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熱電対入門

熱電対センサーとは何ですか?
熱電対は温度を測定するセンサーです。熱電対は、異なる2つの金属をつなげたものです。2つの金属の温接点が加熱されたり冷却されたりすると電圧が発生するので、それを読み取って温度と関連づけることができます。熱電対の合金は通常、ワイヤーの形で入手できます。

熱電対にはどのようなタイプがありますか?
様々な金属の組み合わせとタイプの熱電対が入手可能です。4種類の最も一般的なタイプはJ、K、TおよびEです。高温タイプとしてR、S、CおよびGBがあります。それぞれのタイプは、温度範囲と環境の点で異なっています。ただし、最高温度は熱電対に使用されているワイヤーの外径によって変わります。熱電対のタイプは温度範囲を決めるものですが、最高温度は熱電対の外径によっても制限されます。つまり、非常に細い熱電対の場合では、最大の温度範囲を実現できないことがあります。
それぞれの熱電対については詳細な参照文献表をご覧ください。このテーブルには、ほぼすべての種類の熱電対について、熱電対合金、温度範囲および最大許容差を表す国際カラーコードが含まれています。
熱電対のタイプはどのように選んだらよいですか?
熱電対は幅広い温度範囲を測定するものであり、比較的頑丈なので、熱電対は産業界で広く使用されています。熱電対を選択するには、次の基準を参考にしてください。
  • 温度範囲
  • 熱電対または被覆合い量の化学的耐久性
  • 摩耗と振動に対する耐久性
  • 取り付けの要件 (既存の装置との互換性が必要である場合や、既存の穴がプローブの外径を制限する場合があります)



どうすればどの温接点タイプを選択するべきかがわかりますか?
シース熱電対プローブは、次の3種類の温接点タイプのものを利用できます。接地型、非接地型または露出型です (下の「熱電対先端のスタイル」を参照してください)。.接地型プローブの先端では、熱電対のワイヤーはプローブの壁の内側に物理的に接触しています。そのため、プローブの壁から熱電対の温接点を通る、外部からの熱伝導は良好です。非接地型プローブの場合、熱電対の温接点はプローブの壁から離れています。応答は接地型タイプよりも遅いですが、非接地のため、電気的には絶縁されています (下の表を参照してください)。

室温での絶縁抵抗
非接地型熱電対
公称シース外径 かけられる最小電圧 最小絶縁抵抗
0.90mm (0.03インチ) 未満 50V 100Mオーム
0.80~1.5mm (0.030~0.059インチ) 50V 500Mオーム
1.5mm (0.059インチ) を越える 500V 1000Mオーム

露出型温接点スタイルの熱電対はシースの先端から突き出ていて、周囲の環境に直接さらされます。このタイプでは応答速度が最良です。しかし、乾燥し、腐食性でなく加圧されない利用分野に限られます。

応答速度とは何ですか?
時定数は、指定された一連の条件下でセンサーが温度のステップ変化の63.2%に達するのに必要な時間として定義されます。センサーが値のステップ変化のほぼ100%に達するには、時定数の約5倍の長さの時間が必要です。露出型温接点の熱電対が、最も速い応答を示します。また、プローブのシース径が小さいほど応答は速くなりますが、最高温度は低くなる場合があります。また、シース径によっては、熱電対タイプの最大温度範囲には耐えられない場合があることに注意してください。

素材 最高温度 利用例の周辺大気
酸化性 水素 真空 不活性
304 SS 900°C (1650°F) 非常に良好 良い 非常に良好 非常に良好
Inconel 600 1148°C (2100°F) 非常に良好 良い 非常に良好 非常に良好




熱電対の範囲と最大許容差
下のテーブルは、J、K、EおよびT熱電対の温度範囲と精度を示しています。 付加的な熱電対タイプ

一般的な熱電対の温度範囲




熱電対参照文献表
熱電対は電圧を出力しますが、それは熱電対が測定している温度と関連づけられます。下の表の文書は、特定の熱電対タイプにおける熱電対の電圧と対応する温度を示しています。ほとんどの文書はまた、熱電対の温度範囲、最大許容差および環境の考慮点についても記しています。

関連する文書を表示するには、下のリンクをクリックしてください
熱電対タイプB(°C)  熱電対タイプB(°F)
熱電対タイプC(°C) 熱電対タイプC(°F)
熱電対タイプE(°C) 熱電対タイプE(°F)
熱電対タイプJ(°C) 熱電対タイプJ(°F)
熱電対タイプK(°C) 熱電対タイプK(°F)
熱電対タイプN(°C) 熱電対タイプN(°F)
熱電対タイプR(°C) 熱電対タイプR(°F)
熱電対タイプS(°C) 熱電対タイプS(°F)
熱電対タイプT(°C) 熱電対タイプT(°F)
タングステンおよびタングステン/
レニウム
CHROMEGA®対Gold-0.07
原子百分率鉄
 熱電対のタイプ
温接点ワイヤー熱電対 温接点ワイヤー熱電対
温接点ワイヤー熱電対は最もシンプルな形式の熱電対です。これは、2ピースの熱電対線を溶接された温接点でまとめたものです。熱電対の温接点は露出型しているため、利用方法にはいくらかの制限があります。温接点ワイヤー熱電対は、熱電対合金を腐食または酸化する液体中で使用することはできません。金属表面も問題になることがあります。金属表面、特にパイプはしばしば電気システムを接地するために使用されています。電気システムと間接的に接続されるなら、熱電対の測定に悪影響が及びます。一般に、ガス温度の測定であれば、温接点ワイヤー熱電対はよい選択肢となります。これらは非常に小さくでき、応答速度も非常に速いからです。
熱電対プローブ

熱電対プローブ
熱電対プローブは金属缶の中に収められた熱電対線で構成されています。金属管のチューブの壁はプローブのシースと呼ばれます。一般的なシース素材としてはステンレス鋼とインコネルがあります。インコネルはステンレス鋼よりも高い温度範囲に対応できますが、ステンレス鋼は様々な化学物質に耐えられるためにより好まれています。非常に高い温度の場合には、他の特殊なシース素材のものも利用できます。当社の高温特殊熱電対プローブをご覧ください。
熱電対プローブの先端としては、3種類のスタイルのものが利用できます。接地、非接地および露出型です。接地先端では、熱電対はシースの壁に接触しています。接地型により高速な応答が可能ですが、電気的接地ループの影響を最も受けやすいタイプです。非接地結合点では、熱電対は1層の絶縁によりシースの壁から離されています。露出型温接点では、熱電対の先端はシースの壁よりも突き出ています。露出型温接点熱電対は、空気中の測定に最も適しています。

熱電対の先端スタイル
接地熱電対 非接地熱電対 露出型熱電対
接地熱電対 非接地熱電対 露出型熱電対
熱電対表面プローブ 表面プローブ
固体表面の温度測定はほとんどの温度センサーで最も困難なタイプの測定です。正確な測定を行うためには、センサーの測定エリア全体が表面と接触していなければなりません。これは、センサーと表面の両方が硬い場合には困難です。熱電対は曲げやすい金属からできているので、硬い固体表面との接触が最大になるように、温接点を平らで薄くすることができます。これらの熱電対は、表面を測定する場合の最も優れた選択肢です。熱電対は、回転機構の中に組み込むこともできるので、移動表面の温度測定にも適しています。タイプK はChromegaAlomegaです。



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