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熱電対電圧と温度

K型、J型、T型、E型熱電対の測温接点温度と冷接点補償から熱電対EMF電圧を計算します。

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公式

E = S × (T_hot − T_cold)

参考: NIST Monograph 175

S — Seebeck coefficient (K: 41 μV/°C) (μV/°C)
T — Temperature (°C)

仕組み

熱電対は、ゼーベック効果により、高温接合部と冷接点（基準）接合部の温度差に比例した熱電EMF（起電力）を生成します。出力電圧は E = S × (T_Hot − T_Cold) で、ここで S はゼーベック係数 (μV/°C) です。各熱電対タイプには固有のゼーベック係数があります。タイプ K (クロメル—アルメル) ≈41 μV/°C、タイプ J (鉄—コンスタンタン) ≈51 μV/°C、タイプ T (銅—コンスタンタン) ≈43 μV/°C、タイプE (クロメル・コンスタンタン)：約 68 μV/°C、実際には冷接点は0°Cではなく、測定器の端子温度です。冷接点補正（CJC）は、冷接点電圧補正を加算または減算して正しい測定値を生成します。NIST多項式表では、熱電対の全範囲にわたってより正確な (非線形) 変換が可能です。ここで用いる線形ゼーベック近似は、中程度の温度範囲で±1～ 3% の精度です。

計算例

問題：K型熱電対の熱接点は350°C、冷接点は23°Cですが、測定電圧と必要な冷接点補正はどのくらいですか？
解決策:
1。タイプ K ゼーベック係数 S = 41 μV/°C
2.ΔT = T_Hot − T_Cold = 350 − 23 = 327 °C
3.測定された起電力: E = 41 × 327 = 13,407 μV ≈13.4 mV
4.コールドジャンクション補正: e_CJC = 41 × 23 = 943 μV ≈0.94 mV
5.真のホットジャンクション電圧 (基準値 0 °C): 13.4 + 0.94 = 14.35 mV
結果: 熱電対の出力は 13.4 mV で、CJC 補正によって 0 °C の基準値に 0.94 mV が加算されます。

実践的なヒント

  • ✓接続部にゼーベック接合が追加されないように、熱電対と同じタイプの延長ワイヤ（タイプK延長とタイプK熱電対）を使用してください。
  • ✓冷接点補償を内蔵したINA118またはAD8495計装アンプは、熱電対信号のコンディショニングを大幅に簡素化します。
  • ✓1000 °Cを超える温度では、タイプKの精度はアルミニウムの優先酸化により低下します。タイプRまたはS（プラチナベース）は、高温での精度が向上します。

よくある間違い

  • ✗冷接点補償は無視してください。ターミナルストリップが0°Cではなく30°Cの場合、タイプK測定の誤差は30×41 = 1230μVで、30°Cの温度誤差に相当します。
  • ✗ルックアップテーブルで間違ったタイプの熱電対を使用すると、タイプKとタイプJのケーブルは似ているように見えますが、KワイヤのJキャリブレーションを使用すると、高温で最大50°Cの誤差が生じます。
  • ✗熱電対延長線を高電流導体の近くに配線する — ミリボルト信号は誘導結合によって容易に破壊されるため、必ずツイストシールド熱電対延長線を使用してください。

よくある質問

熱電対は、絶対温度ではなく、高温接合部と低温接合部の温度差を測定します。冷接点 (計装端子) が基準温度 (通常は0°C) でない場合、測定値にはオフセット誤差が含まれます。CJC は端子温度を測定し、それに対応する電圧寄与分を減算して実際の熱接点温度に戻します。
タイプKは最も広く使用されている熱電対で、-200°C～+1372°Cをカバーし、優れた感度（41μV/°C）とリーズナブルなコストを備えています。T 型は、湿度の高い環境での精度と耐酸化性に優れているため、低温 (-200 °C ～ +350 °C) に適しています。
線形近似は、基準点付近の±100 °Cの範囲で±2～ 3% の精度です。高精度の測定や広い温度範囲には、±0.02 °Cまでの非直線性をモデル化したNIST多項式表 (NIST Monograph 175) を使用してください。

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