熱電対とは?ゼーベック効果の原理・種類・JIS規格についてまとめました。
【熱電対とは】主な特徴
熱電対とは、「ゼーベック効果」を用いて温度を計測するセンサーです。
熱電対の2つの接合点に温度差を与えると、起電力が発生する。この現象を「ゼーベック効果」といい、このとき発生する起電力を「熱起電力」といいます。
熱電対の接合点の温度の高いほうを「温接点」、低いほうを「冷接点」といいます。
ゼーベック効果とは、異なる二種類の金属線を接続して1つの回路(熱電対)を構成し、2つの接点に温度差を与えると、回路に電圧が発生する現象のことです。
つまり、一方の接点の温度がわかれば、電位差からもう一方の温度を計測できます。
– | 熱電対の主な特徴 |
---|---|
1 | 仕組みが単純で安価 |
2 | 応答速度が高速 |
3 | 測定範囲が広い(-200~1700度) |
4 | センサー出力が電圧なので簡単にデーターロガーで読み取れる |
■熱電対の図
【熱電対の原理】ゼーベック効果
熱電対は、ゼーベック効果により温度を測定します。
ゼーベック効果とは、ドイツ人科学者ゼーベックが1821年に発見しました。
– | ゼーベック効果 |
---|---|
① | 異なる二種類の金属線を接続して1つの回路(熱電対)を構成します。 |
② | 2つの接合部(測温接点と計測器側接点)に温度差を与えます。 |
③ | 回路に電圧が発生します。 |
熱電対では、③の電圧を計測器で測定します。
【測定方法】冷接点補償、基準接点補償
ゼーベック効果による電圧の測定方法には、冷接点補償、基準接点補償の2つがあります。
– | 計測器の測定方法 |
---|---|
冷接点補償 | 基準接点を氷水などで0度に保ち、温度を読み取る方法 |
基準接点補償 | 基準接点の気温を測定し、温度差ΔTを加算して温度を読み取る方法 |
熱電対の学生実験では「冷接点補償」を使いますが、実際には「基準接点補償機能」がついた計測器を用いるのが一般的です。
【種類】熱電対
熱電対は、2つの金属の選び方で種類が異なります。
JIS規格になっている代表的な熱電対の8種類はつぎのとおりです。
記号 | 構成材料 | 使用温度範囲 | 概要 |
---|---|---|---|
K | +:ニッケルおよびクロムを主とした合金(クロメル) -:ニッケルを主とした合金 |
-200℃~1000℃ | 温度と熱起電力との関係が直線的であり、工業用として最も多く使用 |
J | +:鉄 銅およびニッケルを主とした合金(コンスタンタン) |
0℃~600℃ | E熱電対に次いで熱起電力特性高く、工業用として中温域で使用 |
T | +:銅 ー:銅およびニッケルを主とした合金(コンスタンタン) |
-200℃~300℃ | 電気抵抗が小さく、熱起電力が安定しており、低温での精密測定に広く利用 |
E | +:ニッケルおよびクロムを主とした合金(クロメル) -:銅およびニッケルを主とした合金(コンスタンタン) |
-200℃~700℃ | JISに定められた熱電対の中で最も高い熱起電力特性をもつ |
N | +:ニッケル、クロムおよびシリコンを主とした合金(ナイクロシル) ニッケルおよびシリコンを主とした合金(ナイシル) |
-200℃~1200℃ | 低温から高温まで、広い範囲にわたって熱起電力が安定 |
R | +:ロジウム13%を含む白金ロジウム合金 -:白金 |
0℃~1400℃ | 高温での不活性ガスおよび、酸化雰囲気での精密測定に利用。精度が良くバラツキや劣化が少ないため、標準熱電対として利用。 |
S | +:ロジウム10%を含む白金ロジウム合金 -:白金 |
0℃~1400℃ | 高温での不活性ガスおよび、酸化雰囲気での精密測定に利用。精度が良くバラツキや劣化が少ないため、標準熱電対として利用。 |
B | +:ロジウム30%を含む白金ロジウム合金 -:ロジウム6%を含む白金ロジウム合金 |
0℃~1500℃ | JISに規定された熱電対で最も使用温度が高い熱電対。 |
【補償導線】熱電対の延長接続
補償導線は、「熱電対」と「温度計測器」を相互に接続する導線です。
「温度計測器」と「熱電対」の間が長いときの延長ケーブルとして使用することが多いです。

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