熱電対とは？温度計測の原理について解説

熱電対という言葉をご存知でしょうか？専門用語であるため、あまりに耳馴染みがないという方も多いかもしれません。 ここでは、熱電対とは何かということと、熱電対を使った温度計測に焦点を当て解説をしていきます。

熱電対とは？

熱電対とは、２本の異なる金属線の両端を接続し、作った回路のことをいいます。もしくは、これらの２本の金属線のことを熱電対とよぶことがあります。

２本の金属線の接続点に対して、温度差を与えると起電力とよばれる電圧が発生します。この起電力が生まれる原理について、応用したものが熱電対となります。
また、回路に電流が流れる現象のことを、ゼーベック効果とよばれており、この原理を利用することで温度の計測ができるようになります。

熱電対の原理について一旦整理しましょう。
熱電対には、３つの法則が明らかになっています。

まず一つ目に、均質回路の法則とよばれるものです。金属線が均質という条件なら、加熱を局部的に行った場合では電流が流れません。熱電対の両端が均質という条件ならば、温度分布において熱気電力に影響はありません。

二つ目として、中間金属の法則というものがあります。どういった原理かというと、回路のなかに異なる金属が入った場合においても、両端の温度が等しい場合は影響がないということです。これはつまり、熱電帯温度センサーにおいて異なる金属が使われる端子台とコネクタが利用できることを意味しています。

三つ目は、中間温度の法則です。回路の中の中間温度が既にわかっている場合、基準接点・中間温度・温接点それぞれの温度差をもとに知り得た起電力の合計と、全体の起電力の大きさは等しいというものになります。熱電対で温度計測をする際に必要となる冷接点補償回路はここから由来しています。

熱電対を使った温度計測とは？

熱電対を使った温度計測について、整理しておきましょう。

熱電対という言葉自体あまり耳馴染みがない方も多いと思いますが、温度センサーと聞くとなんとなく意味が理解できるという方も多いのではないでしょうか。

熱電対は温度センサーの一種であるということを認識しておきましょう。特に工業製品などでしばしば利用されています。

ただ、測定できる温度はどんな金属を使うのか組み合わせによってちがいます。
計測できる温度は金属の種類にもよりますが、低温ではマイナス数百度といった温度から、高温では数千度まで測定することが可能です。

ここまで幅広い温度に対応しているのは、研究機関ではさまざまな実験や研究が行われ、
極端に低い温度や、極端に高い温度を測れるというのは、研究や実験においては適しています。

しかし、研究や実験の内容によっては、熱電対よりもさらに高い精度が求められる温度測定が必要なケースがあります。そのような場合は、熱電対を活用しない温度センサーが使われることもあります。

熱電対の原理を使わない温度センサーを一つ紹介すると、白金測温抵抗体を利用した温度センサーがあります。
この温度センサーは、熱電対よりも精度は優れているものの、熱電対の原理を使った温度センサーよりも効果であるため、そこまで高い精度が必要ではない場合においては、コストパフォーマンスの面ではあまりよくありません。

熱電対の温度センサーは、白金測温抵抗体を利用した温度センサーよりも精度は落ちますが、一般的な研究や実験に使う分には十分活用できるため、研究機関などでは熱電対の温度センサーが最も選ばれています。

まとめ

ここまで、熱電対に焦点を当て解説をしてきました。熱電対という言葉自体はあまり聞きなれないかもしれませんが、温度センサーという言葉を聞くと、ピンとくる人も多いかもしれません。

熱電対を利用して、温度を計測する方法は、研究や実験を行う研究機関においては最もメジャーで、精度も比較的高いため最も選ばれているのです。