熱電対の動作原理

熱電対は熱電理論の原理に基づいて動作します。前述したように、ホットエンドの温度がコールドエンドの温度に対して変化すると、異種金属ワイヤで構成される閉回路が電圧変化を生成します。
この原理の機能をより直観的に理解するには、平底の鍋をガスコンロの上に置くと、熱エネルギーがハンドルに沿って手の低温端に急速に伝わると想像できます。 実際、電気エネルギーもこの方法で伝達されますが、その効果はそれほど明らかではありません。
その理由は、回路上の 2 つの「端点」の間に温度差があるためです。端点間の温度差によって起電力が発生すると、電流が生成され、熱電対は付属の電圧計を使用して電流を測定します。 熱電対の低温端での開始温度が安定していることがわかっている場合、これらの電圧測定値を使用して高温端での正確な温度測定値を計算できます。
もう 1 つの注意点は、2 つのエンドポイントの温度が同じである場合、各エンドポイントで発生する起電力が互いに打ち消し合い、エンドポイントを流れる正味電流がゼロになることです。
熱電対の種類
前述したように、今日の市場では、さまざまな用途シナリオや環境上の課題、特にさまざまな温度範囲での課題に対処することを目的として、さまざまなタイプの熱電対が販売されています。 通常、熱電対は文字で区別され、最も一般的な熱電対のグレードは J、K、L、N、および T です。
これらの文字は、熱電対回路端子で使用されるさまざまな金属の組み合わせを表すことを目的としています。 これは、機器全体の温度感度と安全動作範囲に直接影響します。
このガイドのこのセクションでは、使用環境と温度範囲を理解するために、熱電対のさまざまな種類と構成をいくつか紹介します。
K型熱電対
多くの業界や部門で最も一般的に使用されているタイプ。 K タイプ熱電対は、さまざまなニッケルベースのワイヤ (通常はクロム合金/アルミニウム合金) で構成されており、幅広い動作温度範囲にわたって信頼性の高い精度を達成できる、コスト効率の高い熱電対です。
K タイプ熱電対は通常、-200 から +1260 度の範囲内で使用され、標準偏差精度は ± 0.75% です。
K タイプ熱電対は、ニッケルベースの材料を使用しており、線材が広い温度範囲に適しており、安定した耐食性と耐酸化性を備えているため、幅広い用途が期待できます。
K タイプ熱電対ワイヤは通常、正極として約 90% のニッケルと 10% のクロムで構成され、負極として約 95% のニッケル、2% のアルミニウム、2% のマンガン、および 1% のシリコンで構成されます。

J型熱電対
これも広く使用されているタイプで、K タイプ熱電対よりも温度範囲が狭く (-40 ～ +750 度)、高温に頻繁にさらされると寿命も短くなります。 J型熱電対の正極は鉄線、負極は銅ニッケル（コンスタンタン）合金です。
これは比較的安価な熱電対で、多用途に使用でき、特に還元 (非酸化) 雰囲気や真空環境に適しており、多数の古いタイプの機器や不活性物質からデータを読み取ることができます。 ただし、J タイプ熱電対の鉄は酸化しやすいため、熱電対を湿気にさらす必要がある場合は、このタイプの使用はお勧めできません。
熱電対5
N型熱電対
このワイヤはニッケル クロム シリコン ニッケル シリコン合金 (ニッケル、クロム、シリコン) で構成されており、動作温度範囲は -270 ～ +1300 度で、K タイプ熱電対と同様の多くの特性を備えています。
ただし、K タイプ熱電対が特定の環境で発生する可能性のある問題を克服し、新開発の製品であるため、K タイプ熱電対より価格が若干高くなります。 さらに、N タイプ熱電対は原子力用途に優れた安定性を提供でき、K タイプ熱電対と比較して極度の高温に対する耐性が優れています。
熱電対6
T型熱電対
銅コンスタンタン合金線材を使用し、温度範囲が -200 から +350 度の間であり、特に安定した熱電対構成です。 さまざまな実験室条件や極低温条件など、さまざまな低温および極低温の用途に非常に適しており、酸化性雰囲気でも良好に機能します。 さらに、プローブと直接接触するのは銅線のみであり、差動測定にも使用できます。