次に3本直列接続について実験してみます。

    ○実験の方法

 2本直列接続の実験に中間測温接点bを追加しました。
 なお、中間測温接点bは接続条件により氷水から出し入れを行いました。氷水から出した時の中間測温接点bの温度は、便宜上、基準接点d、雰囲気eの温度と同じとしました。

 以下の接続条件で試験を行います。
表4.接続条件(熱電対3本直列接続)
測温接点a(低温) 測温接点b(中間) 測温接点c(高温) 基準接点(冷接点)d e
(3) 氷水(0℃) 雰囲気 ホットプレート表面(50℃設定) 雰囲気 雰囲気
(4) 氷水(0℃) 氷水(0℃) ホットプレート表面(100℃設定) 雰囲気 雰囲気
(5) 氷水(0℃) 氷水(0℃) ホットプレート表面(50℃設定) 雰囲気 雰囲気
(6) 氷水(0℃) 雰囲気 ホットプレート表面(100℃設定) 雰囲気 雰囲気

    ○結果

 測定温度は表5.のようになりました。
表5.測定結果(熱電対3本直列接続)
接続条件 測定温度[℃] データロガー
表示温度f [℃]
熱起電力から
算出した表示温度g [℃]
f - g 差
[℃]
a b c d e
(3) 0.40 24.30 48.60 24.30 24.30 26.35 24.99 1.36
(4) 0.35 0.35 48.15 24.20 24.20 2.65 0.98 1.67
(5) 0.45 0.45 94.15 24.35 24.35 49.50 48.03 1.47
(6) 0.55 24.35 94.40 24.35 24.35 72.25 71.46 0.79
 基準接点dの温度は、近傍の雰囲気温度eを測定し、便宜上、基準接点dと雰囲気eの温度は同じとしました。

 接続条件(5)について熱起電力から表示温度を算出する。
 まず、測定温度a、b、c、d、eについてそれぞれ熱起電力に変換します。
a … 17.80 [μV]
b … 17.80 [μV]
c … 3854 [μV]
d、e … 974 [μV]
 各回路の熱起電力を求めると、
E1 = a - d = 17.80 - 974 = -956.2 [μV]
E2 = b - d = 17.80 - 974 = -956.2 [μV]
E3 = c - d = 3854 - 974 = 2880 [μV]
 これより、
熱起電力E = E1 + E2 + E3 = (-956.2) + (-956.2) + 2880 = 967.6 [μV]
 これに基準接点温度分の熱起電力を嵩上げすると、
967.6 + 974 = 1941.6 [μV]  …(D)
 この結果、熱起電力から算出した表示温度は48.03[℃]となりました。
 接続条件(3)(4)(6) についても同様に算出しました。

 こちらについても測定温度を加算減算して表示温度を求めてみました。

表6.計算結果(熱電対3本直列接続)
接続条件 データロガー
表示温度f [℃]
測定温度から
算出した表示温度h [℃]
f - h 差 [℃]
(3) 26.35 24.70 1.65
(4) 2.65 0.45 2.20
(5) 49.50 46.35 3.15
(6) 72.25 70.60 1.65
 接続条件(5)についての計算方法は以下の通りです。
a - d = 0.45 - 24.35 = -23.90 [℃] … (A)
b - d = 0.45 - 24.35 = -23.90 [℃] … (B)
c - d = 94.15 - 24.35 = 69.80 [℃] … (C)
(A) + (B) + (C) + d = (-23.90) + (-23.90) + 69.80 + 24.35 = 46.35 [℃]
 接続条件(3)(4)(6) についても同様に算出しました。

    ○まとめ

 果たしてこの考え方があっているのか!?と、思いながらやってみた実験でしたが、何れの条件でも実際の表示温度と熱起電力から算出した表示温度は近い値になりました。また、結果として熱起電力から算出した表示温度の方が、加算減算により求めた表示温度よりも近い値が求められたと言う、一様の結果を得ることが出来ました。但し、これについてはどちらが適切な算出方法であったかと言う判断には至っておりません。
 実際の表示温度と熱起電力から算出した表示温度のズレの原因としては、
  • そもそもの算出方法、考え方が違う。
  • 熱電対の測定確度。
  • データロガーの基準接点補償確度。
  • 実験精度
 などの積み重ねによるものではないかと思われます。また、今回の実験では基準接点(冷接点)の温度を雰囲気温度と同じ温度として考えましたが、実際には基準接点(冷接点)温度とデータロガーの置かれている雰囲気温度には、同一雰囲気ではありますが多少の温度差があると思われますので、その差も影響しているのではないかと思います。同様に、各測温接点の温度も直列に接続した熱電対とは別の熱電対で測定している点も影響していると思われます。
 今回は熱電対を使用して表示温度から熱起電力を求めましたが、熱起電力を直接測定して表示温度を算出してみたら違った結果が得られたかもしれません。こちらは今後機会がありましたら。。。

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