熱電対の選定について
様々な環境下で安定動作可能
安定的でタフな中温域センサー
「熱電対」は、2種類の金属製の線同士を接触させて回路を作り、接合点に発生する「熱起電力」の温度差を測定する熱センサーです。測温抵抗体とともに、工業/産業用センサーとして、例えば、設備や機械、生産ラインなどの組込みセンサーなどとして幅広く普及。
原理や構造がシンプルで耐久性に優れ、比較的にローコストなのも魅力です。
■ 熱電対の概要
２種類の金属（A､B）を接触させると電子の移動によって接触部に電位差が生じます。図1のように閉回路にすると、2つの接点の温度（T1､T2）が等しい場合は両方の電位差が相殺して電流が流れませんが、片方の接点の温度（T1）を上げると不均衡が生じて電流が流れ、温度（T1、T2）による起電力の差が「熱起電力」となります※。
熱起電力の大きさは2つの金属の種類と両接点の温度によって決まり、金属の形状や大きさには無関係です。
従って、2つの金属の種類と熱起電力の大きさ、および片側の接点の温度（T2）が分かっていれば、もう片方の接点の温度（T1）を知ることができます。これが熱電対の原理で温度を測る側の接点を測温接点、または温接点、基準にする側の接点を「基準接点（冷接点）」と言っています。
基準接点温度（T2）が0℃の時、熱電対の種類別に測温接点の温度（T1）に対応した熱起電力の値が規準熱起電力表として日本工業規格「JIS C 1602」で規定されています。
熱電対を温度センサーとして使用する際には、測温接点側を測定場所の基準接点側を電圧計に接続する必要があります（図2）。ただし、その場合基準接点側が一定の温度にならないため、基準接点となる部分を氷水の中に入れて0℃に保つか、温度補償回路が内蔵された計測機器を使用します。
※ 同現象は、発見者の名を取って「ゼーベック効果」と呼ばれる
図1 熱電対回路
図2 熱電対と基準接点
1. 素線の種類
JIS C 1602では、熱電対の種類として「B､R､S､N､K､E､J､T､C」の9つが規定されています。各熱電対はそれぞれに特長がありますので、使用環境に合ったタイプを選択してください。
2. 許容差
JIS C 1602では、各熱電対の許容差として「クラス1､2､3」の3種類を規定しています。
3. 素線数
素線数が1対のシングルエレメントと素線数が2対のダブルエレメントからお選びいただけます。
※ 製品によってはシングルエレメントのみとなります。素線には絶縁碍子が付きますので、素線径によって適応する保護管に制限があります
4. 使用温度
熱電対は素線の種類や素線径、構成部材によって使用できる温度が異なります。
素線の種類による使用温度は「シース熱電対の常用限度」をご確認ください。
型番ごとの使用温度は各スペックシートをご参照いただき、必ず記載されている使用温度範囲内でご使用ください。
5. 変換器内蔵「DC4～20mA出力」
端子箱付熱電対に変換器を内蔵することでDC4～20mA出力が可能となります。
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［変換器仕様］ センサー入力：B、R、S、N、K、E、J、T 出力：DC4～20mA（2線式） 精度：熱電対種類による 最大レンジ：熱電対種類による 電源電圧：DC9～35V 使用温湿度範囲：－40～＋85℃、0～95％RH（非結露） ハウジング材質：難燃性黒色樹脂 適合EC指令：EMI EN 61000-6-4 EMS EN 61000-6-2 |
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6. シース熱電対の構造
「シース」とは、「無機絶縁ケーブル」と呼ばれ、金属チューブ内に導線（熱電対素線）を入れ、絶縁物（酸化マグネシウム）を固く充填したものです。
シース外径はφ0.5～φ8と細く、シース材質は「オーステナイト系ステンレス（主にSUS316）」、または「耐食耐熱超合金（NCF600）」が用いられます。
測温接点の形状は、シース内部で熱電対素線を溶接し、シース先端を封止した構造を「非接地型」といい、シース先端を封止する際にシースと素線を一緒に溶接した構造を「接地型」と呼びます。
シース断面図
シース熱電対の構造（非接地型）
シース熱電対の構造（接地型）
7. シース熱電対の寸法
弊社のシース熱電対はφ0.5～φ8の7種類の外径サイズを揃えています（シースの肉圧はシース外径の1/10以上）。
8. シース熱電対の特長
- ◆ 柔軟性に優れているため、曲げ加工が可能
- ◆ 長尺の物が製造可能
※ 長さはシース外径により異なります。お問い合わせください - ◆ 外径が細いので、狭い場所への設置や速い応答速度が求められる際に有利
- ◆ 絶縁材が固く充填されているため、比較的振動に強く、耐圧強度が高い
9. 端子箱
通常は標準型端子箱を使用しますが、用途やセンサーの種類によって形状や材質の異なる端子箱をお選びいただけます。
10. 保護管
熱電対の用途は、多岐に渡ることから、使用する保護管は計測温度や用途によって様々な材質のものが使用されます。
1,000℃付近まではステンレス保護管でも温度に対する耐性はありますが、それ以上の温度であれば、再結晶アルミナなどの非金属製の保護管も多く使われています。また、焼却炉などでは何らかの腐食性ガスが雰囲気に混ざることもあり、その場合は、耐食性に優れた材質を選定する必要があります。
11. プロセス接続
ねじ付きの製品は、標準として｢管用テーパねじ（R）｣と｢管用平行ねじ（G）｣を掲載しております。
その他に｢メートルねじ（M）｣｢アメリカ管用テーパねじ（NPT）｣にも対応できますので別途お問い合わせください。また、既設品のねじサイズが分からない場合は、製品を弊社にお送りいただければ同じ仕様のねじを製作することもできます。
12. フランジ
フランジ付きの製品の場合は、標準としてJIS規格のフランジを掲載しております。
その他にJPIやANSI規格のフランジにも対応できますので、別途お問い合わせください。
13. 補償導線
補償導線付きの熱電対は、温度や用途に合せて補償導線の被覆材を数種類からお選びいただけます。
型番ごとに選択できる種類は限られますので、各スペック表をご参照ください。
