【電験3種・理論】熱電対とは？ゼーベック効果の原理・種類・JIS規格

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
【熱電対の原理】ゼーベック効果
【測定方法】冷接点補償、基準接点補償
【種類】熱電対
【補償導線】熱電対の延長接続

【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。