熱電対ワイヤー101 種類、用途、特性

熱電対は、工業用、科学用、家庭用アプリケーションで最も広く使用されている温度センサのひとつで、幅広い温度測定が可能です。これらのデバイスの中心にあるのが熱電対ワイヤーで、温度の感知と測定に不可欠です。この記事では、熱電対ワイヤの種類、用途、主要特性など、熱電対ワイヤの基本について掘り下げます。

熱電対ワイヤーの理解

熱電対は、測定接点として知られる一端で接合された 2 本の異種金属ワイヤーで構成されています。測定ジャンクションが加熱または冷却されると、温度に相関する熱電電圧が発生します。ワイヤーが接合されていないもう一方の端は、この電圧を読み取る計測機器に接続されている。測定接点と基準点（通常は測定器）の温度差を用いて、測定接点の実際の温度を決定する。

熱電対にはどのようなワイヤーが使用されていますか？

熱電対のワイヤーは、ワイヤーに使用される金属合金に基づいてタイプに分類されます。それぞれのタイプはアルファベットで指定され、最も適した温度範囲と環境が決まっています。

タイプK（クロメルアルメル）：

最も一般的な熱電対で、酸化性または不活性雰囲気での一般使用に適しており、温度範囲は-200℃～+1260℃。

正極リード： クロメル（ニッケル・クロム合金）

負リード アルミル（ニッケル-アルミニウム合金）

タイプJ（鉄-コンスタンタン）：

真空、還元性、不活性雰囲気に適し、温度範囲は-40℃～＋750℃。

プラスリード： 鉄

負極リード： コンスタンタン（銅-ニッケル合金）

タイプT（銅-コンスタンタン）：

酸化性、還元性、不活性雰囲気の低温用途に最適で、-200℃～+350℃で機能。

プラスリード： 銅

負極リード コンスタンタン（銅-ニッケル合金）

タイプE（クロメル-コンスタンタン）：

高出力と-50℃～+900℃の温度範囲を特徴とし、様々な環境に適しています。

正極リード： クロメル（ニッケル-クロム合金）

負リード コンスタンタン（銅-ニッケル合金）

タイプN（ニクロシル-ニシル）：

タイプKに似ているが、より安定で高温酸化に強く、-270℃～+1300℃に適している。

正極性リード： ニクロシル（ニッケル-クロム-シリコン合金）

負鉛： ニシル（ニッケル-シリコン合金）

タイプS、R、B（プラチナ・ロジウム）：

これらのタイプは高温用途に使用され、タイプSとRは+1700℃まで、タイプBは+1800℃までの温度で安定性と耐酸化性を提供します。

タイプSおよびRのプラス側リード： 白金-ロジウム合金（タイプSはロジウム10%、タイプRはロジウム13）

タイプSおよびRの負極性リード： 白金

タイプBの正極性リード： 白金-30%ロジウム

タイプBの負極性リード： プラチナ-6%ロジウム

この表では、最も一般的な熱電対の種類を簡単に概観し、その組成、温度範囲、代表的な用途を強調しています。熱電対の選択は、温度範囲、環境、必要な精度など、アプリケーションの特定の要件によって異なります。

熱電対ワイヤーの用途

熱電対ワイヤーは、その汎用性と広い温度範囲により、様々な産業で応用されています：

工業用製造：工業製造： 炉の温度、溶融金属の温度、その他の工業プロセスの監視。

医薬品 オートクレーブや、精密な温度制御を必要とするその他の機器。

食品産業 オーブン、グリル、冷凍装置用

航空宇宙と自動車 極端な温度下での部品やシステムのテストに。

エネルギー分野 発電所でのボイラーやタービンの温度監視。

熱電対ワイヤーの主な特性

熱電対ワイヤーを選択する際には、いくつかの特性と考慮事項が重要です：

温度範囲： アプリケーションの温度範囲に適した熱電対タイプを選択します。

環境： 熱電対が使用される雰囲気（酸化性、還元性、不活性、腐食性）を考慮する。

精度と安定性： タイプによって、精度と安定性が異なります。プラチナ・タイプ（S、R、B）は安定性と精度が高いが、価格も高い。

耐久性： 過酷な環境における熱電対ワイヤーの寿命は重要な考慮事項である。

コスト： コストは、熱電対の種類とアプリケーション固有の要件によって大きく異なります。

熱電対ワイヤーの規格

熱電対ワイヤーとその使用は、さまざまなタイプの熱電対の材料、構成、公差、および温度範囲を規定するさまざまな規格によって管理されています。これらの規格は、熱電対が様々な用途において正確で信頼できる温度測定を提供する方法で製造され、使用されることを保証します。熱電対ワイヤーに関連する主な規格は以下の通りです：

国際規格

IEC 60584： これは国際電気標準会議規格であり、すべての標準化された熱電対の熱電電圧と温度関係を規定している。この規格の第1部は熱電対の温度範囲と公差クラスをカバーし、第2部は延長ケーブルと補償ケーブルの公差を規定している。

アストムE230/E230M： 米国材料試験協会によって発行されたこの規格は、米国慣習法による標準熱電対タイプの温度-起電力（emf）表を規定している。また、熱電対の文字呼称、公差、その他の重要な特性も網羅している。

国家規格

ANSI MC96.1：熱電対を含む温度センサーに関する米国規格。熱電対の使用、性能、誤差の限界に関するガイドラインを規定している。

BS EN 60584: 英国規格協会がIEC 60584規格を採用したもので、熱電対の電圧と温度の関係および許容誤差を規定している。

DIN EN 60584:ドイツ規格協会(Deutsches Institut für Normung)が採用するIEC規格のドイツ版。

日本規格

JIS C 1602: 熱電対の日本工業規格で、日本で使用される熱電対の熱起電圧と温度範囲の規格を規定している。

その他の留意点

これらの規格に加え、熱電対の電線は絶縁、電線サイズ、使用環境（温度範囲や雰囲気など）に関する特定のガイドラインを遵守する必要があります。これらの要因は、熱電対の精度、応答時間、寿命に影響を与える可能性があります。

絶縁材料： 使用環境に応じて、熱電対ワイヤーは、物理的損傷、電気的干渉、化学的腐食から保護するために、ガラス繊維、PTFE、セラミックなどの材料で絶縁されています。

ワイヤーゲージ： 熱電対ワイヤーのサイズは、応答時間と抵抗に影響します。規格は、アプリケーションの特定のニーズに基づいて、ワイヤー・ゲージ・サイズを推奨する場合があります。

コネクタと端子の規格： 熱電対ワイヤーに使用されるコネクターと端子も、互換性を確保し、温度測定の精度を維持するために、特定の規格に適合する必要があります。

結論

熱電対ワイヤーは温度測定に不可欠なツールであり、ほぼすべてのアプリケーションに適合するさまざまなタイプが利用可能です。これらのワイヤーの種類、用途、特性を理解することは、ユーザーがニーズに合った熱電対を選択するのに役立ち、どのような環境でも正確で信頼性の高い温度測定を保証します。工業製造、製薬、食品加工など、正確な温度制御を必要とする分野であれば、要件を満たす熱電対ワイヤーがあります。