫度范圍以外會(huì)降級(jí)，因此 不應(yīng)在這些限制范圍之外推算。

mV	.00	.01	.02	.03	.04	.05	.06	.07	.08	.09	.10	mV
溫度單位為攝氏度(IPTS 1968)
0	0	0.17	0.34	0.51	0.68	0.85	1.02	1.19	1.36	1.53	1.7	0
0.10	1.70	1.87	2.04	2.21	2.38	2.55	2.72	2.89	3.06	3.23	3.40	0.10
0.30	5.09	5.26	5.43	5.60	5.77	5.94	6.11	6.27	6.44	6.61	6.78	0.30
0.40	6.78	6.95	7.12	7.29	7.46	7.62	7.79	7.96	8.13	8.30	8.47	0.40
0.50	8.47	8.63	8.80	8.97	9.14	9.31	9.47	9.64	9.81	9.98	10.15	0.50
0.60	10.15	10.31	10.48	10.65	10.82	10.98	11.15	11.32	11.49	11.65	11.82	0.60
0.70	11.82	11.99	12.16	12.32	12.49	12.66	12.83	12.99	13.16	13.33	13.49	0.70
0.80	13.49	13.66	13.83	13.99	14.16	14.33	14.49	14.66	14.83	14.99	15.16	0.80
0.90	15.16	15.33	15.49	15.66	15.83	15.99	16.16	16.33	16.49	16.66	16.83	0.90
1.10	18.48	18.65	18.82	18.98	19.15	19.31	19.48	19.64	19.81	19.97	20.14	1.10
1.20	20.14	20.31	20.47	20.64	20.80	20.97	21.13	21.30	21.46	21.63	21.79	1.20
1.40	23.44	23.60	23.77	23.93	24.10	24.26	24.42	24.59	24.75	24.92	25.08	1.40

	E型	J型	K型	R型	S型	T型
	含鎳10% 鉻(+) 與 康銅(-)	鐵(+) 與 康銅(-)	含鎳10%的鎳鉻合金(+) 與 含鎳l-5%(-) 鋁硅合金）	含銠13%的鉑銠合金(+) 與 鉑(-)	含銠10%的鉑銠合金(+) 與 鉑(-)	銅(+) 與 康銅(-)
	-100?C ~ 1000?C ± 0.5?C 9階	0?C ~ 760?C ± 0.1?C 5階	0?C ~ 1370?C ± 0.7?C 8階	0?C ~ 1000?C ± 0.5?C 8階	0?C ~ 1750?C ± 1?C 9階	-160?C ~ 400?C ±0.5?C 7階
a0	0.104967248	-0.048868252	0.226584602	0.263632917	0.927763167	0.100860910
a1	17189.45282	19873.14503	24152.10900	179075.491	169526.5150	25727.94369
a2	-282639. 0850	-218614.5353	67233.4248	-48840341.37	-31568363.94	-767345.8295
a3	12695339.5	11569199.78	2210340.682	1.90002E + 10	8990730663	78025595.81
a4	-448703084.6	-264917531.4	-860963914.9	-4.82704E + 12	-1.63565E + 12	-9247486589
a5	1.10866E + 10	2018441314	4.83506E + 10	7.62091E + 14	1.88027E + 14	6.97688E + 11
a6	-1. 76807E + 11		-1. 18452E + 12	-7.20026E + 16	-1.37241E + 16	-2.66192E + 13
a7	1.71842E + 12		1.38690E + 13	3.71496E + 18	6.17501E + 17	3.94078E + 14
a8	-9.19278E + 12		-6.33708E + 13	-8.03104E + 19	-1.56105E + 19
a9	2.06132E + 13				1.69535E + 20

溫度轉(zhuǎn)換公式： T = a₀ +a₁ x + a₂x² + . . . +a_nxⁿ

嵌套多項(xiàng)式形式： T = a₀ + x(a₁ + x(a₂ + x (a₃ + x(a₄ + a₅x)))) (5th order)
其中x以伏特為單位，T以?C為單位
NBS多項(xiàng)式系數(shù)

表4

高項(xiàng)式的計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)的任務(wù)。正 如我們之前提到的，我們可以為較小的溫度范圍使用低 次多項(xiàng)式來(lái)節(jié)省時(shí)間。在用于一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件 中，熱電偶特性曲線分為八個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域通過(guò)三次 多項(xiàng)式做近似處理。*

所有上述過(guò)程都假設(shè)熱電偶電壓可以精確輕松地進(jìn)行測(cè) 量；但快速瀏覽表3可以看到，熱電偶輸出電壓實(shí)際上 非常小。檢查系統(tǒng)電壓表的要求：

熱電偶型號(hào)		塞貝克系數(shù) (μV/?C) @ 20?C	DVM靈敏度(0.1?C) (μV)
E		62	6.2
J		51	5.1
K		40	4.0
R		7	0.7
S		7	0.7
T		40	4.0
所需的DVM靈敏度 表5

即使對(duì)于常見(jiàn)的K型熱電偶，電壓表也必須能夠分辨 4 μV才能檢測(cè)到0. 1?C的變化。此信號(hào)的量值是噪聲潛 入任何系統(tǒng)的開(kāi)放入口。因此，儀器設(shè)計(jì)人員可利用多 項(xiàng)基本的噪聲抑制技術(shù)，包括樹(shù)形開(kāi)關(guān)、常模過(guò)濾、積 分和保護(hù)。

樹(shù)形開(kāi)關(guān)-樹(shù)形開(kāi)關(guān)是一種將掃描器通道分組整理的方 法，每組具有其自己的主開(kāi)關(guān)。

如果沒(méi)有樹(shù)形開(kāi)關(guān)，每個(gè)通道可以直接通過(guò)其雜散電 容發(fā)出噪聲。通過(guò)樹(shù)形開(kāi)關(guān)，成組的并行通道電容在一 個(gè)樹(shù)形開(kāi)關(guān)電容中串聯(lián)。由于降低了通道間電容，結(jié)果 大大減少了大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的串?dāng)_。

模擬濾波器-可在電壓表輸入端直接使用濾波器以減少 噪聲。這將顯著減少干擾，但會(huì)導(dǎo)致電壓表對(duì)階躍輸入 的響應(yīng)更加緩慢。

積分-積分是一項(xiàng)模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，從根本上均化整個(gè)線 路周期的噪聲；因此供電線路相關(guān)的噪聲及其諧波幾乎 可以消除。如果選擇的積分時(shí)間段小于積分線路周期， 則其噪聲抑制屬性會(huì)從根本上失效。

由于熱電偶電路覆蓋的長(zhǎng)距離特別容易產(chǎn)生供電線路 相關(guān)的噪聲，因此建議使用積分模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)測(cè) 量熱電偶電壓。根據(jù)允許整個(gè)周期積分讀取速率為每秒 48個(gè)樣品的最近創(chuàng)新，積分是一項(xiàng)特別有吸引力的模數(shù) 轉(zhuǎn)換技術(shù)。

保護(hù)-保護(hù)是用于從高低測(cè)量導(dǎo)線常見(jiàn)的任何噪聲源M

（即從共模噪聲源）減少干擾的一項(xiàng)技術(shù)。

我們假設(shè)熱電偶線穿過(guò)的線管與220 Vac電源線相同。 電源線和熱電偶線之間的電容將產(chǎn)生約等于兩根熱電偶 線上量值的交流信息。此共模信號(hào)在理想電路中不成問(wèn) 題，但電壓表并非理想電路。電壓表的低端子和安全接 地（殼體）之間有一些電容。電流會(huì)流經(jīng)此電容并流經(jīng) 熱電偶導(dǎo)線電阻，從而產(chǎn)生常模噪聲信號(hào)。保護(hù)裝置（ 物理上是包圍整個(gè)電壓表電路的浮動(dòng)金屬盒）將連接到 包裹熱電偶線的屏蔽裝置，并用于分流干擾電流。

每個(gè)屏蔽的熱電偶連接點(diǎn)都可以直接接觸干擾源而沒(méi) 有任何不良影響，因?yàn)閽呙杵魃弦堰M(jìn)行布置，以針對(duì)每 個(gè)熱電偶通道單獨(dú)切換保護(hù)端子。將屏蔽裝置連接到保 護(hù)裝置的這一方法用于消除接地回路（通常在屏蔽裝置 接地時(shí)產(chǎn)生）。

dvm保護(hù)裝置對(duì)于消除熱電偶連接點(diǎn)與共模噪聲源直 接接觸時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓特別有用。

在圖22中，我們想要測(cè)量正由電流加熱的金屬液槽 中央的溫度。槽中央的電勢(shì)是120 V RMS。等效電路 如下：

從dvm Lo端子到殼體的雜散電容會(huì)造成一個(gè)電流流經(jīng)低 電平導(dǎo)線，這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致熱電偶Rs的串聯(lián)電阻間的噪 聲電壓下降。這個(gè)電壓直接出現(xiàn)在dvm Hi到Lo端子間， 并導(dǎo)致噪聲測(cè)量。如果我們使用保護(hù)導(dǎo)線直接連接到熱 電偶，則會(huì)明顯減少Lo導(dǎo)線中的電流。現(xiàn)在，噪聲電流 流經(jīng)不影響讀數(shù)的保護(hù)導(dǎo)線：

請(qǐng)注意，我們也可以通過(guò)最大限度減小Rs來(lái)最大限度 減小噪音。我們使用線徑更大的熱電偶線（串行電阻更 ?。﹣?lái)實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)操作。

為了減少發(fā)生磁感應(yīng)噪聲的可能性，熱電偶應(yīng)以統(tǒng)一 的方式絞合。市場(chǎng)上可以買到的熱電偶延長(zhǎng)線都是雙絞 線配置。

實(shí)用的預(yù)防措施-我們討論了參照端的概念、如何使用 多項(xiàng)式提取絕對(duì)溫度數(shù)據(jù)，以及要在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中尋 找的內(nèi)容來(lái)最大限度降低噪音的影響?，F(xiàn)在，讓我們來(lái) 了解一下熱電偶線本身。多項(xiàng)式曲線擬合依賴于完善的 熱電偶線；也就是說(shuō)在執(zhí)行溫度測(cè)量期間，熱電偶線必 須不能被失準(zhǔn)?，F(xiàn)在我們將討論熱電偶溫度測(cè)量的一些 誤區(qū)。

除數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其溫區(qū)框的指定精度以外，大多數(shù) 測(cè)量誤差可以追溯到以下主要來(lái)源之一：

1. 不良連接點(diǎn)連接
2. 熱電偶線的失準(zhǔn)
3. 分流阻抗和電蝕作用
4. 熱分流
5. 噪聲和泄漏電流
6. 熱電偶規(guī)格
7. 記錄文檔

連接兩根熱電偶線有許多可接受的方法：釬焊、銀釬 焊、焊接等。熱電偶線釬焊在一起后，我們可在熱電偶 電路中插入第三種金屬，只要熱電偶兩端的溫度相同， 焊料應(yīng)不會(huì)引起任何錯(cuò)誤。焊料不會(huì)限制此連接點(diǎn)可承 受的最高溫度。要達(dá)到較高的測(cè)量溫度，必須焊接接 頭。但焊接并非一個(gè)可以輕率進(jìn)行的過(guò)程。5過(guò)熱可能會(huì) 降低電線的性能，并且焊接電線的焊接氣體和空氣都可 能會(huì)擴(kuò)散到熱電偶金屬中，從而更改其特性。困難在于 通過(guò)連接的兩種性質(zhì)完全不同的金屬進(jìn)行復(fù)合。商用熱 電偶在非常昂貴的機(jī)器上使用電容放電技術(shù)進(jìn)行焊接以 確保均勻性。

當(dāng)然，不良焊接會(huì)導(dǎo)致連接開(kāi)路，這可在測(cè)量情況下 通過(guò)執(zhí)行熱電偶開(kāi)路檢查檢測(cè)出來(lái)。這是數(shù)據(jù)記錄器提 供的一種常見(jiàn)測(cè)試功能。盡管熱電偶開(kāi)路是最容易檢測(cè) 到的故障，但它不一定是最常見(jiàn)的故障模式。

標(biāo)定降級(jí)是一種比熱電偶開(kāi)路嚴(yán)重得多的故障情況， 因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致溫度讀數(shù)看起來(lái)正確。標(biāo)定降級(jí)描述 無(wú)意中更改熱電偶線的物理結(jié)構(gòu)以致其在指定的限制內(nèi) 不再符合NBS多項(xiàng)式的過(guò)程。標(biāo)定降級(jí)可導(dǎo)致大氣顆粒 擴(kuò)散到金屬中（由極限溫度引起）。這可能由高溫退火 或冷加工金屬導(dǎo)致，即從線管中抽出電線或應(yīng)變野蠻操 作或振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的影響。退火可能會(huì)在經(jīng)歷溫度梯度的 電線段內(nèi)發(fā)生。

羅伯特莫法特在他的《Gradient Approach to Thermocouple Thermometry》中解釋說(shuō)，熱電偶電壓 實(shí)際上是由包含溫度梯度的電線段生成的，而不一定是 由連接點(diǎn)生成的。9例如，如果有一個(gè)熱探頭位于金屬液 槽中，則將有兩個(gè)幾乎等溫的區(qū)域并且其中一個(gè)有較大 的梯度。

在圖26中，熱電偶連接點(diǎn)將不會(huì)產(chǎn)生輸出電壓的任何 部分。陰影部分是將產(chǎn)生幾乎整個(gè)熱電偶輸出電壓的部 分。如果發(fā)現(xiàn)此熱電偶的輸出由于老化或退火而出現(xiàn)漂 移，則單獨(dú)更換熱電偶連接點(diǎn)將無(wú)法解決該問(wèn)題。我們 將不得不更換整個(gè)陰影部分，因?yàn)檫@是熱電偶電壓的 來(lái)源。

熱電偶線顯然無(wú)法完美制造；會(huì)有一些缺陷導(dǎo)致輸出 電壓誤差。這些不均勻性如果出現(xiàn)在急劇變化的溫度梯 度區(qū)域可能會(huì)尤其有破壞性。由于我們不知道電線內(nèi)部 將會(huì)產(chǎn)生缺陷的位置，因?yàn)槲覀兡茏龅氖潜苊猱a(chǎn)生 急劇變化的梯度。通過(guò)使用金屬套管或仔細(xì)布置熱電偶 線可減小梯度。

高溫可能還會(huì)對(duì)熱電偶線絕緣體造成損害。絕緣電阻 可能會(huì)隨著溫度升高呈指數(shù)下降，甚至到產(chǎn)生虛擬連接 點(diǎn)的程度。7假設(shè)我們?cè)诟邷叵逻\(yùn)行完全開(kāi)路的熱電偶

泄漏電阻RL可能足夠低以形成完整的電路，并為我們 提供一個(gè)不正確的電壓讀數(shù)?，F(xiàn)在，我們假設(shè)熱電偶并 非開(kāi)路，但我們使用的是一段很長(zhǎng)的小直徑電線。

如果熱電偶線很小，則其串聯(lián)電阻RS將相當(dāng)高并且在 極端條件下RL < < RS。這意味著熱電偶連接點(diǎn)將顯示為 位于RL并且輸出將與T₁而不是T₂成正比。

高溫會(huì)對(duì)熱電偶線有其他不利影響。絕緣層內(nèi)的雜質(zhì) 和化學(xué)品可能會(huì)實(shí)際上擴(kuò)散到熱電偶金屬中，導(dǎo)致溫度- 電壓依賴性偏離公布的值。在高溫下使用熱電偶時(shí)，應(yīng) 仔細(xì)選擇絕緣層。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)性金屬或陶瓷護(hù) 套，可將大氣效應(yīng)降至最低。

某些熱電偶絕緣層中使用的染料在存在水的情況下將 形成電解質(zhì)。這將產(chǎn)生電蝕作用，得到的輸出比塞貝克 效應(yīng)大幾百倍。應(yīng)采取預(yù)防措施以屏蔽熱電偶線避免所 有惡劣的大氣和液體環(huán)境。

制成的熱電偶不能沒(méi)有質(zhì)量。由于加熱任何質(zhì)量都需 要能量，因此熱電偶將稍微改變其打算測(cè)量的溫度。如 果要測(cè)量的質(zhì)量較小，則熱電偶自然必定很小。但使用 小直徑電線制成的熱電偶更容易受到污染、退火、應(yīng)變 和并聯(lián)阻抗等問(wèn)題的影響。要最大限度降低這些影響， 可以使用熱電偶延長(zhǎng)線。市售的延長(zhǎng)線主要用于覆蓋測(cè) 量熱電偶和電壓表之間的長(zhǎng)距離。

延長(zhǎng)線由塞貝克系數(shù)與特定熱電偶類型非常相似的金 屬制成。通常它的尺寸更大以便其串聯(lián)電阻不會(huì)在橫跨 長(zhǎng)距離時(shí)成為影響因素。它還可以比非常小的熱電偶線 更容易穿過(guò)線管。延長(zhǎng)線指定的溫度范圍通常比優(yōu)質(zhì)熱 電偶線低得多。除了提供實(shí)用的尺寸優(yōu)勢(shì)以外，延長(zhǎng)線 還比標(biāo)準(zhǔn)熱電偶線便宜。這對(duì)基于鉑的熱電偶來(lái)說(shuō)尤其 實(shí)際。

由于延長(zhǎng)線指定的溫度范圍較窄并且很可能會(huì)受到機(jī) 械應(yīng)力，因此延長(zhǎng)線的溫度梯度應(yīng)保持在最低限度。根 據(jù)梯度理論，這可確保幾乎沒(méi)有任何輸出信號(hào)受延長(zhǎng)線 影響。

噪聲-我們已經(jīng)討論了線路相關(guān)的噪聲，因?yàn)樗c數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)有關(guān)。積分、樹(shù)形開(kāi)關(guān)和保護(hù)技術(shù)可用于抵消 大多數(shù)線路相關(guān)的干擾。寬帶噪聲可通過(guò)模擬濾波器 抑制。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無(wú)法抑制的一種噪聲類型是由系統(tǒng)中的 直流泄漏電流導(dǎo)致的直流偏移量。盡管直流泄漏電流量 值足以導(dǎo)致顯著誤差的情況不常見(jiàn)，但應(yīng)注意并防止其 出現(xiàn)的可能性，尤其是熱電偶線非常小而相關(guān)的串聯(lián)電 阻很高時(shí)。

熱電偶線按照特定的規(guī)格制造，表明其符合NBS表的 標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)格有時(shí)可通過(guò)校準(zhǔn)電線（在已知的溫度進(jìn)行測(cè) 試）來(lái)增強(qiáng)。連續(xù)線軸上的連續(xù)電線件通常會(huì)比指定的 公差更接近地跟蹤彼此，盡管其輸出電壓可能稍微遠(yuǎn)離 絕對(duì)規(guī)格的中心。

如果是為了提高導(dǎo)線的基本規(guī)格而校準(zhǔn)導(dǎo)線，更為迫 切的工作是需要具備上述所有條件以避免失準(zhǔn)。

記錄文檔-說(shuō)記錄文檔是電壓測(cè)量誤差的來(lái)源之一看 起來(lái)有些不合適，但實(shí)際上，熱電偶系統(tǒng)由于易于使用 而引入了大量數(shù)據(jù)點(diǎn)。海量的數(shù)據(jù)可能變得相當(dāng)不易操 作。采用大量數(shù)據(jù)時(shí)，由于標(biāo)錯(cuò)線、使用錯(cuò)誤的NBS曲 線等導(dǎo)致錯(cuò)誤的可能性隨之增加。

由于通道號(hào)不斷變化，因此數(shù)據(jù)應(yīng)按測(cè)量而不僅僅是 通道號(hào)進(jìn)行分類。6有關(guān)任何指定測(cè)量以及如傳感器類 型、輸出電壓、典型值和位置之類的信息均可在一個(gè)數(shù) 據(jù)文件中進(jìn)行維護(hù)。這可以在計(jì)算機(jī)控制下完成，也可 以僅僅通過(guò)填寫預(yù)先打印的表格來(lái)完成。無(wú)論如何維護(hù) 數(shù)據(jù)，都不應(yīng)低估簡(jiǎn)明系統(tǒng)的重要性，尤其是在開(kāi)始復(fù) 雜的數(shù)據(jù)收集項(xiàng)目時(shí)。

我們已經(jīng)提到過(guò)的大多數(shù)誤差來(lái)源在其溫度限制附近 使用熱電偶時(shí)會(huì)更加嚴(yán)重。在大多數(shù)應(yīng)用中，不會(huì)經(jīng)常 遇到這些情況。但我們?cè)诟邷?、惡劣的大氣環(huán)境中使用 小型熱電偶的情況將會(huì)怎樣？我們?cè)趺粗罒犭娕际裁?時(shí)候產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果？我們需要制定一套可靠的診斷 步驟。

通過(guò)使用診斷技術(shù)，R.P.里德已開(kāi)發(fā)出一個(gè)優(yōu)良的系統(tǒng) 用于檢測(cè)故障熱電偶和數(shù)據(jù)通道。10此系統(tǒng)的三個(gè)組件是 事件記錄、溫區(qū)框測(cè)試和熱電偶電阻歷史記錄。

事件記錄-第一個(gè)診斷根本不是測(cè)試，而是記錄可能甚 至遠(yuǎn)程影響測(cè)量的所有相關(guān)事件。示例如下

3月18日事件記錄

10:43 電源故障
10:47 系統(tǒng)電源恢復(fù)
11:05 將M821改為K型熱電阻
13:51 新數(shù)據(jù)采集程序
16:07 M821似乎出現(xiàn)讀數(shù)錯(cuò)誤

圖29

我們查看程序列表并發(fā)現(xiàn)被測(cè)量#M821使用J型熱電偶 并且我們的新數(shù)據(jù)采集程序?qū)⑵湟暈镴型。但通過(guò)事件記 錄，很明顯熱電偶M821被更改為K型，而該更改未輸入 到程序中。雖然大多數(shù)異常不會(huì)這么容易發(fā)現(xiàn)，但事件 記錄可為系統(tǒng)測(cè)量中不明更改的原因提供有價(jià)值的洞察。 這對(duì)于配置為測(cè)量幾百個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的系統(tǒng)尤其實(shí)際。

溫區(qū)框測(cè)試-溫區(qū)框是用于代替冰槽基準(zhǔn)的已知溫度的 等溫接線盒。如果我們暫時(shí)將熱電偶直接在溫區(qū)框中 短路，則系統(tǒng)應(yīng)讀取非常接近溫區(qū)框的讀數(shù)，即接近 室溫。

如果熱電偶導(dǎo)線電阻比并聯(lián)電阻高得多，則銅線分流 強(qiáng)制V = 0。在未短路的正常情況下，我們需要測(cè)量TJ， 而系統(tǒng)讀數(shù)為： V ? α (T_J - T_REF)

但對(duì)于功能測(cè)試，我們已使端子短路，以使V=0。因此 指示的溫度T’J為： 0 = α (T’_J - T_REF)
T’_J = T_REF

因此，對(duì)于V = 0的dvm讀數(shù)，系統(tǒng)將指示溫區(qū)框溫 度。首先我們觀察溫度T （強(qiáng)制與T 不同），然后 我們縮短銅線熱電偶，并確保系統(tǒng)指示溫區(qū)框溫度而 不是TJ。

這一簡(jiǎn)單的測(cè)試確認(rèn)控制器、掃描器、電壓表和溫區(qū)框 補(bǔ)償都正常運(yùn)行。實(shí)際上，這一簡(jiǎn)單的過(guò)程可測(cè)試除熱 電偶線本身以外的所有內(nèi)容。

熱電偶電阻-熱電偶電路電阻的急劇變化可作為警告指 示器。如果繪制每組熱電偶線的電阻與時(shí)間曲線，我們 可以立即發(fā)現(xiàn)急劇電阻變化，這可能表示電線開(kāi)路、由 于安裝故障電線短路、由于振動(dòng)疲勞發(fā)生變化或許多故 障機(jī)制之一。

例如，假設(shè)我們有如圖31中所示的熱電偶測(cè)量。 我們想要測(cè)量已經(jīng)點(diǎn)燃的地下煤層的溫度曲線。電線

經(jīng)過(guò)高溫區(qū)域，然后進(jìn)入冷卻器區(qū)域。我們測(cè)量的溫度

突然從300?C上升到1200?C。是煤層的燃燒區(qū)域轉(zhuǎn)移到 不同的位置，還是熱電偶絕緣層發(fā)生故障，因而導(dǎo)致熱 點(diǎn)的兩根電線之間短路？ 示例如下：

如果我們擁有熱電偶線電阻的連續(xù)歷史記錄，則可以 推斷出實(shí)際發(fā)生的事情。

由于電線的電阻率隨著溫度變化而變化，因此熱電偶 的電阻自然隨時(shí)間變化。但電阻的突然變化表示有些錯(cuò) 誤。在這種情況下，電阻會(huì)急劇下降，表示絕緣層發(fā)生 故障，有效地縮短了熱電偶回路。

連接點(diǎn)將測(cè)量溫度Ts而不是T₁。電阻測(cè)量為我們提供了 更多信息，有助于解釋標(biāo)準(zhǔn)熱電偶開(kāi)路檢查檢測(cè)到的物 理現(xiàn)象。

測(cè)量電阻-我們大概檢查一下熱電偶線的電阻，如同進(jìn) 行一次簡(jiǎn)單的測(cè)量。但要記住，如果熱電偶產(chǎn)生電壓， 這個(gè)電壓可能會(huì)導(dǎo)致大的電偶測(cè)量誤差。測(cè)量熱電偶的 電阻類似于測(cè)量電池的內(nèi)部電阻。我們可以使用稱為偏 置補(bǔ)償歐姆測(cè)量的技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

顧名思義，電壓表首先測(cè)量熱電偶偏移電壓而不應(yīng)用 歐姆電流源。然后，歐姆電流源將打開(kāi)并再次測(cè)量電阻 兩端的電壓。電壓表軟件會(huì)補(bǔ)償熱電偶的偏移電壓并計(jì) 算實(shí)際的熱電偶源電阻。

特殊熱電偶-在極端條件下，我們甚至可以使用診斷熱 電偶電路配置。尖端分支和管腳分支的熱電偶是四線熱 電偶電路，可以進(jìn)行溫度、噪聲、電壓和電阻的冗余測(cè) 量以檢查線路完整性。其各自的優(yōu)點(diǎn)在參考資料8中詳細(xì) 討論。

只有嚴(yán)苛的熱電偶應(yīng)用才需要如此大量的診斷，但令 人欣慰的是，知道存在可用于確認(rèn)重要熱電偶測(cè)量完整 性的過(guò)程。

總之，可通過(guò)以下預(yù)防措施改善熱電偶系統(tǒng)的完整性

• 使用不會(huì)從測(cè)量表面分流掉熱量的可能的最大線 徑導(dǎo)的線。
• 如果需要小線徑線，請(qǐng)僅在測(cè)量區(qū)域使用，并為 沒(méi)有溫度梯度的區(qū)域使用延長(zhǎng)線。
• 避免可能會(huì)拉緊線的機(jī)械應(yīng)力和振動(dòng)。
• 使用長(zhǎng)熱電偶線時(shí)，請(qǐng)連接屏蔽dvm保護(hù)端子的 線，并使用雙絞延長(zhǎng)線。
• 避免急劇的溫度梯度
• 嘗試恰好在熱電偶線的額定溫度時(shí)使用該熱電 偶線。
• 使用防護(hù)型積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
• 在惡劣的環(huán)境中使用適當(dāng)?shù)淖o(hù)套材料來(lái)保護(hù)熱 電偶線
• 僅在溫度低且梯度小的區(qū)域內(nèi)使用延長(zhǎng)線。
• 保留熱電偶電阻的事件記錄和連續(xù)記錄。

塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電現(xiàn)象的同一年，漢弗萊戴維爵士宣 布，金屬的電阻率表現(xiàn)出明顯的溫度依賴性。五十年 后，威廉西門子爵士提出使用鉑作為電阻溫度計(jì)中的元 件。他的選擇被證明是最合適的，正如鉑如今用作所有 高精度電阻溫度計(jì)中的主要元件。實(shí)際上，鉑電阻式溫 度檢測(cè)器15（或PRTD）如今被用作從氧點(diǎn)(-182.96?C) 到銻點(diǎn)(630.74?C)的內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)。

鉑尤其適合此目的，因?yàn)樗軌蛟诔惺芨邷赝瑫r(shí)保持 出色的穩(wěn)定性。作為一種貴金屬，它表現(xiàn)出對(duì)污染有限 的敏感度。

使用鉑的經(jīng)典電阻式溫度檢測(cè)器(RTD)結(jié)構(gòu)由C.H.梅 爾斯于1932年提出。12他將一個(gè)鉑螺旋線圈纏在一個(gè)交 叉的云母圈上并在一個(gè)玻璃管內(nèi)安裝該組件。此結(jié)構(gòu)將 電線上的應(yīng)力減至最低，同時(shí)使電阻升至最高。

盡管此結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的元件，但鉑和測(cè)量點(diǎn) 之間的熱接觸相當(dāng)差。這會(huì)導(dǎo)致熱響應(yīng)速度較慢。該結(jié) 構(gòu)的脆弱限制了如今將其主要用作實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)。

另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)取代了梅爾斯的設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)是埃 文斯和伯恩斯提出的鳥籠元件。16鉑元件保持大部分不 受支撐，這使得它可以在因溫度變化膨脹或收縮時(shí)自由 移動(dòng)。

應(yīng)力誘導(dǎo)的電阻隨時(shí)間變化并且溫度因此降至最低， 而鳥籠成為最終的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)。由于不支持的結(jié)構(gòu)和隨 后的振動(dòng)敏感度，此配置對(duì)于工業(yè)環(huán)境來(lái)說(shuō)仍然有些太 脆弱了。

更堅(jiān)固的制造技術(shù)如圖37中所示。雙股鉑線纏繞在玻 璃或陶瓷線軸上。雙線繞組減小了線圈的有效封閉區(qū) 域，從而將電磁效應(yīng)及其相關(guān)噪聲減至最低。一旦線纏 繞在線軸上后，組件隨即使用一層玻璃液密封。密封過(guò) 程確保了RTD將在極端振動(dòng)情況下保持其完整性，但同 時(shí)也限制了鉑金屬在高溫下的膨脹。除非鉑和線軸的膨 脹系數(shù)完全匹配，否則隨著溫度的變化，電線上會(huì)產(chǎn)生 應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力誘導(dǎo)的電阻變化。這可能導(dǎo)致線電阻的 持久變化。

部分支持版本的RTD可提供鳥籠方法和密封螺旋結(jié)構(gòu) 之間的折衷。其中一種方法是使用鉑螺旋結(jié)構(gòu)穿過(guò)陶瓷 圓筒并通過(guò)玻璃料粘貼。這些設(shè)備將在中等嚴(yán)苛的振動(dòng) 應(yīng)用中保持出色的穩(wěn)定性。

在最新的制造技術(shù)中，鉑或金屬-玻璃漿膜會(huì)沉積或 篩選到一個(gè)小的扁平陶瓷基體中，使用激光微調(diào)系統(tǒng)蝕 刻，然后進(jìn)行密封。涂膜RTD可大幅減少裝配時(shí)間，并 且具有可增大指定尺寸設(shè)備的電阻這一更大的優(yōu)勢(shì)。采 用該制造技術(shù)，設(shè)備本身的尺寸就可以做到很小，這表 示設(shè)備可以更快響應(yīng)溫度的階躍變化。涂膜RTD不如手 工制造的同類產(chǎn)品穩(wěn)定，但因其在規(guī)模和生產(chǎn)成本上的 決定性優(yōu)勢(shì)正變得越來(lái)越流行。這些優(yōu)勢(shì)會(huì)推動(dòng)將來(lái)提 高穩(wěn)定性所需的研究。

金屬-所有金屬都會(huì)對(duì)溫度的正變化產(chǎn)生正電阻變化。 這當(dāng)然就是RTD的主要功能。正如我們很快將看到的 一樣，RTD電阻標(biāo)稱值較大時(shí)系統(tǒng)誤差將被減至最低。 這意味著金屬線的電阻率較高。金屬的電阻率越低， 我們就必須使用越多的材料。

表6列出了常見(jiàn)RTD材料的電阻率

金屬 + -		電阻率 OHM/CMF （cmf = 圓密耳英尺）
金 Au		13.00
銀 Ag		8.8
銅 Cu		9.26
鉑 Pt		59.00
鎢 w		30.00
鎳 Ni		36.00
表6

由于其較低的電阻率，金銀很少用作RTD元件。鎢有 著相對(duì)較高的電阻率，但它保留用于非常高溫度下的應(yīng) 用，因?yàn)樗鼧O其脆弱并且難以使用。

銅偶爾會(huì)用作RTD元件。其較低的電阻率強(qiáng)制要求元 件比鉑元件長(zhǎng)，但其線性度和非常低的成本使其成為一種經(jīng)濟(jì)的替代品。其溫度上限僅為約120?C。

最常見(jiàn)的RTD由鉑、鎳或鎳合金制成。經(jīng)濟(jì)的鎳衍生 線可在有限的溫度范圍內(nèi)使用。它們相當(dāng)非線性，并且 往往會(huì)隨時(shí)間出現(xiàn)漂移。鉑顯然是實(shí)現(xiàn)測(cè)量完整性的理 想選擇。

鉑RTD的常用電阻值范圍，從鳥籠型RTD的10歐姆到 涂膜RTD的數(shù)千歐姆。一個(gè)最常用的值是100歐(0?C)。 鉑線的DIN 43760標(biāo)準(zhǔn)溫度系數(shù)是α = 0.00385。對(duì) 于100歐姆的線，這相當(dāng)于+ 0.385 OHMS/?C (0?C)。 α的這個(gè)值實(shí)際上是從0?C到100?C的平均斜率。鉑電阻 標(biāo)準(zhǔn)中使用的化學(xué)上更純的鉑線的α值是+0.00392歐姆/ 歐姆/?C。

斜率和絕對(duì)值都是較小的數(shù)值，尤其是考慮到引至傳 感器的測(cè)量線可能為幾歐姆甚至幾十歐姆的事實(shí)。較小 的導(dǎo)線阻抗也可能對(duì)我們的溫度測(cè)量造成顯著誤差。

十歐姆的導(dǎo)線阻抗意味著10/0.385 ? 26?C的測(cè)量誤 差。即使導(dǎo)線的溫度系數(shù)也可能會(huì)造成測(cè)量誤差。避免 此問(wèn)題的經(jīng)典方法是使用電橋。

電橋輸出電壓是RTD電阻的間接指示。電橋需要四根 連接線、一個(gè)外部源以及三個(gè)零溫度系數(shù)的電阻。為避 免三個(gè)橋接完成的電阻與RTD承受相同的溫度，RTD將 通過(guò)一對(duì)延長(zhǎng)線與電橋隔開(kāi)：

這些延長(zhǎng)線會(huì)重新產(chǎn)生我們最初遇到的問(wèn)題：延長(zhǎng)線 的阻抗會(huì)影響溫度讀數(shù)。這一影響可通過(guò)使用三線電橋 配置減至最低：

如果線A和B長(zhǎng)度完全匹配，則其阻抗影響將抵消，因?yàn)?它們位于電橋相反的分支中。第三根線C充當(dāng)感應(yīng)導(dǎo)線 并且不帶電流。

圖41中所示的惠斯通電橋在電阻變化和電橋輸出電壓 變化之間建立了非線性關(guān)系。這需要其他方程來(lái)將電橋 輸出電壓轉(zhuǎn)換為等效的RTD阻抗，合成RTD的已存在非 線性溫度-電阻特性。

4線電阻- 使用電流源及遠(yuǎn)程感應(yīng)數(shù)字電壓表的技術(shù)可 緩解與電橋有關(guān)的許多問(wèn)題。

dvm讀取的輸出電壓與RTD電阻成正比，因此只需一個(gè)轉(zhuǎn) 換公式。三個(gè)橋接完成的電阻被一個(gè)基準(zhǔn)電阻替換。數(shù)字 電壓表僅測(cè)量RTD兩端的壓降并且對(duì)導(dǎo)線的長(zhǎng)度不敏感。

使用4線電阻的一個(gè)缺點(diǎn)是我們需要的延長(zhǎng)線比3線電 橋多一根。如果我們注重溫度測(cè)量的精度，這只是很小 的代價(jià)

如果我們知道VS和VO，則可以計(jì)算出Rg，然后求解 溫度。通過(guò)R1 = R2構(gòu)建的電橋的不平衡電壓Vo為： 很小 的代價(jià)

如果Rg = R3，則VO= 0并且電橋?qū)崿F(xiàn)平衡。這可以手動(dòng) 完成，但如果我們不想手動(dòng)進(jìn)行電橋平衡，可以僅求解 VO形式的Rg：

該表達(dá)式假定導(dǎo)線電阻為零。如果Rg的位置離3線配置 中的電橋有一段距離，則導(dǎo)線電阻RL將與Rg和R3串行。

我們?cè)俅吻蠼釸g：

如果Vo較小（即電橋接近平衡），則誤差項(xiàng)較小。此 電路與應(yīng)力表之類的設(shè)備可以很好地配合使用，從而只 更改電阻值幾個(gè)百分點(diǎn)，但RTD電阻隨溫度顯著變化。 假設(shè)RTD電阻為200歐姆，而電橋設(shè)計(jì)用于100歐姆：

由于我們不知道RL的值，因此必須使用公式(a)，所以 得到：

正確的答案當(dāng)然是200歐姆。即溫度誤差約為2.5?C。

除非您能夠?qū)嶋H測(cè)量RL的電阻或平衡電橋，否則基本 的3線技術(shù)并非使用RTD測(cè)量絕對(duì)溫度的精確方法。更 好的方法是使用4線技術(shù)。

RTD是比熱電偶更線性化的設(shè)備，但它仍需要曲線擬 合。Callendar-Van Dusen方程用于粗略估計(jì)RTD曲線已 有多年：^{11, 13}

其中：

R_T = 溫度為T時(shí)的電阻
R_o = T = 0?C時(shí)的電阻
α = T = 0?C時(shí)的溫度系數(shù)
（通常為+0.00392Ω/Ω/?C）
δ = 1.49（.00392 鉑的典型值）
β = 0 T > 0
0. 11（典型值）T < 0

系數(shù)α，β和δ的確切值通過(guò)在四個(gè)溫度測(cè)試RTD并求解 相關(guān)方程確定。為提供更精確的曲線擬合，這個(gè)熟悉的 方程在1968年由20次多項(xiàng)式取代。

打印出此方程表明RTD是比熱電偶更線性化的設(shè)備：

適用于熱電偶的實(shí)用預(yù)防措施同樣也適用于RTD，即 使用屏蔽和雙絞線、使用適當(dāng)?shù)淖o(hù)套、避免應(yīng)力和急劇 變化的梯度、使用尺寸較大的延長(zhǎng)線、保留良好的記錄 文檔和使用保護(hù)的積分dvm。此外，應(yīng)遵從以下預(yù)防 措施。

結(jié)構(gòu)-由于其結(jié)構(gòu)，RTD在某種程度上比熱電偶更脆 弱，并且必須采取預(yù)防措施進(jìn)行保護(hù)。

自動(dòng)加熱-與熱電偶不同的是，RTD并非自供電。電流 必須經(jīng)過(guò)設(shè)備才能提供可進(jìn)行測(cè)量的電壓。電流會(huì)導(dǎo)致 RTD內(nèi)的焦耳(I2R)加熱，從而更改其溫度。這一自動(dòng)加 熱會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)測(cè)量誤差。因此，必須注意歐姆表提供 的測(cè)量電流的量值。自動(dòng)加熱誤差的典型值為自由空氣 中 1?2?C/毫瓦。顯然，浸入導(dǎo)熱介質(zhì)中的RTD會(huì)將其焦耳 熱量傳遞給介質(zhì)，并且由于自動(dòng)加熱導(dǎo)致的誤差將因此 減小。在自由空氣中上升1?C/毫瓦的同一RTD在以 1米/秒速率流動(dòng)的空氣中僅上升1?10?C/毫瓦。6

要減小自動(dòng)加熱引起的誤差，請(qǐng)使用仍可提供所需分 辨率的最小歐姆測(cè)量電流，并使用仍可提供良好響應(yīng)時(shí) 間的最大RTD。顯然，這需要考慮折衷。

熱分流-熱分流是通過(guò)插入測(cè)量傳感器更改測(cè)量溫度 的行為。熱分流對(duì)于RTD來(lái)說(shuō)比熱電偶問(wèn)題更大，因?yàn)?RTD的物理體積比熱電偶大。

熱電動(dòng)勢(shì)-RTD進(jìn)行測(cè)量時(shí)，制成的鉑-銅連接可能會(huì)導(dǎo)致 熱偏移電壓。偏移補(bǔ)償歐姆技術(shù)可用于消除這一影響。

與RTD一樣，熱敏電阻也是溫度敏感的電阻。如果說(shuō) 熱電偶是最通用的溫度傳感器而PRTD是最穩(wěn)定的，則 最適合描述熱敏電阻的詞是敏感。在三種主要的傳感器 分類中，熱敏電阻表現(xiàn)出目前為止最大的隨溫度參數(shù)變 化

熱敏電阻通常由半導(dǎo)體材料制成。盡管可以使用正 溫度系數(shù)裝置，但大多數(shù)熱敏電阻都使用負(fù)溫度系數(shù) (TC)；即其電阻隨著溫度升高而減小。負(fù)T.C.的大小可 以是每攝氏度幾個(gè)百分點(diǎn)，以便熱敏電阻電路能夠檢測(cè) 到溫度的微小變化，而使用RTD或熱電偶電路無(wú)法觀察 到這樣的變化。

我們?yōu)檫@一靈敏度提高付出的代價(jià)是損失線性度。熱 敏電阻是一個(gè)極端的非線性設(shè)備，它高度依賴于工藝參 數(shù)。因此，制造商無(wú)法將熱敏電阻曲線標(biāo)準(zhǔn)化到RTD和 熱電偶曲線的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

單獨(dú)的熱敏電阻曲線可能非常接近通過(guò)使用

Steinhart-Hart 方程取得的近似：18

其中： T = 開(kāi)氏度
R = 熱敏電阻的電阻
A,B,C = 曲線擬合常數(shù)

A、B和C通過(guò)在公布的數(shù)據(jù)曲線上選擇三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并求 解三個(gè)聯(lián)立方程得出。選擇的數(shù)據(jù)點(diǎn)在熱敏電阻溫度范 圍標(biāo)稱中心內(nèi)的跨度不超過(guò)100?C時(shí)，此方程接近相當(dāng) 顯著的±.02?C曲線擬合。

通過(guò)更簡(jiǎn)單的方程可以達(dá)到更快一些的計(jì)算機(jī)執(zhí)行 時(shí)間：

其中A、B和C可通過(guò)選擇三個(gè)(R,T)數(shù)據(jù)點(diǎn)并求解三個(gè)得 到的聯(lián)立方程再次得出。此方程必須在較窄的溫度范圍 內(nèi)應(yīng)用以便接近Steinhart-Hart方程的精度。

我們投入了大量努力開(kāi)發(fā)接近線性特性的熱敏電阻。 這些通常是2或4線設(shè)備，需要極度匹配的電阻才能線性 化特性曲線?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其計(jì)算控制器使這種 硬件線性化不再有必要。

熱敏電阻的高電阻率為其提供了獨(dú)特的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。使 用RTD無(wú)需四線電阻測(cè)量。例如，常見(jiàn)的熱敏電阻值為 5000歐姆(25?C)。通過(guò)典型T.C.的4%/?C，100歐姆的測(cè) 量導(dǎo)線電阻僅產(chǎn)生0.05?C的誤差。這一誤差因素比同等 RTD誤差小500倍。

缺點(diǎn)-由于是半導(dǎo)體，熱敏電阻比RTD或熱電偶更容易 在高溫下永久失準(zhǔn)。熱敏電阻的使用通常限于幾百攝氏 度并且制造商會(huì)發(fā)出警告，長(zhǎng)時(shí)間暴露在即使遠(yuǎn)低于最 大工作限制的溫度下也將導(dǎo)致熱敏電阻偏離其指定的 公差。

熱敏電阻可制成非常小的尺寸，這意味著它們將快速 響應(yīng)溫度變化。這還意味著其較小的熱質(zhì)量使其特別容 易受自動(dòng)加熱誤差的影響。

熱敏電阻比RTD或熱電偶脆弱得多，并且必須小心安 裝以避免破碎或連接分離。

測(cè)溫法最近的創(chuàng)新是集成電路溫度傳感器。它在電壓 和電流輸出配置中均可用。兩者均提供與絕對(duì)溫度成線 性比例的輸出。典型值為1 μA/K和10 mV/K。

除了提供與溫度非常接近線性的輸出以外，這些設(shè)備 還共享熱敏電阻設(shè)備的缺點(diǎn)并因此具有有限的溫度范 圍。自動(dòng)加熱和脆弱的問(wèn)題同樣很明顯，并且它們需要 外部電源。

這些設(shè)備提供了一種方便的途徑，可以產(chǎn)生與溫度成 正比的模擬電壓。因此硬件熱電偶參比端補(bǔ)償電路中出 現(xiàn)了這樣的需求（見(jiàn)圖15）。

以下示例列出了根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的熱電偶“定律”，對(duì) 于理解和診斷熱電偶電路很有用。

在鐵和康銅導(dǎo)線之間插入銅導(dǎo)線將不會(huì)改變輸出電壓 V，無(wú)論銅導(dǎo)線的溫度如何。電壓V是Fe-C熱電偶在溫度 為T₁時(shí)的電壓。

輸出電壓V將為Fe-C對(duì)在溫度為T時(shí)的電壓，不論是否對(duì) 任一測(cè)量導(dǎo)線應(yīng)用外部熱源。

電壓V將為Fe-C熱電偶在溫度為T時(shí)的電壓，只要鉑線 的兩端為相同溫度。鉑線產(chǎn)生的兩個(gè)熱電偶（Fe-Pt和 Pt-Fe）相對(duì)作用。

所有上述示例假設(shè)測(cè)量線是均勻的；即沒(méi)有缺陷和 雜質(zhì)。

多年來(lái)，我們已開(kāi)發(fā)出特定的熱電偶對(duì)合金來(lái)解決獨(dú) 特的測(cè)量問(wèn)題。較常見(jiàn)的熱電偶特性在此處討論。

我們將使用的術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)線誤差是指《ASTM標(biāo)準(zhǔn)年鑒》中發(fā)布的常見(jiàn)商用規(guī)格。它表示實(shí)際熱電偶輸出電壓與 NBS專題論文125的表中預(yù)測(cè)的電壓之間允許的偏差。

貴金屬熱電偶-貴金屬熱電偶（B型、R型和S型）都是 鉑或鉑-銠熱電偶，因此共享許多相同的特性。

擴(kuò)散-高溫下的金屬蒸汽擴(kuò)散可以輕易改變鉑線的校 準(zhǔn)；因此，鉑線應(yīng)僅在非金屬護(hù)套（例如高純度氧化 鋁）內(nèi)使用。此規(guī)則的一個(gè)例外是鉑制成的護(hù)套，但 此選件非常昂貴。

穩(wěn)定性-基于鉑的對(duì)是目前所有常見(jiàn)熱電偶中最穩(wěn)定 的。S型如此穩(wěn)定以致被指定為銻點(diǎn)(630.74?C)與金點(diǎn) (1064.43?C)之間溫度校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。

B型-B型對(duì)是唯一表現(xiàn)出雙值不確定性的常見(jiàn)熱電偶。

由于雙值曲線和低溫下極低的塞貝克系數(shù)，B型在低 于50?C時(shí)幾乎無(wú)效。由于輸出接近零（從0?C到42?C），因此B型的唯一優(yōu)點(diǎn)是只要溫度介于0?與40?C之間，參比端溫度幾乎無(wú)關(guān)緊要。當(dāng)然，測(cè)量連接點(diǎn)溫度通常 都非常高。

與貴金屬熱電偶不同，這些基本金屬對(duì)沒(méi)有特定的化學(xué) 成分?？梢允褂媒饘俚娜我饨M合，這可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)線誤差 范圍內(nèi)的電壓-溫度曲線擬合。并且會(huì)帶來(lái)一些非常有 趣的金屬組合。例如康銅，它根本不是一個(gè)具體的金屬 合金，而是整個(gè)銅鎳合金系列的通用名稱。不可思議的 是，T型（銅-康銅）熱電偶中使用的康銅與Ｊ型（鐵- 康銅）對(duì)中使用的康銅是不一樣的。3

E型-盡管不指定低于0?C的E型標(biāo)準(zhǔn)線誤差，但E型熱電 偶非常適合低溫測(cè)量，因?yàn)樗惪讼禂?shù)高(58 μV/?C)、 導(dǎo)熱性低并且耐腐蝕。

E型的塞貝克系數(shù)大于所有其他標(biāo)準(zhǔn)對(duì)，使其對(duì)于檢 測(cè)較小的溫度變化非常有用。

J型-J型對(duì)中的正極元件鐵是一種便宜的金屬，很少以 純凈的形式制造。J型熱電偶由于鐵中的雜質(zhì)而一致性 特性較差。即使如此，由于其塞貝克系數(shù)高并且價(jià)格 低，J型對(duì)仍然很受歡迎。

J型對(duì)應(yīng)切勿在超過(guò)760?C時(shí)使用，因?yàn)橥蝗坏拇判?轉(zhuǎn)變可導(dǎo)致即使儀器冷卻后仍存在的失準(zhǔn)。

T型-這是公布的標(biāo)準(zhǔn)線誤差適用于溫度區(qū)域低于0?C 的唯一對(duì)；但E型實(shí)際上更適合非常低的溫度，因?yàn)槠?塞貝克系數(shù)較高并且導(dǎo)熱性較低。

T型獨(dú)特的區(qū)別在于有一根銅導(dǎo)線。這在溫差均為預(yù)期 的專門監(jiān)測(cè)情況下可能成為一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)是銅熱電偶導(dǎo)線與dvm端子是同一種金屬，因此 不必進(jìn)行導(dǎo)線補(bǔ)償。

K型與鎳鉻硅電偶合金 - 鎳鉻硅熱電偶（即N型）與 K型類似，但設(shè)計(jì)為將傳統(tǒng)鎳鉻-鎳鋁組合中的某些不穩(wěn) 定性減至最低。合金含量的變化提高了500?C時(shí)發(fā)生的 有序/無(wú)序變化，正極元件中更高的硅含量提高了高溫下 的耐氧化性。特性曲線的完整說(shuō)明在NBS專題論文161 中發(fā)布。¹⁴

鎢-鎢-錸熱電偶通常在高溫的缺氧或真空環(huán)境中使用， 但由于高反應(yīng)率而從不在氧化氣體中使用。純鎢在加熱 超過(guò)其再結(jié)晶溫度（約1200?C）時(shí)會(huì)變得非常脆弱。為 使導(dǎo)線更容易操作，在兩個(gè)熱電偶分支中都使用了錸合 金。G型（鎢與含錸26%的鎢錸合金）、C型（含錸5% 的鎢錸合金與含錸26%的鎢錸合金）和D型（含錸3%的 鎢錸合金與含錸25%的鎢錸合金）熱電偶可作為裸線形 式以及完整的探頭組件提供。所有材料都符合公布的誤 差限。

在高溫下，尺寸較小的 熱電偶線受擴(kuò)散、雜質(zhì) 和不均勻性的影響比大 尺寸線大得多。標(biāo)準(zhǔn)線 誤差體現(xiàn)了這一關(guān)系。請(qǐng)注意，每種NBS線誤 差規(guī)格都帶有電線尺寸。貴金屬熱電偶（B、R和S）明顯 出于成本原因指定為小尺寸(24 ga.)線

AWG	DIA, MILS	DIA, mm
8	128	3.3
10;	102	2.6
12	81	2.1
14	64	1.6
16	51	1.3
18	40	1
20	32	0.8
22	25	0.6
24	20	0.5
26	16	0.4
28	13	0.3

型號(hào)	金屬 + -	J標(biāo)準(zhǔn)色碼 + -	兩英尺 20 AWG	塞貝克系數(shù)S ( V/?C) @ T (?C)	?C標(biāo)準(zhǔn)線誤差 （見(jiàn)附錄B）	NBS指定的材料范圍? (?C)
B	含銠6%的鉑銠合金 含銠30%的鉑銠合金	–	0.2	6 600	4.4到8.6	0到1820*
E	含鉻10%的 鎳鉻合金 康銅	紫 紅色	0.71	58.5 0	1.7到4.4	-270到1000
J	鐵 康銅	白色 紅色	0.36	50.2 0	1.1到2.9	-210到760
K	含鉻10%的鎳鉻合金 鎳	黃色 紅色	0.59	39.4 0	1.1到2.9	-270到1372
N (AWG 14)	鎳鉻硅合金 鎳硅合金	–	–	39 600	–	0到1300
N (AWG28)	鎳鉻硅合金 鎳硅合金	–	–	26.2 0	–	-270到400
R	含銠13%的鉑銠合金 鉑	–	0.19	11.5 600	1.4到3.8	-50到1768
S	含銠10%的鉑銠合金 鉑	–	0.19	10.3 600	1.4到3.8	-50到1768
T	銅 康銅	藍(lán)色 紅色	0.30	38 0	0.8到2.9	-270到400
W-Re	含錸5%的鎢錸合金 含錸26%的鎢錸合金	–	–	19.5 600	–	0到2320
* B型雙值低于42?C - 指定的曲線擬合僅在130?C以上 ? 材料范圍適用于8 AWG線；隨著電線尺寸減小而縮小