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熱電対の種類と特徴

熱電対は温度の計測器として使いやすい特徴を持っています。異なる金属の両端を接続し、接点に温度差が生じた際にゼーベック効果によって、熱起電力が生ずることを利用して温度を測定します。
異種の金属を組み合わせること、及び温度差を与える事といったシンプルな方法で計測器として機能させることができます。シンプルでコンパクトな測定環境を構成することができ、産業用途に広く利用されています。ゼーベック効果は、ドイツ人のゼーベックが1821年に発見した原理が基本となっており、異なる金属が接続された両端で温度差があると、回路内に電流を流す熱起電力が生じることが分かっています。
熱起電力の極性と電圧値は、金属の種類と温度差によってのみ決まります。

測定器として機能させるために大切な基本法則があります。対となる金属が均質であれば、中間を加熱しても測定結果に影響を与えません(均質回路の法則)。つまり同種の金属を用いても熱起電力は生じません。
両端が均質ならば、中間の温度の分布に影響を受けないとされています。また、中間に金属が挿入されても温度差がない場合は、想定結果に影響を与えません(中間金属の法則)。
中間点の温度と両端のそれぞれの温度の和は、全体の温度と同じになります(中間温度の法則)。

計測器としての利用形態と種類の一例を見ていきます。シンプルな動作原理のため、利用シーンを想定して様々な形状が実現できます。金属の組み合わせはJISにて規格化されています。例えば、クロメルとアルメル(Kタイプ)、鉄とコンスタンタン(Jタイプ)などです。
一般的なタイプは、J、K、T、Eがあります。R、S、C、GBは高温タイプです。測定対象の温度範囲や環境の違いによって使い分けていきます。選択のポイントは、温度範囲、振動などの外乱に対する耐久性、取り付けのしやすさを要件とします。
その他には、設置型と非設置型のタイプ別もあります。利用シーンの他、応答速度や耐久性なども選択の条件に入れて検討することになります。以下に測定器として構成した際の、一例を見ていくこととします。被覆型はビニール等の絶縁体で被覆処理が施されたシンプルな構成となっています。
適当な長さに切断して、接点を形成することができますので取り回しに優れています。表面貼付け型のモールド表面センサーは、測定部を被覆しモールド加工しています(防水タイプ)。コンクリート内部を測定するため等のために埋込み型、着脱可能なタイプとして部品化されているもの等、バリエーションがあります。
基本原理がシンプルであり、かつ小型化が可能であるが故に応用範囲が広いと言えます。