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温度計測

温度計測 (THE T&M LINK(Vol.11)2003年7月10日掲載)


IA事業本部 ネットワークソリューション事業部 第3技術部 岡野 芳洋

はじめに

温度計測は、様々な生産プロセスや気象、環境、実験室等で、もっとも多く行われている計測分野のひとつです。温度による熱起電力または電気抵抗の変化を利用して温度を電気的に測定します。
測定方法は、測定対象に検出部を接触させ、両者が熱的平衡に達した時の検出部の電気的特性によって温度を測定します。温度センサの種類も多種にわたりますが、熱電対センサと測温抵抗体センサが最も身近なものといえます。

温度計測の基礎知識

■ 熱電対センサと基準接点補償(RJC)
熱電対は、最も頻繁に利用されているセンサで、その素材も、用途により多種に渡ります。熱電対は、2本の異種金属の一方の端を溶接し、他端の2端子から、熱起電力を測定するものです。熱電対の出力電圧は、両端の温度の影響を受けるので、熱電対を接続する測定器の端子部(基準接点)の温度を測定し、測定結果を基に演算補正することにより、測定対象の温度を特定できます。このような操作を基準接点補償(RJC:Reference Junction Compensation)と呼びます。RJCは、測定器自身が、測定端子部の温度を自動測定する内部基準接点補償(Internal RJC)と、測定器とセンサの間に温度定点を設置し、熱電対の測定端子部側の温度を固定する外部基準接点補償(External RJC)の
2種類があります。
下に、それぞれの模式図を示します。なお、0℃基準接点器としては、電子制御されたものが便利です。基準接点とする温度は、窒素その他のガスの定点を用いる場合もあります。


●内部基準接点補償(Internal RJC)
内部基準接点補償

●外部基準接点補償(External RJC)
外部基準接点補償



■ 測温抵抗体センサによる測定
測温抵抗体は、抵抗値の温度変化特性を利用するもので、センサ素材としては白金が多く使われ、特にPt100は、世界中で標準的に使用されています。白金以外ではニッケルや銅、サーミスタが比較的使われています。
測温抵抗体の結線方式には、工業計測の分野でよく使われる3線式と、研究室などで精密測定に使われる4線式があります。3線式は、1本のリード線抵抗を代表的に測定して、真のセンサの抵抗を演算します。従って3本のリード線の長さおよび電気抵抗値が等しくなるように並べる必要があります。
また、4線式の測温抵抗体センサを3線式の機器に接続する場合は、1本を不使用リード線とすることになります。この場合も、3線の長さ(抵抗値)を等しくする必要があります。


●測温抵抗体の結線方式

測温抵抗体の結線方式