■ 熱電対について: 熱電対の基本

熱電対とは?

 異なる材料の2本の金属線を接続して1つの回路(熱電対)をつくり、ふたつの接点に温度差を与えると、回路に電圧が発生するという現象がおきます。この現象は、1821年にドイツの物理学者トーマス・ゼーベックによって発見され、ゼーベック効果と呼ばれています。
 片端を開放すれば、電位差(熱起電力)の形で検出することが可能です。
 熱起電力は、組み合わせる金属の種類と両接点の温度差には依存するものの、構成するふたつの金属の形状と大きさには関係しないため、この現象を利用した多くの温度検出端が開発されました。一般にこの現象を利用した温度検出端を熱電対といいます。

熱電対の特長

 熱電対は、中高温領域を中心に、最も多く用いられている温度センサーで、以下の特長があります。

熱電対による温度計測

 熱電対に電圧計を接続して測定すると、熱電対の測温接点と、電圧計の端子の温度差による熱起電力が測定できますが、測温接点の温度自体はわかりません。
 電圧計に接続する側の接点(基準接点)を一定の温度(0℃)に保っておけば、測定した熱起電力から測温接点の温度を知ることができます。
 右図のように、純水と細かくした氷を混合して、0℃を保ったところを基準温度接点(冷接点)とし、ここから電圧計まで均質な導線(銅線など)で接続します。基準温度接点(冷接点)は、このような方式の他、熱電素子による電子冷却によるものもあります。

・温度補償

 工業用の温度計測では、上のような冷接点を使用する方法は、実用的ではありませんので、一般には、右図のように接続しています。

 計測器は、その端子(基準温度接点)の温度を、温度により電気抵抗が変化する素子などで測定し、その値と入力された熱起電力により、測温接点の温度を求めています。

・補償導線

 熱電対は高価だったり、計測器への接続が困難だったりしますので、熱電対とほぼ同等の熱起電力特性を有する導線(補償導線)を使用して接続します。補償導線を使用しないで、銅線などで接続すると、補償接点と基準温度接点の温度差分の熱起電力の違いが生じてしまいます。
 熱電対または補償導線を接続するコネクターの場合も、コネクター全体の温度が同じなら、通常のものでも熱起電力の違いは生じませんが、温度差がある場合は、熱電対と同じ熱起電力の、熱電対専用のコネクターを使用する必要があります。