熱電対はどのように機能しますか?

費用その脚は主に銅-コンスタンタン合金で構成されています。簡単に言えば、熱電対は誰もが見つけることができる最も普及している温度センサーです。したがって、彼の名前に値する専門家がデバイスの詳細を習得することが最も重要です。率直に言って、そうしないと悲惨なことがあります。すでに、数え切れないほどの産業、科学研究、およびエンジニアリングアプリケーションが熱電対に信頼を置いており、その過程で報酬を獲得しています。序章


熱電対は、2本のメタワイヤーを介した電気伝導率を介して物体の温度を測定するために使用される電気装置です。これらの2本の金属線は、一方の端で互いに接続し、もう一方の端で熱電対メーターに接続します。

簡単に言えば、熱電対は誰もが見つけることができる最も普及している温度センサーです。したがって、彼の名前に値する専門家がデバイスの詳細を習得することが最も重要です。率直に言って、そうしないと悲惨なことがあります。すでに、数え切れないほどの産業、科学研究、およびエンジニアリングアプリケーションが熱電対に信頼を置いており、その過程で報酬を獲得しています。

熱電対が人類のお気に入りの温度センサーである理由を理解するのは難しいことではありません。すぐに、最も重要な場所と時間に温度データを配信する最も極端な状況で展開できるセンサーがあります。私たちは人間に知られている最も暑い気温と最も寒い気温について話している。さらに、これらは、外部形式の励起を必要とせずにセルフパワーで動作することができる、最も安価で堅牢なツールの一部です。ただし、注意点が1つあります。摂氏1度(°C)未満の精度をお探しの場合は、他の場所を探す必要があるかもしれません。

ここでは、熱電対の動作の仕組み、その最良のバージョン、およびこれらのバージョンを最大限に活用する方法について説明します。実際、すべての熱電対が同じように作成されているわけではありません。

熱電対はどのように温度を測定しますか?

本質的に、熱電対は2つの異なる金属で構成された温度測定装置です。それは確かに十分に単純に聞こえます。

異なる金属組成の2本のワイヤーを結合して閉回路を形成し、その過程で2つの電気的接合を作成します。 「ホットジャンクション」と呼ばれる1つのジャンクションは、未知の温度を測定する場所です。 「コールドジャンクション」または基準点と呼ばれるもう一方のジャンクションは、既知の温度に直接接続されています。

しかし、熱電対がどのように温度データを提供するかを理解するには、一歩下がる必要があります。そして、デバイスの動作を支配するゼーベック効果について学びます。

物理学を研究することを選択したバルトドイツの医師、トーマス・ヨハン・ゼーベック(1770-1831)は、温度源にさらされると、2つの異なる金属が結合してコンパスの磁気針にたわみを引き起こすことを観察しました。熱の違いがどのようにさまざまな程度の起電力を生み出すかを見て、彼はこの現象を熱電効果と呼びました。

今日、これをゼーベック効果と呼びます。

この原理を実際に理解するためのより簡単な方法は、少し料理の実験をすることです。具体的には、バーナーを使用してフライパンを加熱します。鍋を火の上にかざすと、熱が火から手に伝わります。あなたが気付いていないのは、電気も同じ道を進むということです。

よく見ると、ゼーベック効果を引き起こす特定のパラメータが観察されました。まず、2つのジャンクション、つまり上記のコールドジャンクションとホットジャンクションに違いがなければなりません。万が一、2つの接合部の温度が同じである場合、各接合部から生成される起電力が最終的に互いに打ち消し合うため、電流は生成されません。

第二に、起電力を生成するのはこの温度差であり、起電力は電圧計によって測定されます。生成される電圧はマイクロボルトレベルであるため、電流の読み取りには注意が必要です。そして、より信頼性の高い測定値を取得するには、コールドジャンクションの温度を最初から知る必要があります。

第三に、電圧の量は、使用するワイヤの材質にも依存します。熱電対の作成に使用される金属が異なれば、結果も異なります。また、熱電対は、ごくわずかではありますが、電気を生成できるため、自己給電型であることを知っておいてください。

さらに、熱電対を一緒に使用すると、サーモパイル、赤外線カメラの心臓部、または赤外線熱画像として機能します。サーモパイルは熱エネルギーを電気エネルギーに変換します。

熱電対の種類

Thermocouple Types

何年にもわたって、多くの種類の金属が熱電対を形成するために結合され、プロセスでさまざまな結果を生み出しました。最終的には、文字を使用して各金属ペアを指定し、アプリケーションに応じてさまざまな業界がそれぞれを最大限に活用できるようにしました。

排除の過程で、4つのタイプが最も広く採用されるようになりました。これらはタイプJ、K、N、およびTでした。これらは同じゼーベック現象を示しますが、特定のタイプの熱電対にはそれぞれ異なる特性があることを区別する必要があります。温度感度と温度範囲について話しています。したがって、特定の業界では、そのニーズに最適なタイプを選択する必要があります。

K型熱電対

起動するには、Kタイプの熱電対が最も広く使用されている熱電対です。このタイプの人気の秘訣は、主にその構成にあります。 2つのニッケルベースの金属(クロメル/アルメルなど)を組み合わせて作られたKタイプは、±0.75%の精度で広範囲の温度(-200〜1260°C)で動作する場合でも頑丈です。

注目すべきは、ニッケルベースの金属は強く、酸化と腐食に対して平均以上の耐性を示します。通常、熱電対の正の脚は、90%のニッケルと10%のクロムでできた金属で構成されています。一方、ネガティブレッグは、95%ニッケル、2%マンガン、2%アルミニウム、1%シリコンでできた金属で構成されています

J型熱電対

Kタイプほど普及していませんが、この熱電対タイプも広く使用されています。これは基本的に、温度範囲が狭い(-40〜750°C)ためです。これに加えて、その寿命は、より頑丈なKタイプの熱電対と比較して短くなっています。

このタイプの支配者が勝る1つの利点は、価格です。 Jタイプの熱電対は、他のタイプの熱電対と比較して最も安価な価格を提供します。さらに、真空および非酸化性雰囲気でもより高い効率を示すことが示されています。ただし、Jタイプは金属が酸化しやすいため、湿気の多い環境ではうまく機能しないことに注意してください。

このJタイプの正の脚は通常鉄線で構成され、負の脚は銅とニッケルの組み合わせ合金(コンスタンタンなど)で構成されます。

N型熱電対

ステロイドでは、N型熱電対をK型と呼ぶことができます。実際、Nタイプは、特定の環境でのパフォーマンスを向上させるために、Kタイプの特定の欠点を克服するように設計されています。私たちは、核の状況に最適な、より優れた安定性について話している。さらに、Nタイプは、最も高温の環境での酸化に抵抗することに大きな成功を収めています。

NタイプはKタイプよりもはるかに優れていると言えます。 -270〜 + 1300°Cのより広い温度範囲で動作できます。また、より高価です。

脚は通常、ニクロシルニッケル合金で構成されています。このカテゴリには、シリコン、ニッケル、クロムが含まれます。

T型熱電対

Tタイプは、スリーブ内の温度範囲が-200〜 + 350°Cであるため、異常に広い範囲はありません。しかし、安定性に関しては、間違いはありません。偶然ではありません。Tタイプは、極低温の実験室での実験など、非常に低温の環境で使用できるデバイスです。

その脚は主に銅-コンスタンタン合金で構成されています。

 

熱電対のタイプと性能表

タイプ

脚の構成

温度範囲(° F)

特殊性

B

プラチナ30%ロジウム/

プラチナ6%ロジウム

2500から3100まで

低電気出力;低温には適していません

E

ニッケルクロム/

コンスタンタン

32から1600まで

Kタイプよりも安定しており、精度が高い

J

鉄/コンスタンタン

32から1400まで

広く使われています;最も安い

K

ニッケルクロム/


ニッケル-アルミニウム

-328から2300まで

最も広く使用されている

N

ニクロシル/ニシル

-454から2372まで

広く使われています; Kタイプよりも優れた性能

R

プラチナ13%ロジウム/プラチナ

1600から2640

タイプSに似ていますが、安定性が優れています

S

プラチナ10%ロジウム/プラチナ

1600から2640

非常に高温で使用できますが、湿気からの保護が必要です

T

銅/コンスタンタン

-75から700まで

広く使われています;非常に安定しており、非常に低温に最適です

 

熱電対アプリケーション

The many uses of Thermocouple

熱電対は、業界に2つの主な利点を提供します。 1つ目は、極端な状況でも最も広い範囲の温度を測定できることです。その頑丈さは最高であり、今日では温度センサーが近づいていないと言っても過言ではありません。第二に、そして最も重要なのは財務マネージャーにとって、熱電対は安価です。それらは、今日市場に出回っている、ほぼすべての温度センサー、RTD、およびサーミスタを打ち負かすことができます。

そうは言っても、熱電対が地球上で最も広く使用されているセンサーであることは偶然ではありません。以下は、それらの最も一般的なアプリケーションの一部です。

  • サーモスタット

今は見てはいけませんが、HVACを制御するサーモスタットから始めて、熱電対は日常生活の中にあります。実際、サーモスタットには、主要コンポーネントの1つとして熱電対があります。熱電対が熱を感知すると、サーモスタットがデータに作用してACをオンまたはオフにすることができます。

  • 体温計

病院グレードの熱電対について話すとき、熱電対が機能しているのを見ている可能性が高いです。検出、診断、さらには治療を必要とする他の医療機器でさえ、しばしば温度センサーを使用します。通常、これらは小型化されており、熱が重要なセットアップで信頼性の高い温度測定値を生成します。

  • 車両診断

熱を監視する必要のある別の業界があります。それは航空宇宙および自動車業界です。通常、これはエンジン性能と関係があります。実際、輸送用の機械は異常に高い温度に達し、熱電対が適時に作動するようになっています。

たとえば、スパークプラグの機能、バッテリーの状態、排気ガスの測定値について話します。これらはリアルタイムで監視する必要があるため、物事は特に熱くなる可能性があります。

  • ボイラーとオーブン

知らないうちに熱電対が住居に潜んでいる可能性がある別の方法があります。あなたの台所で。給湯システムとオーブンには高温ゲージが必要です。そして熱電対は仕事をTに適合させます。

 

どの熱電対タイプを選択するのですか?

How to Choose Which Thermocouple Type is Best

テクノロジーではよくあることですが、初めてユーザーが熱電対を扱ったときは、ヒットとミスの段階があります。時間の経過とともに、各タイプの特性が明らかになるにつれて、特定の業界では、特定のタイプの熱電対をその使用に最も適したものとして好むようになりました。

ニーズに最適なタイプを選択するには、いくつかの要因があります。もちろん、製品の知識は最も重要です。特定の熱電対タイプの詳細を知ることは、進むべき道です。以下は、特定のアプリケーションで機能する熱電対を選択する際の重要な要素です。

  • 費用

コストを最優先しているため、熱電対のタイプごとに価格帯が異なることに注意してください。一部の熱電対は他の熱電対よりも安価です。一般的に、これらのセンサーは高額な値札を付けていないため、多くの利点があります。

  • 温度範囲

各熱電対タイプには特定の範囲があります。したがって、産業用アプリケーションの温度を決定する必要があります。そして、その後に合う良い選択をしてください。

  • 耐摩耗性/耐振動性

測定する環境を考慮に入れる必要があります。測定プロセス中に他の材料と直接接触することはありますか?熱電対は他のエンティティと「皮膚をこすり合わせる」のでしょうか?第二に、環境は振動がないのですか?それとも、揺れや不安定さがたくさんありますか?本質的に、過酷な環境では、より安定した熱電対タイプが必要になります。

  • 耐薬品性

繰り返しますが、これは測定される環境と関係があります。湿気はありますか?真空ですか?その場合は、この設定で最適に機能する熱電対を見つける必要があります。一つには、J型熱電対が産業用途の真空環境で大きな注目を集めています。さらに、腐食性の可能性がある他の化学物質の存在も考慮に入れる必要があります。その場合は、ステンレス鋼やインコネルなどのシース材料を検討する必要があります。

  • 平均寿命

熱電対の精度は、時間が経つにつれて打撃を受ける可能性があることに注意してください。したがって、特定のタイプがどれほど頑丈であるかを知ることは、より良い結果を得るのに役立ちます。デバイスセンサーの持続時間について話すときは、重要な考慮事項があることを知っておくとよいでしょう。これらの要因は次のとおりです。

-  作動温度

-  熱電対のワイヤサイズ

-  熱電対のシース保護

-  動作環境

-  必要な精度

ドリフトするミリボルトを測定することで、熱電対がどれだけ精度を失っているのかがわかります。このドリフトが大きいほど、読み取りの精度が低下します。そして、より多くの時間があなたのデバイスに悪い打撃を与えました。

その強度を維持するための適切な予防策は、熱電対を時々再校正することです。通常、デバイスをタイムリーにチェックするために、3〜6か月の期間が推奨される間隔です。

インストール要件

熱電対の用途は業界ごとに異なります。したがって、どのタイプの熱電対が最適かを選択できるように、設置要件を確認する必要があります。デバイスを使用する穴をよく見ると、どの特定のプローブ直径が作業に適しているかがわかります。

これらのデバイスを扱うときは、常にデューデリジェンスを行うことが最善です。そうすると、温度検知の仕事が大きすぎることはありません。熱電対を取り付けた状態.


投稿順 新着順

Japanese