熱電対とは、温度測定装置を指します。 さまざまな種類のデバイスやアプリケーションで使用されています。 温度変化を電圧に変換します。 ただし、熱電対は熱電効果の動作原理に従って動作します。 この記事では、熱電対の図、回路、メリット、デメリット、応用について説明します。

熱電対は、アクティブ トランスデューサーとも呼ばれます。 熱電対の動作には外部電源は必要ありません。 大きさが小さいという事実に関して、それ自体で電圧を生成します。 ただし、熱電対はコストが安く、組み立てが簡単で、大量の温度を測定できる機能があります。

さらに、熱電対には 2 本の金属ワイヤが含まれており、それぞれが結合して接合点を形成します。 その特定の接合部が何らかの温度変化を感じると、電圧が発生します。 通常、熱電対は、環境の通常の温度と比較した温度差を測定または感知するように特別に設計されています。 これは、環境の温度を基準温度として使用することを意味します。 ただし、熱電対は 2 つの接点を使用し、そのうちの 1 つは低温になります。

熱電対回路の原理

熱電対の動作原理は、3 つの異なるタイプの効果に従います。

・ゼーベック効果

このタイプの効果は、2 つの異なる金属間で発生します。 しかし、ある金属が熱を受けると、加熱された金属から冷たい金属へ電子が流れ始めます。 これにより、回路内に直流電流が誘導されます。

簡単に言うと、ゼーベック効果とは、2 つの異なる金属間の温度差がそれらの間に電位差を引き起こすプロセスを指します。 この効果により、ケルビン温度ごとに少量の電圧が生成されます。

・ペルチェ効果

ペルチェ効果とは、単にゼーベック効果の逆効果を指します。 これは、両方の導体間に電位差を与えるだけで、2 つの異なる導体間に温度差を簡単に作り出すことができることを表しています。

・トンプソン効果

トンプソン効果は、2 つの異なる金属がそれぞれ結合して 2 つの接合を形成するたびに、Tg または温度勾配により、導体の全長に電圧がかかる可能性があることを表しています。 Tg または温度勾配は物理用語を指します。 これは、特定の場所における温度変化の方向と速度を表します。

熱電対回路の構築

熱電対には 2 つの異なる金属が含まれています。 両方の金属は接合点で溶接されます。 ただし、この接続点は測定点として機能します。 これらの接続点には 3 つのカテゴリがあります。

・非接地ジャンクション

このタイプの非接地接点には、保護シースから完全に絶縁された導体が含まれています。 ただし、主に圧力下で動作するアプリケーションで使用されます。 さらに、その主な目的は、漂遊磁場の影響を軽減することです。

· 接地されたジャンクション

これらのタイプの接地接合部は、保護シースと金属を溶接します。 さらに、腐食性の高い場所での温度測定にも役立ちます。 さらに耐ノイズ性も備えています。

・露出接合部

このようなタイプの露出接合部は、高速応答が必要な特定の場所でのみ使用されます。 さらに、露出した接合部はガス温度の測定にも役立ちます。

また、熱電対の材質の選択は温度測定範囲によって異なります。

熱電対回路出力の測定

さまざまな方法で熱電対の EMF 出力を簡単に測定できます。 そのうちのいくつかは次のとおりです。

・マルチメーター

マルチメータの使用は、熱電対出力 EMF を測定する最も簡単な方法の 1 つであることがわかります。 熱電対はマルチメータとその冷接点を接続します。 さらに、マルチメータのポインタのたわみは、そこを流れる電流の量に等しくなります。

・ポテンショメータ

DC ポテンショメータは、熱電対の出力測定にも役立ちます。

・アンプ

熱電対はアンプを使用して出力を増幅します。 次に、増幅された出力を指示計器または記録計器に送信します。

熱電対回路の利点

熱電対にはさまざまな利点があります。 したがって、ほとんどすべての変圧器に使用されています。 変圧器には熱接点が含まれており、外部に取り付けられたメーターには冷接点が含まれています。

メーターと変圧器のこの簡単な設置により、メーターは周囲の場所と比較したオイル内の温度の上昇を読み取ることができます。 さらに、低コストで頑丈に設置できるため、タービン ホールでは熱電対をその周りでのみ使用できます。 また、熱電対は、RTD に比べて広範囲の温度を測定できます。

熱電対回路の欠点

メリットがあるだけでなく、デメリットもいくつかあります。 熱電対が測定装置から離れた場所にある場合、熱電対には高価な延長レベルの補償ケーブルまたは熱電対ワイヤが必要です。 さらに、熱電対は原子炉保管庫などの放射線の高い領域では機能しません。 また、放射性放射線により、熱電対ケーブル内に電圧が加わる可能性があります。

熱電対は電圧の形で信号を放出するため、電圧が追加されると温度トランスミッターの出力に誤差が生じる可能性があります。 また、RTDに比べて応答が遅くなります。 温度トランスミッタとともにリモート制御ロジックが搭載されている場合、停電が発生する可能性があります。 したがって、誤った読み取り値が発生します。

熱電対回路の故障モード

熱電対にも故障モードがあります。 熱電対デバイスに開放回路がある場合、電流は流れません。 その結果、温度の測定値がスケールから外れたり、低くなったりします。 さらに、開回路以外に、短絡も温度の測定値のオフスケールを引き起こします。 短絡すると、GND への電流の漏れと小さな電圧が発生します。

熱電対回路の応用例

熱電対はさまざまなデバイスやアプリケーションで使用されます。 鉄鋼業など幅広い産業用途に利用されています。 熱電対を使用して生産温度を測定します。 さらに、HVAC システムにも使用されます。

室温や周囲温度などの監視に役立ち、温度制御装置にも使用されます。 これらのデバイスには、冷蔵庫、エアコン、ヒートポンプなどが含まれます。 ここでは、熱電対が温度システムを自動的に制御します。