【測温抵抗体・熱電対】原理、使い分け、配線について

温度計（熱電対、測温抵抗体）とは プラントや工場などでは様々なエネルギーや流体を扱い、例を挙げるとそれらには蒸

概要 調節計とは温度・圧力・流量などの物理量やプロセス量（測定値）を目標値（設定値）と比較し、一致させるように制御を行う機器のことです。 デジタル指示調節計とも呼ばれ、工場やプラントなどで幅広く使用されています。 分かりやすく表したものが、.

熱電対の測定原理について

まずは 熱電対 の測定原理について見ていきましょう。

熱電対は先に述べたように ゼーベック効果 と呼ばれる原理を用いており、これは「異種金属の接合2点間の温度差で起電力が発生する」というモノです。

イラストのように温度測定点は 金属(+脚） と 金属（－脚） が接する形となっています。この二種の異種金属は測定器（変換部）まで延長されて接続されており、測定器内部でもこの異種金属は張り合わされています。

すると測定点（100℃）と変換部（20℃）の間には80℃の温度差が存在するため、ゼーベック効果によって、この 一連のループに80℃分の起電力（電位差） が発生します。

この起電力を取り出すことによって、測定器側は 温度を逆算 することが出来るのです。

この異種金属の組み合わせは決まっており、その組み合わせによってK型熱電対、J型熱電対などと種類が分かれています。ちなみに K型熱電対 が産業界では最も普及しており、特殊な要求事項がない限りは、まず始めにこのタイプの採用を検討します。

熱電対の利用において絶対に知らなければならないのは、 補償導線 という延長ｹｰﾌﾞﾙの存在です。

測定部にあたる熱電対は 比較的高価 であるため、計器と測定部の距離が長くなる場合、そのまま同種の材料で延長するのは経済的ではありません。

このため延長部分には、熱電対と同じ起電力特性を持つ材料を使用する必要があります。この点、 補償導線は0~60℃の範囲内においては熱電対とほぼ同等の起電力特性を持つため、条件に合致します。

しかし変換部の 20℃分 がそのままではすっぽり抜け落ちるため、変換部の端子付近の温度を測定し、0℃基準の起電力として加算することで、最終的な真値を得ることが出来ます。

これを 基準接点補償 と言います。知らなくても計器が勝手にやってくれますが、一応おさえておきましょう。

測温抵抗体の原理について

次に 測温抵抗体 の測定原理について見ていきましょう。

オームの法則により「検出部の金属or金属酸化物の電気抵抗は温度によって変化する」という特性が明らかであるため、この微小電流を流したことで得られる 電圧 から、温度を逆算することが可能です。

実際にどういった経路で電位差を取り出すかを、イラストを見ながら追いましょう。ちなみにこのイラストでは工業用途で最も使用される、 3線式 の結線を行っています。

計器側から 規定電流I が常に一定で流れ、これが測温抵抗体の抵抗Rtを通り、変換部端子Bへと戻ります。このループによって 端子A、B、b間にはそれぞれV1、V2の電位差が発生します。

ここで知りたいのは 測温抵抗体Rtにかかる電圧V であるため、これから以下のように計算します。

V1-V2 = I×(R+Rt) – I×R = I×Rt = V

温度検出部の抵抗体に流す微小電流を指します。 0.5mA、1mA、2mA の三種類がJISに規定されており、 この値が大きいと自己加熱による測定誤差が大きくなり、かといって小さ過ぎると発生電圧が小さくなり、測定が難しくなります。

そのため通常は2mAを選択し、高精度が要求されるケースで1mA、0.5mAを選択します。

イラストですでに紹介した結線方式で、抵抗素子の片側に2本、もう片側に1本の導線を配した方式です。 3本の導線の抵抗値が等しいことが前提 となりますが、 配線の抵抗を回避できるため、最も汎用的に使用されます。

測温抵抗体の抵抗素子両端に、2本ずつ導線を接続した結線方式です。 最もコストがかかる方式 ですが、 導線抵抗の影響を完全に除去できます。

まとめ

• 工業用途の温度計（センサ）では 熱電対、測温抵抗体 がよく使用される。
• 熱電対は ゼーベック効果 を利用した温度計測センサである。
• 測温抵抗体は オームの法則 を利用した温度計測センサである。

参考文献・サイト

• 川村貞夫/石川洋次郎『工業計測と制御の基礎―メーカーの技術者が書いたやさしく計装がわかる 工業計測と制御の基礎 第6版』工業技術社,2016年
• 株式会社キーエンス『わかる。温度計測 [熱電対編]』『わかる。温度計測 [測温抵抗体編]』https://www.keyence.co.jp/download/download/confirmation/?dlAssetId=AS_75659&dlAssetId=AS_75660&dlAssetId=AS_75661&dlAssetId=AS_75662&ad_local=ss_top_mv&wl=1

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