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正しく温度センサを選択する

温度は産業界で最も測定されている物理量であり、多くの過程に不可欠なパラメータです。 温度センサは、温度情報を測定機器、ディスプレイ、または自動化で使用できる電気信号に変換します。 温度センサの技術の中には、非常に異なる2つのタイプがあります:

  • センサと測定したい温度の間の接触点にある、ほとんどの温度センサを構成する接触式センサ。
  • 赤外線技術を利用した、遠隔操作で表面の温度を測定する非接触式センサ。

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  • どのように温度センサを選ぶか?

    目的に合った温度センサを選択する上で、以下の点に注意しましょう: 接触式か非接触式のどちらを選ぶべきか?

    接触式センサにはいくつかの種類があり、表面温度の測定に適したセンサタイプや物体内の温度を測定できるプローブタイプがあります。 センサと測定したい物の接触の質は一番重要な点です。

    非接触式センサは、表面温度のみ測定できます。 接触を必要としなくても、センサと影響の出る測定物の環境の性質に注意しなければなりません。

    接触式センサの場合、どの技術を使用すべきか? いくつかのタイプの技術があります:  熱電対や抵抗に基づくセンサなど。どの技術が一番良いとは言えず、各技術にはメリットとデメリットがあります:

    基準 熱電対 測温抵抗体(RTD) サーミスタ
    精密度 * *** *
    直線性 ** *** *
    感度 * ** ***
    コスト *** * **

     

    熱電対の反応時間は測温抵抗体よりも早いとし、温度の差を測定する場合、センサの反応時間も大切な選択基準です。 測定する温度域はもちろんのこと、測定技術も大切です。 熱電対と測温抵抗体は、高感度素子を構成する素材により分けられ、測定領域がそれぞれ違います。

  • どうして熱電対温度センサを選ぶか?

    熱電対温度センサは、ゼーベック効果に基づいており、測温接点という片側の先端に溶接された2種類の異なる金属導体で構成されています。 基準接点と呼ばれる2つの先端部を電圧計に接続することで、基準接点の温度と測温接点の温度が異なる時に電圧を測定します。

    異なる金属の組み合わせに応じた様々な熱電対があり、測定する温度により多くの種類が用意されています:

    タイプ 構成 温度領域
    T 銅/コンスタンタン -250°C〜400°C
    J 鉄/コンスタンタン -180°C〜750°C
    E クロメル/コンスタンタン -40°C〜900°C
    K クロメル/アルメル -180°C〜1200°C
    S プラチナ-ロジウム(10%)/プラチナ 0°C〜1700°C
    R プラチナ-ロジウム(13%)/プラチナ 0°C〜1700°C
    B プラチナ-ロジウム(30%)/プラチナ-ロジウム(6%) 0°C〜1800°C
    N ニクロシル/ニシチル -270°C〜1280°C
    G タングステン/タングステン – レニウム(26%) 0°C〜2600°C
    C タングステン – レニウム(5%)/タングステン – レニウム(26%) 20°C〜2300°C
    D タングステン – レニウム(3%)/タングステン – レニウム(25%) 0°C〜2600°C

     

    熱電対の種類は、測定する温度範囲や環境により変わります:

    • E : 酸化性また不活性雰囲気におすすめです。
    • J : 真空、還元また不活性雰囲気に適しています。
    • K : 酸化または中性雰囲気にお勧めです。
    • N : Kタイプの構成材料の寿命に問題がある場合に使用できます。
    • T : 酸化、還元、不活性雰囲気、真空下で使用できます。 湿気の多い環境でも腐食されません。
    • R & S : 高温に適しています。 非金属の保護チューブとセラミック製の絶縁体で保護されていなければなりません。 Rタイプは産業目的で使用され、Sタイプは研究所で使用されています。
    • B : R&Sと同様ですが、より高い温度を測定することができます。

    メリット :

    • 高温での機械的強度と安定性
    • 直径と寸法が幅広い
    • 測温接点での測定
    • 非常に短い反応時間
    • 低コスト

    デメリット:

    • 他の技術よりも精度が低い
    • 導線の値段が高く冷接点補償が必要
    • 弱い電気信号

    重要なポイント:

    • 広い温度領域
    • 反応時間早い
    • Kタイプ熱電対
    • Tタイプ熱電対
  • どうして測温抵抗体温度センサを選ぶか?

    測温抵抗体温度センサはRTDとも呼ばれる接触式のセンサです。 温度による金属(白金、銅、ニッケルまたはタングステン)の抵抗の変化を利用します。 このタイプのセンサは広い測定範囲を持つ金属を使用します:

    • プラチナ:-200°C〜600°C
    • 銅:-190°C〜150°C
    • ニッケル:-60°C〜180°C
    • タングステン:-100°C〜1400°C

    測温抵抗体温度センサに最もよく使われる金属は、広い測定範囲を持ったプラチナです。 これを白金抵抗温度センサといいます。 最も有名なのはPt100(0°Cで100Ωの抵抗値)とPt1000(0°Cで1000Ωの抵抗値)です。 Pt1000はPt100よりも長い導線でより精密です。 熱電対と比較して、測温抵抗体温度センサはより良い精度と線形応答を提供します。 より安定性のある測定ができ、温度範囲が広いです。 一方、応答速度は遅く感度はあまり良くありません。

    重要なポイント:

    • 精密さ
    • 早い応答速度
    • 低感度
    • 広い測定範囲
    • Pt100
    • Pt1000
  • どうしてサーミスタ温度センサを選ぶか?

    サーミスタは、抵抗センサの別の形態であり、温度による金属酸化物の抵抗の変化を利用します。 サーミスタ温度センサには2つのタイプがあります : 温度が上がると抵抗値が下がるNTC(負の温度特性)サ-ミスタと温度が上昇すると抵抗値が増加するPTC(正の温度特性)サ-ミスタがあります。 サーミスタは応答時間が早く安価ですが、非常に壊れやすく他のセンサ技術に比べて測定範囲がはるかに限られています。

    重要なポイント:

    • 高感度
    • 高精度
    • 低コスト
    • 制限された温度範囲
    • CTN
    • PTC
  • どうして非接触式温度センサを選ぶか?

    非接触式温度センサは、表面の温度を知るために、赤外線範囲内の表面の放射を測定します。 主な利点は、測定物の表面と接触することなく遠隔操作ができることです。 応答時間が非常に早く、接触センサとは異なり熱平衡化する必要はありません。

    従って、例えば製造ライン上の移動物体、オーブン内に位置するアクセスが困難な物体などの測定を行うことができます。ただし、測定する物体の表面温度だけを測定することができ、測定物の表面の状態(ほこり、錆など)、センサレンズの清浄度(ほこり)、またセンサと測定物(塵、水分、煙道ガスなど)の間の光路上の雰囲気から影響を受ける可能性があります。

    重要なポイント:

    • 非接触
    • 遠隔操作
    • 表面測定
    • 高速応答速度
    • 動く物体
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