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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×(Thot−Tcold)E = S × (T_hot − T_cold)

参考: NIST Monograph 175

S— ゼーベック係数 (K: 41 μV/°C) (μV/°C)
T— 温度 (°C)

仕組み

この計算機は、-270～+2300℃の温度を測定するプロセスエンジニア、計装技術者、制御システム設計者にとって不可欠なゼーベック効果を使用して温度から熱電対起電力を計算します。熱電対は、高温（測定）接合部と低温（基準）接合部の温度差に比例した電圧を生成します。E = S*（T_Hot-T_Cold）。ここで、SはUV/c単位のゼーベック係数です。. NIST ITS-90 熱電対表 (モノグラフ 175) は標準係数を定義しています。タイプ K (クロメル・アルメル) = 41 uV/c、タイプ J (鉄-コンスタンタン) =51 uV/c、タイプ T (銅-コンスタンタン) = 43 uV/c、タイプ E (クロメル-コンスタンタン) = 68 uV/c (最高感度)。基準接点は0℃ではなく機器温度であるため、冷接点補正（CJC）は必須です。線形ゼーベック近似では、100℃スパンにわたって+/ -2-3% の精度が得られます。高精度アプリケーションの場合、NIST多項式表はIEC 60584-1:2013に従って+/-0.02Cの精度を達成します。

計算例

問題:タイプ K の熱電対は 850 C で炉を測定します。機器の端子ブロックは 28 C です。測定した EMF、CJC 補正、および 0 C を基準とした実際の電圧を計算してください。

解決策: 1。タイプ K ゼーベック係数:S = 41 uV/c (NIST 平均 0-1000 °C) 2.温度差:dT = T_Hot-T_Cold = 850-28 = 822 C 3.測定されたEMF: e_MEAS = 14 * 822 = 33,702 uV = 33.70 mV 4.コールドジャンクション補正:e_CJC = 41 * 28 = 1,148 uV = 1.15 mV 5.真のEMF (参照 0 C): e_True = e_MEAS + e_CJC = 33.70 + 1.15 = 34.85 mV 6.検証:850 C = 35.313 mV での NIST タイプ K テーブル (線形近似誤差 = 1.3%)

結果:測定された起電力は33.70mVです。CJC補正後の真の起電力は、摂氏0度の氷点を基準にして34.85mVです。摂氏+/-0.5 度の精度を得るには、NIST 多項式テーブルを使用してください。

実践的なヒント

  • ✓ASTM E230の要件に従い、コネクタにゼーベック接合が追加されないように、熱電対と同じ合金延長ワイヤ（タイプKセンサー付きのタイプKエクステンション）を使用してください
  • ✓温度が1000℃を超えると、タイプKの精度はクロムの酸化により低下します。タイプRまたはS（プラチナ-ロジウム）に切り替えると、IEC 60584-2に従って1600℃まで+/-0.25％の精度が得られます。
  • ✓専用の熱電対アンプIC (AD8495、MAX31855) にはCJCが内蔵されており、直接デジタル出力が可能なため、単一部品へのシグナルコンディショニングが簡素化されます。

よくある間違い

  • ✗冷接点補正を無視:端子が 0 °C ではなく 30 °C の場合、タイプ K の誤差は 30*41 = 1230 uV = 30 °C の温度誤差になります。最新の機器には自動CJCが搭載されていますが、古いメーターにはない場合があります
  • ✗間違った熱電対タイプのキャリブレーションを使用する:タイプKケーブルとタイプJケーブルは見た目がまったく同じで、IEC 60584-1偏差表によると、KワイヤにJキャリブレーションを適用すると800°Cで最大50°Cの誤差が生じる
  • ✗電力ケーブルの近くに熱電対延長ワイヤーを配線：ミリボルト信号は誘導的に結合するため、IEEE 518では最低50 mmの間隔を空けるか、ツイストシールド付き熱電対延長ワイヤーを使用する必要があります

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 (機器端子) が 0 ℃ でない場合、測定値にはオフセットが含まれます。CJC は別のセンサー (サーミスタまたは RTD) で端子温度を測定し、それに相当する電圧補正を加えます。CJC を使用しない場合、端子温度が 25 °C になると 25 °C の測定誤差が発生します。最新の送信機には自動CJCが搭載されています。CJCが有効になっていて、ISA-MC96.1の要件に従って校正されていることを確認してください。
タイプK（クロメル-アルメル）は業界標準で、IEC 60584-1クラス2に準拠し、-200〜+1372℃の感度を41 uV/cの感度、+/-2.2℃または+/ -0.75% の精度（どちらか大きい方）でカバーします。これは産業用熱電対設備の 80% を占めています。Tタイプは、湿度の高い環境での精度（+/-1 C）と耐酸化性が高いため、低温（-200～+350 C）に適しています。タイプ J はより高い感度 (51 uV/c) を提供しますが、最大温度は +760 °C に制限されています。
線形近似は、キャリブレーションポイント付近の100℃スパンで+/ -2-3% であり、ほとんどの産業用モニタリングに適しています。NIST Monograph 175では、+/-0.02℃の精度を実現する多項式係数が用意されているので、高精度な測定や広い温度範囲に対応できます。この多項式には、熱電対のタイプと温度範囲に応じて 9 ～ 14 個の項があります。マイクロコントローラの実装では通常、最小の計算量で +/-0.1 C の精度が得られる線形補間のルックアップテーブルを使用します。

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