熱電対を使用することの長所と短所

熱電対は、科学および産業全体で使用される単純な温度センサーです。 それらは、単一のポイントまたは接合部で一緒に結合された異種金属の2本のワイヤで構成され、通常、耐久性と信頼性のために溶接されます。

これらのワイヤの開回路端で、熱電対が接合部に応答して電圧を生成します 温度、ゼーベック効果と呼ばれる現象の結果、1821年にドイツの物理学者トーマスによって発見されました ゼーベック。

接触している異なる金属の2本のワイヤーは、加熱されると電圧を生成します。 ただし、合金の特定の組み合わせは、その出力レベル、安定性、および化学的特性のために標準です。

最も一般的なのは、鉄またはニッケルと他の元素の合金で作られた「卑金属」熱電対であり、組成に応じてタイプJ、K、T、E、およびNとして知られています。

高温用の白金ロジウムおよび白金線で作られた「貴金属」熱電対は、タイプR、S、およびBとして知られています。 タイプに応じて、熱電対は摂氏約-270度から1,700℃以上（華氏約-454度から3,100度以上）の温度を測定できます。

熱電対の長所と短所は状況によって異なり、最初にそれらの制限を理解することが重要です。 熱電対の出力は非常に小さく、通常、室温で約0.001ボルトであり、温度が上昇すると増加します。 各タイプには、電圧を温度に変換する独自の方程式があります。 関係は直線ではないため、これらの方程式はやや複雑で、多くの項があります。 それでも、熱電対はせいぜい約1 C、または約2Fの精度に制限されます。

校正された結果を得るには、熱電対の電圧を基準値と比較する必要があります。基準値は、かつては氷水浴に浸された別の熱電対でした。 この装置は、0°Cまたは32°Fで「コールドジャンクション」を作成しますが、明らかに扱いにくく不便です。 最新の電子アイスポイント基準回路は、普遍的に氷水に取って代わり、ポータブルアプリケーションでの熱電対の使用を可能にしました。

熱電対は2つの異なる金属の接触を必要とするため、腐食しやすく、校正と精度に影響を与える可能性があります。 過酷な環境では、接合部は通常、湿気や化学物質によるワイヤの損傷を防ぐために鋼製のシースで保護されています。 それでも、良好な長期性能を得るには、熱電対の手入れとメンテナンスが必要です。

熱電対はシンプルで頑丈で、製造が簡単で、比較的安価です。 昆虫などの小さな物体の温度を測定するために、非常に細いワイヤーで作ることができます。 熱電対は非常に広い温度範囲で役立ち、体腔などの困難な場所や原子炉などの乱用環境に挿入できます。

これらすべての利点について、熱電対を適用する前に、熱電対の欠点を考慮する必要があります。 ミリボルトレベルの出力には、氷点基準と小信号の増幅の両方のために、注意深く設計された電子機器の追加の複雑さが必要です。

さらに、低電圧応答は、周囲の電気機器からのノイズや干渉の影響を受けやすくなっています。 熱電対は、良好な結果を得るために接地シールドが必要な場合があります。 精度は約1C（約2 F）に制限されており、接合部またはワイヤの腐食によってさらに低下する可能性があります。

熱電対の利点は、家庭用オーブンの制御から飛行機、宇宙船、衛星の温度の監視まで、さまざまな状況での熱電対の組み込みにつながりました。 窯とオートクレーブは、製造用のプレスと金型と同様に、熱電対を使用します。

多くの熱電対を直列に接続してサーモパイルを作成できます。サーモパイルは、単一の熱電対よりも温度に応じて大きな電圧を生成します。 サーモパイルは、赤外線を検出するための高感度デバイスを作成するために使用されます。 サーモパイルは、放射性同位元素熱電発電機の放射性崩壊の熱から宇宙探査機用の電力を生成することもできます。