熱の実験室-新館
          第45回 熱電対の直列接続 part 2
          5ブロックの実験メンバーが交代で担当します
         
       
      実験実施: 2018年5月、 実験担当: 第1ブロック
      
         熱電対を直列接続したらどうなる?
         熱電対を直列接続してデータロガーに接続したら、その時に何℃を表示するのか? 過去にこんな実験をやっていました。
        
         今回は、この過去の実験をもとに、実際に熱起電力を測定して考察をしてみました。
      
 
       まずは、2本直列接続で実験しました。
        ○使用したもの
      
        
          - Kタイプ熱電対(被覆熱電対、シース熱電対) 
          
 - ホットプレート(ホットプレートDEMO 型番:HHP3315) 
          
 - ビーカーと氷水 
          
 - データロガー 
          
 - マルチメーター(横河計測 型式:756201) 
        
 
       
        ○実験の方法
      
      図1. 接続図(熱電対2本直列接続)
 
       図1の様に接続しました。
       低温側測温接点aを氷水の入ったビーカー、高温側測温接点bをホットプレート表面に取り付けました。そして、2本の熱電対を極性がプラス-マイナスが交互になるように直列につなぎ、データロガーと接続しました。この時のデータロガーの表示温度fを記録しました。また、この時の直列回路の熱起電力をマルチメーターにて測定し、その熱起電力を温度換算して(この温度をgとします)、データロガーの表示温度と比較しました。低温側測温接点a、高温側測温接点bおよび測温接点(気温)cをそれぞれ別の熱電対を使用して温度を記録しました。
       また、同じ接続条件で高温側測温接点bの温度を変化させて実験を行いました。
      
       以下、表1の接続条件で実験を行います。
      
        ○結果
       測定温度は表2のようになりました。
      
        表2.測定結果(熱電対2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 
            算出した温度g [℃] | 
            f - g 差 
            [℃] | 
          
             | 
            a | 
            b | 
            c | 
            d | 
          
            | (1) | 
            0.35 | 
            50.60 | 
            25.60 | 
            30.00 | 
            25.80 | 
            27.40 | 
            1.1 | 
          
            | (2) | 
            0.35 | 
            98.65 | 
            26.50 | 
            30.50 | 
            74.80 | 
            75.30 | 
            0.5 | 
          
        
        
          
             ここで、図2の熱起電力は表3のようになりました。 
             
            表3. 測定結果(熱電対2本直列接続―熱起電力) 
            
              
                | 接続条件 | 
                熱起電力[μV] | 
               
                 | 
                E1 | 
                E2 | 
                E | 
                E’ | 
               
                | (1) | 
                -1046 | 
                897 | 
                -149 | 
                -106 | 
               
                | (2) | 
                -1065 | 
                2921 | 
                1856 | 
                1847 | 
               
             
             | 
              
            図2. 回路図(熱電対2本直列接続) | 
          
        
         表3より、
E1と
E2の合計である
Eと
E'は僅かな差はあるものの、傾向として、熱電対の直列接続では回路全体の熱起電力は、各測温接点における熱起電力の合計値となることがわかりました。
        
        接続条件(1)について、
         基準接点補償分の熱起電力
Edは、表2の
dの温度より熱起電力換算して求めます。
        
Ed = 1203[µV]
         ここで、図2の回路における
E'と
Edの合計(
Egとします)を温度換算したものが表2の
温度gになります。
        
Eg = E'+ Ed = 1097[µV]
        接続条件(2)についても同様に算出しました。