これまでに、熱電対は人類で最も人気のある温度センサーです。正直なところ、あなたがその便利なセンサーをどのような産業で使用しているかを知っていると、あなたの驚きは確実に止まるでしょう。工業製造から家庭でおそらく使用している肉温度計まで、さまざまな産業で使用されています。時が経つにつれて、このような多目的な温度計の使用は避けられなくなりました。
確かに、将来に自分の地位を築きたい真剣な学生にとって、学校で熱電対の利点を学ぶことは大きな利点です。それは論理的なことです。彼らがシーベック効果を利用した熱計をカリキュラムに組み込むことを重視すると、世界中の教育機関にとって間違いなく大きな利点です。これらの教育者は、学生の幸福を考慮しています。
熱電対：最も人気のある温度センサー
多くの人々にとって、熱は悪いものと考えられるかもしれません。ほとんどの場合、極端な体の熱は病気を表します。しかし、実際には、熱はさまざまな産業で不可欠な目的に役立ちます。
熱がなければ、ガラスを成形したり、鋼を作ったりすることができません。もちろん、問題は制御にあります。熱が多すぎるか、少なすぎるかでは、望んでいる結果を得ることができません。したがって、温度を監視する必要があります。家庭の場面では、熱が多すぎると確実に夕食が台無しになります。
それだけでなく、熱電対が熱測定装置のトップに立ち上がったのは偶然ではありません。さらに、温度はシーベック効果に基づいています。別名「熱電効果」とも呼ばれます。
- 1821年にドイツの科学者トーマス・ヨハン・ゼーベックによって発見されたこの現象は、2つの異なる電気伝導体（例：金属）の接合部の温度差に比例した直流電圧が発生することを示しています。
- 通常、シーベック効果によって生じる電圧は数マイクロボルト（つまり、ボルトの百万分の1）ですが、これらのシーベック効果デバイスの大規模な配列が束ねられると、かなりの電力が生じます。
図A：K型熱電対の基本的なレイアウト（出典）
確かに、他の温度センサー（例：RTD、サーミスタ）も熱電対と同じように優れています。しかし、シーベック効果を利用したデバイスは、産業応用において優れています。針を動かすための3つの主な理由は次のとおりです。
1) 極端な温度を測定する能力
熱電対の能力は、他の温度センサーと比較して直接温度を測定できるという点で、2600ºCまでの温度に及びます。抵抗温度検出器（RTD）の汎用性さえもこのような素晴らしい能力には及びません。小型アルミニウム、鋼などの高温アプリケーションは、熱電対の使用から利益を得ています。
2) 非常に頑丈
熱電対は、最初から最も頑丈なセンサータイプです。振動に耐えられるように設計されたシンプルな構造により、最も過酷な環境で使用できます。
それは熱電対には動く部品もほとんどなく、大部分が壊れやすいものがないためです。
3) 安価で製造が容易
はるかに安価な温度プローブの選択肢として、熱電対はRTDやサーミスタよりも経済的に優れています。それは電子機器を製造するのが簡単だからです。異なる2つの金属の適切な組み合わせがあれば、問題ありません。
安価であるため、同じアプリケーションに対して複数のセンサーが必要な場合、熱電対が最良の選択肢です。自動車業界で使用される熱プロファイリングの例など、一度に何百、何千ものセンサーが必要な産業もあります。
シーベック効果センサーを最大限に活用する学校
正直に言うと、教育は現実の世界に備えるためのものです。確かに、最高の大学、大学、技術/職業学校は、それを行わない場合は失敗と見なされる可能性があります。したがって、製造業に leaning している教育機関が、クラスや実験室で熱電対の研究と使用を最大限に活用するのに最も利益を得る教育機関であるとは論理的です。
多くの場合、近代の主要な教育者は、熱電対のすべての側面を学ぶのにかなりの時間と注意を払っています。良い例が数年前にルーマニアで行われたエンジニアリング教育に関するバルカン地域第2回カンファレンスに焦点を当てたもので、サーモカップルの研究と較正に重点を置いています。
もちろん、熱電対の魅力がどれほど大きいかにかかわらず、それらの基本を知ることは、学習者のスキルに追加の利点をもたらすでしょう。以下は、これらのSeebeckを使用した熱プローブの研究で大いに利益を得た主要な学校です：
1) 工学校
明らかに、工学校はこのリストのトップに位置する必要があります。なぜなら、電気工学者は実際の発電で最も効果的なものを引き出したいときに上昇する温度を意識する必要があります。同様に、冶金学のエンジニアも、鉱石を処理し必要な金属を抽出するために様々なトリック（溶鉱、電解、蒸留など）を使用する必要があります。
化学工学校も同じくらいうまくやることでしょう。蒸留所や醸造所は、滑らかで最高の味のビールや酒を生み出すために温度を管理する必要があります。
伝統的に、エンジニアは優れた製品を生み出すために温度センサーとして熱電対を使用してきました。これらの製品の一部は次のとおりです：
- 鉱業
- セメント
- 紙
- ガラス
- 石油/ガス
- 医薬品
自動車産業も熱電対の利用で大いに恩恵を受けています。これにより、車はより安全になるだけでなく、はるかに効率的に機能します。実際、Seebeck効果を利用した装置を最大限に活用する特定の車両アプリケーションがたくさんあります。これらの車の部品の一部は次のとおりです：
- 表面温度測定
- シリンダーヘッド
- 排気ガス測定
- スパークプラグ
- ブレーキディスク
- 車のバッテリー
自動車は実際に燃料で動作するときに熱を発生します。そのため、車が速く走れば走るほど、車は熱くなります。したがって、重要な車の部品がそのような厳しい状況に耐えるためにテストされる必要があります。
2) 医学部
医学部は、医療実践での熱電対の使用について完全に認識していないかもしれません。しかし、そのことに疑いはありません。この巧妙な温度センサーは、患者の包括的な治療と治療に非常に大きな役割を果たしています。さらに、多くの医療機器が一般の電子機器で熱電対を使用しています。
まず第一に、熱電対はin vivo診断で広範囲に使用されています。さらに、多くの治療手順で重要な役割を果たしています。この2つの金属センサーは、治療機器内で微小侵襲的に誘導された電流を監視するために使用されます。
典型的な例は、医療グレードの熱電対が以下で使用される場合です：
- 心房細動の治療
- 頻脈の治療
- 心房不整脈のラジオ波焼灼中の組織温度の測定
3) 食品技術学校
食品は単に食べられるだけでなく、おいしくなければなりません。そして、それを行うには食べ物を正しく調理する必要があります。商業規模の場合、そのような必要性は何倍にも増えます。将来の食品業界の主要な動力として、食品技術の学生は大量の人々に食べ物を提供するための知識とスキルの基盤を持っていなければなりません。したがって、食品の準備プロセスはこの点でマスターされなければなりません。
食品調理に熱電対が大いに活用されています。オーブンはその1つの典型例です。それは熱電対を使用して温度を調整します。
さらに、熱電対はRTD（一般的に食品センサーと呼ばれる）と一緒に使用され、調理される食品が最も効率的に行われるようにします。これにより、食品は保護されます。過少加熱や過度加熱されません。これは、大量生産用の食品調理手法や低規模のレストランアプリケーションで使用される食品調理に特に重要です。
ほとんどの場合、熱電対を使用する家電のいくつかは次のとおりです：
- フライヤー
- ウォーマー
- オーブン
- グリル
- トースター
食器洗い機さえも熱電対を使用します。さらに、食品検査システムはSeebeck効果に基づくセンサーから利益を得ています。食品技術の学生は、手に熱電対プローブを持っているときに最高の状態で食品を処理することができます。
4) 専門学校/職業学校
多くの産業で、熱電対を利用した機械の種類が使用されています。したがって、このような機械の操作を習得したい専門家は、2つの金属センサープローブの詳細を学習することで大きな利益を得るでしょう。
さらに良いことに、これらの種類の機器を世話するための上級修理技術者やメンテナンススタッフを提供したいと考えているアメリカ中の技術および職業学校は、そのカリキュラムに熱電対の研究を組み込むことでうまくいくでしょう。
これらの機器のいくつかは次のとおりです：
射出成形機
熱は、射出成形プロセスを介してほとんどの熱可塑性材料の成形に使用されます。熱電対は、この射出成形プロセス全体にわたって配置され、適切な温度が保たれていることを確認します。
押出機
同じく、タイプJ熱電対が押出しプロセスで使用されています。これは、射出成形で使用されるものと同様の加熱されたスクリューフィードがこのプロセスで使用されるためです。通常、熱電対はバレルの外側の温度を監視するために取り付けられます。
熱処理
金属加工では、熱処理が金属の物理的属性を変更するために使用されます。そのためには、炉を所定の温度に保つ必要があります。熱電対は、そのような温度がそのパラメータ内に留まることを確認する際に非常に重要な役割を果たします。
溶接の焼なまし
金属の化学的および物理的性質を変更する別の方法は、焼なましシステムの使用です。再び、プロセスを正しく行うために温度を監視する必要があります。そのために、熱電対は保持管に溶接されます。
包装機
収縮包装は、その不正開封性のために医薬品業界で需要がありました。通常、この包装システムのプロセス制御において、熱電対がエアサーキュレーションヒーターに使用されます。
適切な熱電対の選択
設計上、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。要するに、異なる金属にはそれぞれ固有の特徴があります。したがって、すべての導体の組み合わせは異なる結果を生み出します。
したがって、学校のプロジェクトに適切な熱電対を注意して選択することが重要です。温度がどのような種類の熱電対セットアップを取得するかの最終的な判定者だと思うかもしれませんが、ある意味では正しいです。しかし、温度範囲は最適な選択をする際に重要な要素だけではありません。最適な熱電対を選択する際に重要な質問は次のとおりです：
1. ) センサーを使用する温度範囲は何ですか？
まず第一に、テストする材料の温度範囲を見てください。熱電対には膨大な範囲がありますが、すべての熱電対が極端な温度に耐えることができるわけではありません。
熱電対の各導体の組み合わせには、それぞれ特定の温度範囲があります。これらのデバイスは、使用される特定の金属組み合わせに応じて文字で名前が付けられます。したがって、アプリケーションに最適なセンサーを選択するためには、各熱電対タイプが何を表すかについての知識が必要です。
以下のグラフをご参照ください：
図B. 最も一般的な熱電対とその範囲
2.) テストする環境の性質は何ですか？
熱電対のシースタイプを、運用環境の詳細に一致させる必要があります。
表B：シースタイプによる熱電対。
産業では、表面実装熱電対も使用されます。これにより、監視される表面をより迅速に追跡できます。したがって、特定のシースの先端にセンサーが取り付けられるのではなく、センサーは観察される特定の表面に直接フラッシュマウントされるフラットな材料に直接取り付けられます。
3.) 望ましいサンプルレートは何ですか？
サンプルレートは、温度の変化を測定する必要がある速さまたは遅さを示します。非常に狭い時間枠で温度を捉える必要がある場合は、より速いサンプルレートの熱電対タイプが必要です。ただし、通常または遅いペースで定期的な温度測定を行いたい場合は、普通の、費用のかかる熱電対でも十分です。
テーブルC：熱電対のタイプとその品質(出典)
実際、プロジェクトに適した熱電対センサーを見つけることは困難かもしれません。ただし、そうである必要はありません。以下の産業からヒントを得てください。
テーブルD：熱電対のタイプとその最も一般的な産業
結論：
選ばれた産業で成功したい学生にとって、シーベック効果を利用した温度センサーを学ぶことがなぜ有利か理解するのは難しくありません。疑いの余地なく、熱電対が王者です。