熱電対とは何ですか？

熱電対とは何ですか？

これは、温度測定機器で一般的に使用される温度検知要素です。温度を直接測定し、温度信号を熱電位信号に変換し、電気機器（二次機器）によって測定された培地の温度に変換されます。さまざまな熱電対の形状はアプリケーションによって大きく異なる場合がありますが、その基本構造はほぼ同じであり、通常、熱電子、断熱スリーブ保護チューブ、および接合ボックスで構成されています。これらの熱電対は通常、ディスプレイ機器、録音機器、電子レギュレーターと組み合わせて使用​​されます。熱電対の仕組みこの関係は、実際の温度測定で広く使用されています。コールドジャンクションT0は一定のままであるため、熱電対によって生成される熱電位は、ホット接合部の温度の変化によってのみ変化します（測定端）。これは、特定の熱電位が特定の温度に対応することを意味します。熱電ポテンシャルを測定する方法を使用することにより、温度測定の目的を達成できます。熱電対温度測定の基本原理は、異なる材料で作られた2つの導体によって閉回路が形成されることです。両端間に温度勾配がある場合、電流は回路を流れ、両端間に電気的な力（EMF）を生成します。この現象は、シーベック効果として知られています。異なる材料で作られた2つの導体は熱電子であり、より熱い端は作業端として機能し、よりクーラーエンドは自由端として機能します。これは通常、一定の温度で維持されます。 EMFと温度の関係に基づいて、熱電対キャリブレーションテーブルが作成されます。このテーブルは、自由末端温度が0度であり、異なる熱電対が独自のキャリブレーションテーブルを持っている状態に基づいています。この材料の両方の接合部での温度が同じである限り、3番目の金属材料が熱電対回路に追加されると、熱電対によって生成される熱電位は、3番目の金属の添加によって影響を受けず、変化しません。したがって、温度測定に熱電対を使用する場合、測定機器を接続して熱電ポテンシャルを測定することができます。これにより、測定される測定の温度が測定できます。熱電対で温度を測定する場合、コールド接合部の温度（リードを介した測定回路に接続された端）が一定のままであることが不可欠です。これにより、熱電位が測定温度に比例することが保証されます。測定中にコールドジャンクション（環境）の温度が変化すると、測定の精度に大きな影響を与える可能性があります。コールドジャンクション温度の変化の影響を補うために、コールドジャンクションと呼ばれるコールドジャンクションでの測定が行われます。特別な補償ワイヤは、測定機器に接続するために使用されます。

熱電対の一般的なタイプと特性

一般的な熱電対は、標準と非-標準の2つの主要なタイプに分類できます。標準の熱電対は、国家標準が熱電位-温度関係、許容誤差、および統一されたキャリブレーションテーブルを指定するものです。選択のためのマッチングディスプレイ機器が付属しています。非-標準の熱電対は、標準の熱電対と比較して範囲または量のアプリケーションが少なく、一般的に統一されたキャリブレーションテーブルがないため、主に特別な状況での測定に使用されます。 1988年1月1日以来、中国はIEC国際基準に従って熱電対と抵抗の温度計の生産を標準化し、中国の統一された標準的な熱電対として7種類の- s、b、k、r、j、t -を指定しています。

理論的には、任意の2つの異なる導体（または半導体）をペアにして熱電対を形成できます。ただし、実用的な温度測定コンポーネントとして、複数の要件を満たす必要があります。エンジニアリングアプリケーションの信頼性と十分な精度を確保するために、すべての材料が熱電対に適しているわけではありません。一般に、熱電対の電極材料の基本的な要件は次のとおりです。

1.温度測定範囲内で、熱電特性は安定しており、時間とともに変化しません。また、酸化または腐食するのは簡単ではありません。

2、抵抗の係数、高い導電率、小さな比熱係数。

3.温度測定で生成される熱電位は大きく、熱電位は温度と線形またはほぼ線形の単一値関数の関係です。

4.材料には再現性が良好で、

熱電対をインストールする方法は？

生産では、テスト中の異なるオブジェクト、さまざまな環境条件、さまざまな測定要件、さまざまな設置方法の熱抵抗と測定のさまざまな設置方法により、考慮すべき多くの問題があります。ただし、原則として、温度測定の精度、安全性、メンテナンスの利便性という3つの側面から考慮することができます。温度検知要素の損傷を防ぐために、十分な機械的強度があることを確認する必要があります。要素を摩耗から保護するには、保護スクリーンまたはチューブを追加する必要があります。安全性と信頼性を確保するために、温度検知要素の設置方法は、測定する培地の温度と圧力、要素の長さ、その設置位置、および形式などの特定の条件に基づいて決定する必要があります。以下は、注意を引くためのいくつかの例です。

圧力に耐えるために設置されたすべての温度センシング要素は、シーリングを保証する必要があります。高温で動作する熱電対の場合、保護チューブの変形を防ぐために、一般的に垂直に設置する必要があります。水平インストールが必要な場合は、長すぎてはならないはずであり、熱電対を保護するためにブラケットを使用する必要があります。温度センシング要素が、中程度のフロー速度が高いパイプラインに取り付けられている場合、角度で取り付ける必要があります。過度の侵食を防ぐために、パイプラインの曲がり角に温度センシング要素を設置することをお勧めします。中圧が10MPaを超える場合、測定要素に保護スリーブを追加する必要があります。熱電対と熱抵抗器の設置場所は、分解、メンテナンス、およびキャリブレーションのための十分なスペースを考慮する必要があります。より長い保護チューブを備えた熱電対と熱抵抗器は、分解して組み立てるのが簡単なはずです

熱電対温度測定方法

熱応答時間は複雑であり、異なる実験条件は測定結果の変化につながる可能性があります。これは、熱応答時間が熱電対とその周囲の培地の間の熱伝達速度の影響を受けるためです。熱伝達率が高いと、熱応答時間が短くなります。熱電対製品の熱応答時間を確実にするために、国家基準では、特殊な水流試験装置を使用して熱応答時間を測定する必要があることを指定します。水流は0.4±0.05m/sに維持する必要があり、初期温度は5〜45度、温度ステップは40〜50度です。テスト中、温度は温度ステップの±1％以上変化してはなりません。熱電対は、深さ150mmまたは設計挿入深度（いずれか小さい方）に挿入する必要があります。これは、テストレポートに記載する必要があります。

デバイスは比較的複雑であるため、現在この機器を持っているユニットはごくわずかであるため、国家標準はメーカーとユーザーが他のテスト方法を採用するために交渉できると規定していますが、与えられたデータはテスト条件を示す必要があります。

タイプBの熱電電位は室温付近で非常に小さいため、熱応答時間を測定するのは簡単ではありません。したがって、National Standardは、タイプS熱電対の同じ仕様の熱電極アセンブリを使用して独自の熱電極アセンブリを置き換えることができると規定しており、テストを実行できると規定しています。

実験中に、熱電対の出力が温度ステップ変化の50％に変化する時間t0.5を記録します。必要に応じて、10％の熱応答時間t0.1と90％の熱応答時間t0.9も記録します。記録された熱応答時間は、少なくとも3つのテストの平均でなければならず、各測定値は平均から±10％逸脱します。さらに、温度ステップの変化に必要な時間は、テストされた熱電対のT0.5の10分の1を超えてはなりません。録音機器またはメーターの応答時間も、テストした熱電対のT0.5の10分の1を超えてはなりません。

熱電対の主なタイプ

1.固定装置のタイプに従って、温度測定の主な手段として、熱電対は幅広い用途を持っているため、デバイスと技術的なパフォーマンスを固定するための多くの要件があります。したがって、熱電対の固定デバイスは、固定デバイスタイプ、ねじれ型、固定フランジタイプ、可動フランジタイプ、可動フランジ角ルーラータイプ、円錐保護チューブタイプの6つのタイプに分割されます。

2。アセンブリと構造に従って、熱電対のパフォーマンスと構造に従って、それらは分離可能な熱電対、爆発-具体的な熱電対、装甲熱心、および圧力スプリング固定熱源などの特別な目的の熱電対に分けることができます。

熱電対をインストールする際にどのような要件を注意すべきですか？

熱電対と抵抗の温度計の設置のために、温度測定、安全性と信頼性、および便利なメンテナンスの精度に注意を払う必要があり、機器と生産運用の操作に影響を与えません。上記の要件を満たすために、熱電対と抵抗の温度計のインストールパーツと挿入深度を選択する場合、次のポイントに注意してください。

1.熱電対と抵抗温度計の測定端と測定培地の間の十分な熱交換を確保するために、測定点を合理的に選択する必要があり、温度または抵抗温度計は、パイプラインおよび装備のバルブ、肘、およびデッドコーナーから可能な限り遠くに設置する必要があります。

2。保護袖を持つ熱電対とサーミスタには、熱伝達と熱散逸損失があります。測定エラーを減らすために、熱電対とサーミスタは十分な挿入深さを持つ必要があります。

（1）パイプラインの中心にある流体温度を測定する熱電対の場合、通常、パイプラインの中心に挿入する必要があります（垂直設置または傾斜設置）。パイプラインの直径が200 mmの場合、熱電対または抵抗の挿入深さを100 mmに選択する必要があります。

（2）高-温度、高-圧力、および高-速度液（主な蒸気温度など）の温度測定の場合、保護袖の抵抗を減らし、流体圧力下で壊れないようにするために、保護的な挿入方法に使用できます。メインの蒸気パイプに挿入した場合、浅い挿入熱電対の保護袖の深さは75mm以下であるべきではありません。サーマルスリーブの熱電対の標準挿入深度は100mmです。

（3）煙道の煙道ガスの温度を測定する必要がある場合、煙道の直径は4mですが、熱電対または抵抗の挿入深さは1 mです。

（4）測定元の挿入深さが1mを超える場合、可能な限り垂直に設置するか、サポートフレームと保護パイプを追加する必要があります。

エラーを避けるために熱電対を正しく使用するために、次のポイントを注意する必要があります

熱電対の正確な使用は、温度値を正確に取得し、製品の資格を確保するだけでなく、熱電対の材料消費を節約し、お金を節約し、製品の品質を確保することもできます。誤ったインストール、熱伝導率、タイムラグエラーは、熱電対の使用における主なエラーです。

1.熱電対の設置位置と挿入深さが炉の実際の温度を正確に反映していない場合、不適切な設置によって導入されるエラー。たとえば、熱電対はドアまたは加熱領域に近すぎて、その挿入深さは保護チューブの少なくとも8〜10倍にする必要があります。熱電対の保護袖と炉の壁との間のギャップは、断熱材で満たされていないため、熱が逃げたり、炉に冷たい空気が侵入したりする可能性があります。したがって、熱電対の保護袖と炉の壁の間のギャップは、温度測定の精度に影響を与える可能性のある熱い空気と冷気の対流を防ぐために、耐火性粘土またはアスベストロープで密封する必要があります。熱電対のコールドエンドが炉の本体に近すぎる場合、温度は100度を超える場合があります。熱電対の設置は、強力な磁場と電界を可能な限り回避する必要があるため、エラーを引き起こす可能性のある干渉を防ぐために、電源ケーブルと同じ導管に取り付けるべきではありません。熱電対は、測定された培地がほとんど流れない領域に設置しないでください。熱電対でパイプ内のガスの温度を測定する場合、熱電対は流量とは反対の方向に設置する必要があり、ガスと十分な接触が必要です。

2。断熱界の劣化によって導入されたエラー熱電対が断熱されている場合、保護チューブとプルプレートの汚れや塩の残留物が多すぎると、熱電極と炉の壁の間に断熱が不十分であり、高温でより深刻です。これにより、熱電ポテンシャルの損失を引き起こすだけでなく、干渉も導入し、これによって引き起こされるエラーは数百度に達することがあります。

3.熱慣性によって導入された誤差熱電対の熱慣性は、機器の読み取り値を実際の温度変化の背後に遅らせます。これは、迅速な測定中に特に顕著です。したがって、より細かい熱電気とより小さな保護チューブの直径を備えた熱電対を使用することをお勧めします。測定環境が許可されている場合、保護チューブを取り外すことができます。測定の遅延により、熱電対で検出された温度変動の振幅は、炉温度の振幅よりも小さくなっています。測定の遅れが大きいほど、熱電対の変動の振幅が小さくなり、実際の炉温度との差が大きくなります。温度測定または制御に大きな時定数を使用して熱電対を使用する場合、機器は温度の変動を最小限に抑えることができますが、実際の炉温度は大きく異なる場合があります。正確な温度測定を確保するには、少量の時定数の熱電対を選択する必要があります。時定数は、熱伝達係数に反比例し、熱電対のホット端、材料の密度、およびその比熱の直径に直接比例します。熱伝達係数を増加させることに加えて、時定数を減らすために、最も効果的な方法は、ホットエンドのサイズを最小限に抑えることです。実際には、熱伝導率、薄いチューブ壁、および小さな内径を備えた材料が、通常、保護袖に使用されます。より正確な温度測定のために、保護袖のない裸のワイヤー熱電対が使用されますが、これらは簡単に損傷する可能性があり、タイムリーなキャリブレーションまたは交換が必要です。

4.高温での熱抵抗誤差、保護管にすすの層がある場合、それに粉塵が付いている場合、熱抵抗が増加し、熱伝導が妨げられます。この時点で、温度表示は測定温度の真の値よりも低くなっています。したがって、エラーを減らすために、熱電対保護チューブの外部清潔さを維持する必要があります。

熱電対の主な利点

1。測定の精度が高い。測定されたオブジェクトと直接接触しているため、中間培地の影響はありません。

2。広い測定範囲。一般的な熱電対は、-50度-1600度から連続的に測定でき、いくつかの特別な熱電対は低AS-269度（金鉄ニッケルクロムなど）、および2800度（タングステン、レニウムなど）と同じくらい測定できます。

3。シンプルな構造と使いやすい。熱電対は通常、2つの異なる金属ワイヤで構成されており、サイズと開始によって制限されません。外側には保護袖があり、使用するのに非常に便利になります。

熱電対の将来の傾向とアプリケーション分野は何ですか？

I.将来の開発動向材料の革新とパフォーマンスの改善新しい熱電材料：伝統的な金属合金を置き換えるために、より高い感度とより広い温度範囲（酸化物の熱カップル、ナノコンポジットなど）の材料を開発します（{1}}タイプ、J -タイプなど）柔軟な温度を促進する柔軟な温度の柔軟な温度測定の需要は、柔軟な温度を促進します。 Thin -フィルムThermocoupple（印刷された電子機器など）。高温超伝導材料：極端な環境（航空宇宙原子炉など）で安定した温度測定スキームの探索。インテリジェントで統合された埋め込み信号処理：統合されたミニチュアアンプとデジタル補償回路、デジタル信号の直接出力、外部干渉の減少。 IoT Fusion：ワイヤレス送信（LORA、NB - IoTなど）を介したリモートモニタリングは、業界4.0およびスマートシティアプリケーションをサポートします。 self -駆動システム：熱電対のSeebeck効果を使用して、-電源デバイス（ワイヤレスセンサーノードなど）を電源で駆動します。精度と信頼性の最適化AIキャリブレーションテクノロジー：機械学習を通じて、非線形エラーと老化ドリフトを動的に補正するために、サービスの寿命を延ばします。複雑な環境での測定の信頼性を改善するために、Multi -センサー融合：赤外線、RTDなどを組み合わせて。低コストおよび標準化MEMSプロセス：大-マイクロエレクトロメカニカルシステムのスケール生産により、マイクロ熱電対のコストが削減され、消費者アプリケーションが拡大されます。国際標準統一：グローバルサプライチェーンに適応し、選択とメンテナンスプロセスを簡素化します。

2、新たな用途フィールド新しいエネルギーと炭素中立性太陽光発電とエネルギー貯蔵：ソーラーパネルの温度（ホットスポット効果を防ぐため）とエネルギー貯蔵システムの熱管理を監視します。水素エネルギー：燃料電池スタックの高圧水素生産と温度モニタリング。核融合：将来の反応器の極端な高温測定（タングステンやレニウムの熱電対など）。 High -エンドマニュファクチャリングおよび自動化半導体製造：ウェーハ処理とエッチング機器の精密温度制御（ミリ秒応答が必要）。添加剤の製造：成形品質を最適化するために、3D印刷プロセスにおける溶融プール温度のリアル-時間フィードバック。ロボット：共同ロボットジョイントの過熱保護。生物医学と健康の低侵襲手術：超微細な熱電対は、カテーテルまたは内視鏡に統合され、組織の温度をリアルタイムで監視します。ウェアラブルデバイス：体温の変化（流行後の健康管理のニーズなど）の継続的な監視。低温療法：液体窒素凍結療法中の正確な温度制御。航空宇宙および防衛超音速航空機：地表空力加熱監視（2000 C以上に耐性がある材料が必要）。衛星熱制御：空間の極端な温度環境における信頼性の改善。エンジンの健康管理：タービンブレード温度分布監視。スマートホームおよびコンシューマーエレクトロニクススマートホームアプライアンス：オーブン、コーヒーマシン、その他の家電製品の正確な温度制御。 AR/VRデバイス：プロセッサの過熱がユーザーエクスペリエンスに影響を与えるのを防ぎます。環境と農業のスマート農業：温室と土壌温度監視。地熱探査：エネルギーの発達を支援するための深い井戸温度測定。

要約します

熱電対の将来は、3つの重要な領域に焦点を当てます：High {-パフォーマンス素材、インテリジェンス、およびCross -ドメイン統合。彼らは、新しいエネルギー、ヘルスケア、航空宇宙などの高-エンドセクターに浸透し続け、コストが減少するにつれて消費者市場に参入します。それらの中核的な利点-単純な構造、電源要件なし、耐熱性-は、それらの無滅可能性を確保しますが、それらはまた、新たなセンサー技術と連携して発展する必要があります。