導入
物理学では、熱電対は温度測定に使用されます。安価で、幅広い温度範囲での測定が可能です。主な欠点はその不正確さです。誤差が0.1 °C ～ 0.2 °C未満の測定値を取得することは比較的困難です。熱電対による温度測定はゼーベック効果に基づいています。
測定原理
反対側の図は、熱電対を使用した温度測定の原理を示しています。性質の異なる 2 つの金属 a および b は、温度 T 1および T 2で 2 つの接点によって接続されます (したがって、熱電対を形成します)。ゼーベック効果により、熱電対は接合間の温度差 T 1 -T 2に応じた電位差を生成します。熱電対は温度を測定するのではなく、温度差を測定します。未知の温度を測定するには、2 つの接合部のうちの 1 つを既知の温度、たとえば氷が溶ける温度 ( 0 °C ) に維持する必要があります。この基準温度はセンサー（例えば周囲温度）によって測定されることも可能である。したがって、熱電対は実際に電位差を測定するため、温度測定は間接的な測定になります。したがって、電位差を温度差に関連付けるためには、温度の関数として使用される熱電対の応答を知る必要があります。測定には電位差の測定が含まれるため、その精度は使用する電圧計に大きく依存します。
たとえば、図「a」: コンスタンタン、「b」: 銅に従って、それぞれ銅/ コンスタンタンの熱電対を考えてみましょう。工業用計器では、2 つの金属 (銅とコンスタンタン) の接合部を「熱はんだ」と呼びます。それは測定される T° にさらされるものです。もう 1 つは「冷接点」と呼ばれ、熱電対プローブと処理モジュールまたは中間キャビネット端子台との接続 (プローブのコンスタンタン導体とモジュール計算との接続ワイヤの接続、通常は銅線で接続) に他なりません。電気）。実際には、これは「寄生」熱電対であり、その電位差は熱溶接の電位差から差し引かれます。構造上、この冷接点は断熱環境に配置され、特に温度調整機能が備わっています。 T°がわかっているので、信号処理モジュールの出力信号を補正します。
例 ：
- T1 熱間溶接の温度は100 °C
- T2 冷接点は20 °Cにさらされます。
- 未補正の信号 (冷接点を考慮していない) は80 °Cになります。
- 補正された信号は100 °Cです (前に計算した80 °Cに冷接点の温度を加えます)。
最後に、熱電対にはいくつかの異なるタイプがあります。すべては数度から数千度までの正確な温度範囲に使用されます。これらのプローブからの電気信号はマイクロボルトからミリボルトの範囲にあり、非線形です。信号は、信号を線形化し、冷接点で補正する熱電対に適合した機能を統合した電子モジュールによって処理されます。熱電対の利点は、信頼性、設置面積が小さいこと、およびその実装です。
しかし実際には、実際に使用される金属は 3 つあり、そのうちの 2 つは測定に使用され、接続ケーブルには通常は銅が使用されます。したがって、実際のアセンブリは、最初の金属に接続された銅「合金」から始まり、そこから冷間溶接に至り、この溶接から熱間溶接に向かって 2 番目の金属が残ります。そして、最初の金属はこのはんだから銅になります。そして、これら 2 つの寄生熱電対はまだ存在します。
したがって、4 つのジャンクションが表示されます。したがって、鉄-コンスタンタン熱電対を例にとると、銅-鉄、鉄-コンスタンタン、コンスタンタン-鉄、および鉄-銅の熱電対が存在します。測定上の問題は、寄生効果を低減すること、つまり銅接続による 2 つの寄生カップルの影響を低減することであり、これらのカップルは可能な限り同じ温度にする必要があります。良い方法は、これらの「溶接」が良好な熱伝導体上にあることです。
続いて冷接点。その温度を知る必要があります。熱電対の EMF は温度の関数として変化します。クロメル/アルメルの場合、0 °C 付近では 35 μV/度、800 ℃ 付近では 41 μV/度程度です。冷接点の温度を知る必要があります。良い手法は、氷の融点、通常の大気圧での0 °Cです。こちらも口が断熱された魔法瓶に入った純水に純水の氷が入ったものです。唯一の変化は圧力です。この温度は、抵抗性 CTN プローブを使用して測定できます。
熱電対は個体であり、その特性は製造直後に急速に変化し、その後は非常に安定した状態を維持することはまだ知られていません。したがって、新しい熱電対を使用温度に長時間かけて「エージング」すると便利です。その後、校正する必要があります。 EMF を t° の関数として表す関数は多項式です。高グレード、クロメル/アルメルでは >9。
