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温度センサーハンドブック

ハンドブック

今さら聞けない基本的な事から専門的な事まで。温度センサーのノウハウを1冊に凝縮しています。

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ドキュメント名 温度センサーハンドブック
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このカタログの内容

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スライド番号 1

知っておいて損はない!! 温度計測の基本ノウハウと専門知識 温度計測 H A N D B O O K ●測温抵抗体 構造・原理・誤差原因 ●接続様式 規格・抵抗値 ねじ規格・フランジ規格 ●熱電対 ●計測 構造・原理・誤差原因・使用温度 配管挿入/表面温度の注意点 ●保護管 サニタリ―仕様 種類・構造・耐薬品性・強度計算 ●参考資料 100種類以上のカタログ製品をベースとして、カスタム対応にも柔軟に対応します。 製品仕様や事例など、詳しくはホームページをご参照ください。 http://www.watanabe-electric.co.jp
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1 測温抵抗体 1-1 測温抵抗体の原理及び種類 P1 1-2 シース測温抵抗体の構造と特徴 P2 1-3 測温抵抗体の誤差原因 P3 1-4 測温抵抗体JIS規格の変遷 P4 1-5 Pt100Ωの抵抗値表 P5 1-6 その他測温抵抗体の抵抗値表 P7 2 熱電対 2-1 熱電対の原理及び特徴 P9 2-2 熱電対の種類及び使用温度 P10 2-3 熱電対の許容差 P11 2-4 シース熱電対の構造と特徴 P12 2-5 シース熱電対の使用温度 P13 2-6 熱電対の誤差原因 P14 2-7 熱電対の許容差 P15 2-8 規準熱起電力表 P16 3 保護管 3-1 保護管の種類と構造 P19 3-2 保護管材料の種類と特徴 P20 3-3 保護管の耐薬品性 P21 3-4 保護管の最大許容圧力の計算 P22 3-5 保護管の強度計算 P23 4 接続様式 4-1 ねじの規格と寸法 P25 4-2 フランジの規格と寸法 P28 5 計測 5-1 配管等挿入時の注意点 P30 5-2 表面温度計測時の注意点 P31 5-3 時定数 P32 5-4 防爆電気機器の概要 P33 5-5 サニタリー仕様 P35 6 参考資料 6-1 ステンレス鋼の種類 P36 6-2 ステンレス鋼の腐食 P38 6-3 物理単位 P39 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 2 17/02/23 15:39
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1-1 測温抵抗体の原理及び種類 測温抵抗体は金属の電気抵抗が温度の上昇と共に増加する特性を利用した温度 センサで抵抗素線として白金、ニッケル、銅等が用いられます。 ①素線の種類 ◇ニッケルは常温付近で白金の約1.7倍の温度係数を持っていることや安価なことが、素線材料として優れて いますが、340℃に変態点があるため高温測定に向かないことや酸化して特性が劣化すること及び温度特性 の基準が各国によって異なるなどの理由から現在ではあまり使われていません。 ◇銅は純度の高い物が得られ、温度特性のばらつきも小さく安価である特徴がありますが、抵抗変化率が小さ い為、素線を長く巻く必要があることや高温で酸化しやすく120℃が使用上限であることなどから、JISから も除外されています。 ◇白金は王水やハロゲン元素(塩素、臭素、沃素等)に侵される以外は一般的な酸、アルカリには侵されず 化学的に安定した金属です。純度が99.999%以上の白金線が使用され、温度による電気抵抗変化率が高く安 定性と精度が高いことなどから工業計測用に広く使用されています。 ②白金測温抵抗体の種類 JISC 1604 - 2013 では抵抗値の違いにより3種類の白金測温抵抗体が規定されています。 記号 0℃における公称抵抗値(Ω) 抵抗比(R100/R0) 備考 Pt100 100 1.3851 Pt500 500 1.3851 Pt1000 1000 1.3851 JPt100 100 1.3916 (参考)1997より廃止 (注)R0:0℃における抵抗素子の抵抗値  R100:100℃における抵抗素子の抵抗値 ③測温抵抗体の導線方式 測温抵抗体を受信計器に接続する際の結線方式には2導線式、3導線式、4導線式があります。それぞれの方式 により対応する受信計器側の測定回路が異なります。 ◇2導線式は測温抵抗体と受信計器の距離が比較的近い場合に用いられます。配線費用が安価で済みますが、 導線抵抗がそのまま抵抗値に加算される為、抵抗値の低い測温抵抗体には不向きで、比較的高抵抗(1000 Ω、3000Ω等)の場合に用いられます。 ◇3導線式は工業計測用として最も一般的に用いられる方式です。導線の抵抗が測定回路のブリッジの両側で 相殺される為、導線抵抗の影響をほとんど受けません。但し、3本の導線の材質、線径、長さを同じにして 導体抵抗が等しくなるようにしなければなりません。 ◇4導線式は精密測定時に用いられる方式です。電流供給導線と電圧検出導線が独立している為、導体抵抗の 影響を受けることなく測定できます。 受信計器 受信計器 測温抵抗体 R1 R2 測温抵抗体 R1 R2 測温抵抗体 受信計器 A R0 A A R0 A G A R0 A G R3 R3 R A t R 0 A R t R 0 R R t B R0s B B R0 B G B B R s R s B R0 B B R B 定電流回路 0 2導線式 測定回路 3導線式 測定回路 4導線式 測定回路 (注)Rt:抵抗素子の抵抗 R0:導線抵抗  R1~R3:ブリッジ構成抵抗 Rs:調整抵抗  ④ 白金測温抵抗体の許容差 JISC 1604 - 2013 ではクラスAA、A、B、Cの4種類の許容差が規定されています。 クラス 許容差が適用される温度範囲(℃) 巻線抵抗素子 薄膜抵抗素子 許容差(℃) (注)| t |:温度の絶対値 AA -50~250 0~150 ±(0.1+0.0017|t|) A -100~450 -30~300 ±(0.15+0.002|t|) B -196~600 -50~500 ±(0.3+0.005|t|) C -196~600 -50~600 ±(0.6+0.01|t|) (注)クラスAA及びAは2導線式には適用しない 1 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 3 17/02/23 15:39
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1-2 シース測温抵抗体の構造と特徴 シースとは金属のチューブの中に導線を入れ、酸化マグネシウムを固く充填し 絶縁したものです。 ①シース測温抵抗体の構造 ◇シースとは一般的に無機絶縁ケーブルと呼ばれ、シース内に導線を入れ絶縁物(酸化マグネシウム)を固く 充填したものです。 ◇シース外径はφ3.2~φ8と比較的細い形状であり、シース材質はオーステナイト系ステンレス鋼(主に SUS316)が用いられます。 ◇シースの先端から抵抗素子を挿入し、素子引出し線とシースの導線を結線後、シース先端を封止したものを シース測温抵抗体と呼びます。 シース シース 抵抗素子 絶縁物 酸化マグネシウム 導線 絶縁物 導線 酸化マグネシウム シース断面図 シース測温抵抗体の構造 ② シース測温抵抗体の寸法 一般的にシースの外径及びシースの肉厚は右表の シースの外径(mm) シースの肉厚(mm) 通りに規定しています。また、シースの肉厚はシ φ3.0±0.05 0.30以上 ース外径の1/10以上と規定されています。 φ3.2±0.05 0.32以上 (注)弊社標準はφ3.2、φ4.8、φ6.4、φ8.0とな φ4.5±0.05 0.45以上 ります。 φ4.8±0.05 0.48以上 φ6.0±0.05 0.60以上 φ6.4±0.05 0.64以上 φ8.0±0.05 0.80以上 ③ シース測温抵抗体の特徴 ◇柔軟性に優れている為、曲げ加工が可能です。 ◇長尺のものが製造可能です。(注)最長長さはシース外径により異なります。 ◇外径が細いので、狭い場所への設置や、早い応答速度を求められる際に有利です。 ◇絶縁材が固く充填されている為、比較的振動に強いのが特徴です。 ◇使用温度が-196~500℃で、幅広い温度計測に対応できます。 ④使用上の注意 ◇シース先端には抵抗素子が入っていますので、先端から100mm以内では曲げないで下さい。 ◇最小曲げ半径はシース外径の5倍以上として下さい。 ◇同じ箇所で何回も曲げ延しをすると、断線やシースに亀裂が入る場合がありますのでご注意下さい。 5R 100 曲げ不可能範囲 2 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 4 17/02/23 15:39
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1-3 測温抵抗体の誤差原因 測温抵抗体の誤差原因は自己加熱や絶縁抵抗の低下等、様々な要因が考えられ ますが、適切な構造、適切な使用方法で軽減できます。 ①自己加熱による誤差 測温抵抗体は抵抗素子に電流を流して温度を測定するため、その電流が微弱でも抵抗素子自体が発熱をし、実 際の測定対象よりも若干高い温度を示します。これを自己加熱と言います。JIS C 1604 - 2013 では規定電 流を0.5mA、1mA、2mAのいずれかと規定しており、製品はいずれかの規定電流に合わせて精度保証をしてい ます。一般的には測温抵抗体、受信計器で規定された規定電流以下で使用する事が必要です。例として、弊社 製品に多く使用している抵抗素子の自己加熱による誤差を下記に示します。 抵抗素子の自己加熱による温度誤差は次式により計算できます。 ΔT=I2×R×S×10 3 ΔT:自己加熱による温度誤差(℃) I:通電電流(A) R:抵抗値(Ω) S:自己加熱係数(K/mW) ※弊社製品に多く使用しているセラミック巻線型抵抗素子の自己加熱係数は 0.08K/mW(風速1m/sにおいて)です。 1mA用として製作された素子を他の規定電流で使用した場合の自己加熱による温度誤差は 表の通りになります。(注)表の値は1mAの時の温度誤差(調整済み)分を差し引いた値 通電電流(mA) 5mA 3mA 2mA 温度誤差(℃) 0.192℃ 0.064℃ 0.024℃ 抵抗値誤差(Ω) 0.075Ω 0.025Ω 0.009Ω ② 絶縁抵抗の低下による誤差 測温抵抗体は設置雰囲気の影響(多湿環境等)や絶縁材の経時劣化、製造時の水分の侵入等により、使用中に 絶縁抵抗が低下することがあります。低下の度合いにより温度測定に誤差を生じる場合や、温度計測が不可能 になる場合もあります。例えば計測温度が100℃の場合、絶縁抵抗が10MΩであればその温度誤差は0.005℃程 度であり、温度計測上問題が無い範囲ですが、絶縁抵抗が1MΩまで低下するとその温度誤差は0.05℃まで上 がり、測温抵抗体の精度に大きく影響してきます。絶縁抵抗の低下を最小限に抑えるためには、保護管内と外 気とを十分に遮断できる構造にすることが必要です。 ③経年劣化による誤差 測温抵抗体を使用していると下記の要因等により経年劣化が起き、温度測定に誤差が生じる可能性があります。 (1)通電電流による自己加熱の影響 (2)測定対象の温度変化による熱衝撃の影響 (3)振動、衝撃の繰り返しによる影響 (4)異常電圧、電流(落雷、高圧放電等)による影響 (1)の場合は自己発熱により抵抗素子内部の白金線表面の酸化が起こり、白金線が細って抵抗値が大きくなる 傾向があります。(2)、(3)による場合は白金線が塑性変形を起こし、抵抗値が変化します。更に(3)の場 合は白金線を固定している接着剤が剥げ落ちて、コイル状に巻かれている白金線が互いに接触することにより 抵抗値が小さくなる傾向があります。(4)の場合は(1)と同じような現象が急激に起きますが、ほとんどの 場合、瞬間的に断線に至ります。このような経年劣化による誤差が生じた場合は、一般的には製品寿命である と考えられますので、交換することが望ましいです。 3 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 5 17/02/23 15:39
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1-4 測温抵抗体JIS規格の変遷 測温抵抗体 J I S C 1604では、抵抗値、階級等においてI EC規格と整合性を 重視した改正がされています。 ① J I S規格の変遷 測温抵抗体JIS C 1604 では測温抵抗体に関して様々な規定がなされていますが、ここでは1981年から 2013年までの間の改正内容を、Pt100Ωの抵抗値、許容差クラス、許容差、測定電流についてのみ抜粋しま した。 改正年度 1981 1989 1997 2013 0℃で100.00Ω 0℃で100.00Ω 0℃で100.00Ω 0℃で100.00Ω 内容 100℃で139.16Ω 100℃で138.50Ω 100℃で138.51Ω 100℃で138.51Ω 従来規格の100℃で 139.16Ωは将来廃止 抵抗値 IEC規格との整合化の IEC規格との整合化の ためR1 0 0 /R0 =1.3850に ためR /R =1.3851に ポイント 改正。 改正。 但し、R1 0 0 、R0 は100℃、 但し、実用上は従来の 0℃の時の抵抗値。 ものとほとんど差が ない 0.15級 A級 クラスA クラスAA 内容 0.3級 B級 クラスB クラスA 0.5級 クラスB 許容差 クラスC クラス 0.3級を廃止して0.2級 IEC規格との整合化の IEC規格との整合化の クラスAA及びCを ポイント を追加。 ため0.2級をA級に、 ため0.2級をA級に、 追加。 廃止予定の0.5級を正 0.5級をB級に変更。 0.5級をB級に変更。 式規格化。 ・ 0.15級の場合 ・ A級の場合 ・ クラスAの場合 ・ クラスAAの場合 ±(0.15+0.0015 | t | )℃ ±(0.15+0.002 | t | )℃ ±(0.15+0.002 | t | )℃ ±(0.1+0.0017 | t | )℃ ・ 0.2級の場合 ・ B級の場合 ・ クラスBの場合 ・ クラスAの場合 内容 ±(0.15+0.002 | t | )℃ ±(0.3+0.005 | t | )℃ ±(0.3+0.005 | t | )℃ ±(0.15+0.002 | t | )℃ ・ 0.5級の場合 ・ クラスBの場合 許容差 ±(0.3+0.005 | t | )℃ ±(0.3+0.005 | t | )℃ ・ クラスAの場合 ±(0.6+0.01 | t | )℃ 0.2級の許容差を追加。 それぞれのクラスで ポイント 測定温度に一定の係数 ”許容差が適用される を乗じた計算式に変更。 温度範囲”を新たに規 定。 2mA 1mA 0.5mA 0.5mA 内容 5mA 2mA 1mA 1mA (10mA) 5mA 2mA 2mA 測定電流 但し0.15級は2mAのみ。 但し5mAはB級のみ。 ポイント 10mAは将来廃止。 受信機の定電流化に 用語が”規定電流”から 対応し、 0.5mAを追加。 “測定電流”に変更 ② 2013年改正時のポイント ◇2013年の改正は2008年に改正されたIEC60751(旧IEC751)との整合を目的としています。但し、最も重要 な抵抗比に関しては1997年改正時に整合されています。 ◇1997年改正時にJPt100(旧JIS)が廃止され、抵抗比1.3851のPt100及びPt10が規定されました。 2013年改正でPt10が廃止され、新たにPt500、Pt1000が規定されています。 ◇許容差クラスにクラスAAとクラスCが追加されました。又、それぞれの許容差が適用される温度範囲が巻線 抵抗素子の場合と薄膜抵抗素子の場合に分けて規定されています。これにより改正前のクラスAで-200~650 ℃であった「許容差が適用される温度範囲」が今回の改正によりー100~450℃ (巻線抵抗素子の場合) となり、 クラスBでは-200~850℃が-196~600℃に変更され、クラスA、B共に適用温度範囲が狭くなっています。 4 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 6 17/02/23 15:39
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1-5 Pt100Ωの抵抗値表 Pt測温抵抗体 Pt100Ω(R 0=100Ω  R 100 /R 0=1.3851) 5 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 7 17/02/23 15:39
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1-6 その他測温抵抗体の抵抗値表 JPt測温抵抗体 JPt100Ω(R 0=100Ω  R 100 /R 0=1.3916) 7 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 9 17/02/23 15:39
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Ni測温抵抗体 Ni508.4Ω(R 0=508.4Ω  R 100 /R 0=1.5170) 8 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 10 17/02/23 15:39
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2-1 熱電対の原理及び特徴 熱電対は2種類の異種金属の一端を溶接したもので、温度変化と一定の関係にあ る熱起電力の変化によって温度を測定します。 ①熱電対の原理 2種類の金属(A、B)を接触させると電子の移動が起こ A って、接触部に電位差が生じます。 これを図1のように閉回路にすると、2つの接点の温度(T1、 T1 T2 T2)が等しい場合は両方の電位差が相殺して電流が流れま せんが、片方の接点の温度(T1)を上げると不均衡が生じ B て電流が流れ、温度T1とT2による起電力の差が熱起電力と 図1 熱電対回路 なります。 この現象は発見者の名を取ってゼーベック効果と呼ばれて T T/C Cu + います。 電圧計 熱起電力の大きさは2つの金属の種類と両接点の温度によ Cu - って決まり、金属の形状や大きさには無関係です。 従って2つの金属の種類と熱起電力の大きさ及び片側の接 点の温度(T2)が分かっていれば、もう片方の接点の温度 基準接点 0℃ (T1)を知ることができます。 これが熱電対の原理で温度を測る側の接点を測温接点又は T T/C + 温接点、基準にする側の接点を基準接点又は冷接点と言っ 電圧計 ています。 - 基準接点温度(T2)が0℃の時、熱電対の種類別に測温接 図2 熱電対と基準接点 点の温度(T1)に対応した熱起電力の値が規準熱起電力表 として JIS C 1602 で規定されています。 実際に熱電対を温度センサとして使用する際には、図2のように測温接点側を測定場所に、基準接点側を電圧 計に接続する必要があります。但し、その場合基準接点側が一定の温度にならないため、基準接点となる部分 を氷水の中に入れて0℃に保つか、温度補償回路が内蔵された計測機器を使用します。 ②熱電対の特徴 熱電対は温度計測のあらゆる分野で最も多く使用されている温度センサで、多くの優れた特徴があります。 ◇熱起電力として熱電対自体が出力信号を出します。 ◇構造がシンプルなため耐久性に優れ、比較的安価です。 ◇極低温から超高温まで広範囲の温度測定ができます。 ◇細径の製造が出来ますので、小物体、狭小空間の温度測定が可能です。 ◇感温部が小さいため応答性に優れます。 但し、熱電対には下記のような短所もあります。 ◆精度が測定温度の±0.2%程度と高精度な測定は出来ません。 ◆基準接点補償が必要で、熱電対と計測機器の間は補償導線を使う必要があります。 ◆測定雰囲気によっては熱電対の種類に制約があります。 9 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 11 17/02/23 15:39
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2-2 熱電対の種類及び使用温度 熱電対 J I S C 1602 では8種類が規定されています。それぞれ使用温度が異 なり特徴が有りますので雰囲気にあった熱電対を選択する事が重要です。 ①熱電対の種類 熱電対はJIS C 1602 - 2015 でB、R、S、N、K、E、J、T、Cの8種類が規定されています。 構成材料 種類の記号 +脚 +脚 B ロジウム30%を含む白金ロジウム合金 ロジウム6%を含む白金ロジウム合金 R ロジウム13%を含む白金ロジウム合金 白金 S ロジウム10%を含む白金ロジウム合金 白金 N ニッケル、クロム及びシリコンを主とした合金 ニッケル及びシリコンを主とした合金 K ニッケル及びクロムを主とした合金 ニッケルを主とした合金 E ニッケル及びクロムを主とした合金 銅及びニッケルを主とした合金 J 鉄 銅及びニッケルを主とした合金 T 銅 銅及びニッケルを主とした合金 C レニウム5%を含むタングステン・レニウム合金 レニウム26%を含むタングステン・レニウム合金 ② 各熱電対の特徴と使用温度 熱電対はその種類によってそれぞれ特徴があります。また、素線の径によって使用温度が異なります。 (注)C熱電対は空気中で使用することができないため、常用限度及び過熱使用限度を規定しない。 10 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 12 17/02/23 15:39
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2-3 熱電対の許容差 熱電対の許容される誤差範囲を許容差と言い、許容差は熱電対の種類及び使用 温度により異なります。 ①熱電対の許容差 JISC 1602 - 2015 で規定された熱電対には、それぞれに規準熱起電力が規定されています。この熱起電力 に実際の製品の熱起電力をあわせる事は非常に困難なため、ある一定の幅を決めて誤差を許容しています。 これを許容差と言い熱電対の種類及び使用温度により下表の通り規定されています。 1995年の改正ではI ECとの整合化が図られています。 種類 許容差の分類 クラス1 クラス2 クラス3 温度範囲 ー ー 600℃以上800℃未満 許容差 ー ー ±4℃ B 温度範囲 ー 600℃以上1700℃未満 800℃以上1700℃未満 許容差 ー ±0.0025・|t| ±0.005・|t| 旧階級 ー ー 0.5級 温度範囲 0℃以上1100℃未満 0℃以上600℃未満 ー 許容差 ±1℃ ±1.5℃ ー R、S 温度範囲 ー 600℃以上1600℃未満 ー 許容差 ー ±0.0025・|t| ー 旧階級 ー ー ー 温度範囲 -40℃以上375℃未満 -40℃以上333℃未満 -167℃以上40℃未満 許容差 ±1.5℃ ±2.5℃ ±2.5℃ N 温度範囲 375℃以上1000℃未満 333℃以上1200℃未満 -200℃以上-167℃未満 許容差 ±0.004・|t| ±0.0075・|t| ±0.015・|t| 旧階級 ー ー ー 温度範囲 -40℃以上375℃未満 -40℃以上333℃未満 -167℃以上40℃未満 許容差 ±1.5℃ ±2.5℃ ±2.5℃ K 温度範囲 375℃以上1000℃未満 333℃以上1200℃未満 -200℃以上-167℃未満 許容差 ±0.004・|t| ±0.0075・|t| ±0.015・|t| 旧階級 0.4級 0.75級 1.5級 温度範囲 -40℃以上375℃未満 -40℃以上333℃未満 -167℃以上40℃未満 許容差 ±1.5℃ ±2.5℃ ±2.5℃ E 温度範囲 375℃以上800℃未満 333℃以上900℃未満 -200℃以上-167℃未満 許容差 ±0.004・|t| ±0.0075・|t| ±0.015・|t| 旧階級 0.4級 0.75級 1.5級 温度範囲 -40℃以上375℃未満 -40℃以上333℃未満 ー 許容差 ±1.5℃ ±2.5℃ ー J 温度範囲 375℃以上750℃未満 333℃以上900℃未満 ー 許容差 ±0.004・|t| ±0.0075・|t| ー 旧階級 0.4級 0.75級 ー 温度範囲 -40℃以上125℃未満 -40℃以上133℃未満 -67℃以上40℃未満 許容差 ±0.5℃ ±1℃ ±1℃ T 温度範囲 125℃以上350℃未満 133℃以上350℃未満 -200℃以上-67℃未満 許容差 ±0.004・|t| ±0.0075・|t| ±0.015・|t| 旧階級 0.4級 0.75級 1.5級 温度範囲 ー -426℃以上2315℃未満 ー 許容差 ー ±0.01・|t| ー C 温度範囲 ー ー ー 許容差 ー ー ー 旧階級 ー ー ー 11 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 13 17/02/23 15:39
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2-4 シース熱電対の構造と特徴 シースとは金属のチューブの中に導線を入れ、酸化マグネシウムを固く充填し 絶縁したものです。 ①シース熱電対の構造 ◇シースとは一般的に無機絶縁ケーブルと呼ばれ、シース内に導線(熱電対素線)を入れ絶縁物(酸化マグネ シウム)を固く充填したものです。 ◇シース外径はφ0.5~φ8と比較的細い形状であり、シース材質はオーステナイト系ステンレス鋼(主に SUS316)もしくは耐食耐熱超合金(主にNCF600)が用いられます。 ◇シース先端部で内部の熱電対素線を溶接し、シース先端を封止したものをシース熱電対と呼びます。(非接 地型) ◇シース先端を封止する際に、シース外被と素線を一緒に溶接した構造を接地型と言います。 シース シース シース 記号:U 記号:G 絶縁物 酸化マグネシウム 熱電対素線 絶縁物 熱電対素線 絶縁物 熱電対素線 酸化マグネシウム 酸化マグネシウム シース断面図 シース熱電対の構造(非接地型) シース熱電対の構造(接地型) ② シース熱電対の寸法 JISC 1605 - 1995 ではシース外径を右表の通 り規定しています。また、熱電対素線の径はシー ス外径の15%以上、シースの肉厚はシース外径 の10%以上と規定されています。 (注)弊社標準はφ0.5、φ1.0、φ1.6、φ3.2、 φ4.8、φ6.4、φ8.0となります。 t φD φd ③ シース熱電対の特徴 ◇柔軟性に優れている為、曲げ加工が可能です。 ◇長尺のものが製造可能です。(注)最大長さはシース外径により異なります。 ◇外径が細いので、狭い場所への設置や、早い応答速度を求められる際に有利です。 ◇絶縁材が固く充填されている為、比較的振動に強く耐圧強度が高いのが特徴です。 ◇熱電対素線が外気から遮断されているため、シース材質を適切に選択する事により酸化及び腐食性の雰囲気 でも使用が可能です。 12 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 14 17/02/23 15:39
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2-5 シース熱電対の使用温度 シース熱電対は素線種類、シース外径、シース材質によって常用限度が異なり ます。 ①シース熱電対の常用限度 シース熱電対は素線の種類、シース外径、シース材質によって使用できる温度が異なり、JIS C 1605では常 用限度として下表の通り規定されています。常用限度とは、空気中において連続使用できる温度の限度を言い ます。 13 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 15 17/02/23 15:39
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2-6 熱電対の誤差原因 熱電対は種類ごとに特性が有り、使用温度や使用雰囲気によって熱電対種類を 選択する必要があります。 ①還元性雰囲気における選択酸化 ~脱クローム現象~ K熱電対を800~1000℃の間の還元性雰囲気下で使用していると、短時間で数100℃に相当する熱起電力の低 下が起こる場合があり、このような現象をグリーンロットあるいはNi-Cr合金の脱クローム現象もしくは選択 酸化と呼ばれます。 これはK熱電対+側を構成するクロメル線の表面皮膜が還元性雰囲気の影響によって一旦還元され、金属光沢 を有する合金表面が露出し、その後微量のO2と反応しNiCr2O4が生成しこれが急激に内部に成長する為に起こ ります。 特にH2ガスは高温において一部の金属保護管を透過する事が知られており、これを回避する為には水素透過の 少ないシース材を使用する事が望ましいと言われています。 ②白金系熱電対の金属蒸気による影響 白金系熱電対(B、R、S)はその他の熱電対に比べ融点が高く酸化されにくく化学的に非常に安定している為、 一般的に高温用の熱電対として使用されます。 しかし、一般に白金は高温で活性化し、他の金属と容易に反応する性質を持っています。 その為、金属から発生する金属蒸気や金属そのものと接触していると、熱起電力に影響を及ぼし、断線に至る 場合もあります。 通常、白金系熱電対に使用する保護管は非金属(再結晶アルミナ等)のものを使用し、どうしても金属保護管 を使用する場合は、金属保護管と素線の間に非金属保護管を設け、白金素線が直接金属に曝されない様な構造 にする必要があります。 ③シース中間温度による影響 ~シャントエラー~ シース熱電対を炉内等の高温場所を長い距離這わせた時に、測定対象温度よりも高温の場所に途中のシースが 接触していると、測定対象温度よりも高めの値を示す事があり、これをシャントエラーと呼びます。 これは800℃以上の高温になるとシース内部の無機充填物(酸化マグネシウム等)の絶縁抵抗が低下するとい う材料の物理的特性によるもので、その高温に曝された部分の内部では絶縁抵抗の低下により、あたかもその 部分に温接点が出来てしまっている状態となります。 よって測定対象温度よりも高めに指示が出る事になり、途中の温度が下がると正常に戻ります。 シャントエラーを回避する為には、中間シースを高温箇所に曝さないような設置を心掛けるとともに、素線間 の絶縁距離を大きくする為にできるだけ外径の太いシースを選択する事も有効です。 ④ K熱電対の不可避誤差 ~ショートレンジオーダリング~ K熱電対を300~550℃の温度で使用していると、比較的短時間で熱起電力の特性が変化し、誤差が生じる場合 があり、650℃以上に加熱すると元の特性に戻ります。 原因はクロメル合金の金属組織が上記温度で変化を起こし熱起電力が増加する為です。 これはK熱電対特有の欠点でショートレンジオーダリングと呼ばれています。 この現象はあらかじめ使用温度よりもやや高めの温度で熱処理を行うことで、熱起電力の増加はかなり防ぐ事 が出来ます。 ⑤外部からの電気的影響 熱電対は様々な温度計測に用いられるため、発電機やモーター等の近くに設置される事も多く、それらから発 生するノイズが補償導線に乗り、測定誤差を引き起こす場合があります。 ノイズの影響を最小限に抑えるためにシールド付き補償導線を使用する事がありますが、シールドの接地方法 は良く考える必要があります。 一般的には1点接地が推奨され、接地を施さなかったり、2点接地すると、遮蔽効果が減少したり、かえって誘 導電流を拾う可能性もあります。 熱電対 補償導線 熱電対 補償導線 受信 受信 計器 計器 シース シールド シース シールド 接地 接地 接地 シールドの接地例 14 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 16 17/02/23 15:39
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2-7 補償導線 補償導線とは、組み合わせて使用する熱電対とほぼ同一の熱起電力特性を持ち、 熱電対と受信計器の接続に使用されます。 熱電対用補償導線はJIS C 1610で規定されています。最新版は2012年に改正されたもので、これはIEC584-3 との整合が図られていますが、実用上は1981年の規格が使用されています。下記記載の内容は2012年版を基に作 製していますが、参考として1981年版の内容も併記しています。(旧記号欄) ①種類及び記号 ②許容差 ③使用区分と絶縁体の材料 ④識別 (注)区分2の内容は2012年度版で廃止となりました。 15 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 17 17/02/23 15:39
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2-8 規準熱起電力表 Bの規準熱起電力 単位(μV) 温度(℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0 -2 -3 -2 0 2 6 11 17 25 33 100 33 43 53 65 78 92 107 123 141 159 178 200 178 199 220 243 267 291 317 344 372 401 431 300 431 462 494 527 561 596 632 669 707 746 787 400 787 828 870 913 957 1,002 1,048 1,095 1,143 1,192 1,242 500 1,242 1,293 1,344 1,397 1,451 1,505 1,561 1,617 1,675 1,733 1,792 600 1,792 1,852 1,913 1,975 2,037 2,101 2,165 2,230 2,296 2,363 2,431 700 2,431 2,499 2,569 2,639 2,710 2,782 2,854 2,928 3,002 3,078 3,154 800 3,154 3,230 3,308 3,386 3,466 3,546 3,626 3,708 3,790 3,873 3,957 900 3,957 4,041 4,127 4,213 4,299 4,387 4,475 4,564 4,653 4,743 4,834 1,000 4,834 4,926 5,018 5,111 5,205 5,299 5,394 5,489 5,585 5,682 5,780 1,100 5,780 5,878 5,976 6,075 6,175 6,276 6,377 6,478 6,580 6,683 6,786 1,200 6,786 6,890 6,995 7,100 7,205 7,311 7,417 7,524 7,632 7,740 7,848 1,300 7,848 7,957 8,066 8,176 8,286 8,397 8,508 8,620 8,731 8,844 8,956 1,400 8,956 9,069 9,182 9,296 9,410 9,524 9,639 9,753 9,868 9,984 10,099 1,500 10,099 10,215 10,331 10,447 10,563 10,679 10,796 10,913 11,029 11,146 11,263 1,600 11,263 11,380 11,497 11,614 11,731 11,848 11,965 12,082 12,199 12,316 12,433 1,700 12,433 12,549 12,666 12,782 12,898 13,014 13,130 13,246 13,361 13,476 13,591 1,800 13,591 13,706 13,820 Rの規準熱起電力 単位(μV) 温度(℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -100 -226 -188 -145 -100 -51 0 0 0 54 111 171 232 296 363 431 501 573 647 100 647 723 800 879 959 1,041 1,124 1,208 1,294 1,381 1,469 200 1,469 1,558 1,648 1,739 1,831 1,923 2,017 2,112 2,207 2,304 2,401 300 2,401 2,498 2,597 2,696 2,796 2,896 2,997 3,099 3,201 3,304 3,408 400 3,408 3,512 3,616 3,721 3,827 3,933 4,040 4,147 4,255 4,363 4,471 500 4,471 4,580 4,690 4,800 4,910 5,021 5,133 5,245 5,357 5,470 5,583 600 5,583 5,697 5,812 5,926 6,041 6,157 6,273 6,390 6,507 6,625 6,743 700 6,743 6,861 6,980 7,100 7,220 7,340 7,461 7,583 7,705 7,827 7,950 800 7,950 8,073 8,197 8,321 8,446 8,571 8,697 8,823 8,950 9,077 9,205 900 9,205 9,333 9,461 9,590 9,720 9,850 9,980 10,111 10 ,242 10,374 10,506 1,000 10,506 10,638 10,771 10,905 11,039 11,173 11,307 11,442 11,578 11,714 11,850 1,100 11,850 11,986 12,123 12,260 12,397 12,535 12,673 12,812 12,950 13,089 13,228 1,200 13,228 13,367 13,507 13,646 13,786 13,926 14,066 14,207 14,347 14,488 14,629 1,300 14,629 14,770 14,911 15,052 15,193 15,334 15,475 15,616 15,758 15,899 16,040 1,400 16,040 16,181 16,323 16,464 16,605 16,746 16,887 17,028 17,169 17,310 17,451 1,500 17,451 17,591 17,732 17,872 18,012 18,152 18,292 18,431 18,571 18,710 18,849 1,600 18,849 18,988 19,126 19,264 19,402 19,540 19,677 19,814 19,951 20,087 20,222 1,700 20,222 20,356 20,488 20,620 20,749 20,877 21,003 Sの規準熱起電力 単位(μV) 温度(℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -100 -236 -194 -150 -103 -53 0 0 0 55 113 173 235 299 365 433 502 573 646 100 646 720 795 872 950 1,029 1,110 1,191 1,273 1,357 1,441 200 1,441 1,526 1,612 1,698 1,786 1,874 1,962 2,052 2,141 2,232 2,323 300 2,323 2,415 2,507 2,599 2,692 2,786 2,880 2,974 3,069 3,164 3,259 400 3,259 3,355 3,451 3,548 3,645 3,742 3,840 3,938 4,036 4,134 4,233 500 4,233 4,332 4,432 4,532 4,632 4,732 4,833 4,934 5,035 5,137 5,239 600 5,239 5,341 5,443 5,546 5,649 5,753 5,857 5,961 6,065 6,170 6,275 700 6,275 6,381 6,486 6,593 6,699 6,806 6,913 7,020 7,128 7,236 7,345 800 7,345 7,454 7,563 7,673 7,783 7,893 8,003 8,114 8,226 8,337 8,449 900 8,449 8,562 8,674 8,787 8,900 9,014 9,128 9,242 9,357 9,472 9,587 1,000 9,587 9,703 9,819 9,935 10,051 10,168 10,285 10,403 10,520 10,638 10,757 1,100 10,757 10,875 10,994 11,113 11,232 11,351 11,471 11,590 11,710 11,830 11,951 1,200 11,951 12,071 12,191 12,312 12,433 12,554 12,675 12,796 12,917 13,038 13,159 1,300 13,159 13,280 13,402 13,523 13,644 13,766 13,887 14,009 14,130 14,251 14,373 1,400 14,373 14,494 14,615 14,736 14,857 14,978 15,099 15,220 15,341 15,461 15,582 1,500 15,582 15,702 15,822 15,942 16,062 16,182 16,301 16,420 16,539 16,658 16,777 1,600 16,777 16,895 17,013 17,131 17,249 17,366 17,483 17,600 17,717 17,832 17,947 1,700 17,947 18,061 18,174 18,285 18,395 18,503 18,609 16 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 18 17/02/23 15:40
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Nの規準熱起電力 単位(μV) 温度(℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -300 -4,345 -4,336 -4,313 -4,277 -4,226 -4,162 -4,083 -3,990 -200 -3,990 -3,884 -3,766 -3,634 -3,491 -3,336 -3,171 -2,994 -2,808 -2,612 -2,407 -100 -2,407 -2,193 -1,972 -1,744 -1,509 -1,269 -1,023 -772 -518 -260 0 0 0 261 525 793 1,065 1,340 1,619 1,902 2,189 2,480 2,774 100 2,774 3,072 3,374 3,680 3,989 4,302 4,618 4,937 5,259 5,585 5,913 200 5,913 6,245 6,579 6,916 7,255 7,597 7,941 8,288 8,637 8,988 9,341 300 9,341 9,696 10,054 10,413 10,774 11,136 11,501 11,867 12,234 12,603 12,974 400 12,974 13,346 13,179 14,094 14,469 14,846 15,225 15,604 15,984 16,366 16,748 500 16,748 17,131 17,515 17,900 18,286 18,672 19,059 19,447 19,835 20,224 20,613 600 20,613 21,003 21,393 21,784 22,175 22,566 22,958 23,350 23,742 24,134 24,527 700 24,527 24,919 25,312 25,705 26,098 26,491 26,883 27,276 27,669 28,062 28,455 800 28,455 28,847 29,239 29,632 30,024 30,416 30,807 31,199 31,590 31,981 32,371 900 32,371 32,761 33,151 33,541 33,930 34,319 34,707 35,095 35,482 35,869 36,256 1,000 36,256 36,641 37,027 37,411 37,795 38,179 38,562 38,944 39,326 39,706 40,087 1,100 40,087 40,466 40,845 41,223 41,600 41,976 42,352 42,727 43,101 43,474 43,846 1,200 43,846 44,218 44,588 44,958 45,326 45,694 46,060 46,425 46,789 47,152 47,513 Kの規準熱起電力 単位(μV) 温度(℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -300 -6,458 -6,441 -6,404 -6,344 -6,262 -6,158 -6,035 -5,891 -200 -5,891 -5,730 -5,550 -5,354 -5,141 -4,913 -4,669 -4,411 -4,138 -3,852 -3,554 -100 -3,554 -3,243 -2,920 -2,587 -2,243 -1,889 -1,527 -1,156 -778 -392 0 0 0 397 798 1,203 1,612 2,023 2,436 2,851 3,267 3,682 4,096 100 4,096 4,509 4,920 5,328 5,735 6,138 6,540 6,941 7,340 7,739 8,138 200 8,138 8,539 8,940 9,343 9,747 10,153 10,561 10,971 11,382 11,795 12,209 300 12,209 12,624 13,040 13,457 13,874 14,293 14,713 15,133 15,554 15,975 16,397 400 16,397 16,820 17,243 17,667 18,091 18,516 18,941 19,366 19,792 20,218 20,644 500 20,644 21,071 21,497 21,924 22,350 22,776 23,203 23,629 24,055 24,480 24,905 600 24,905 25,330 25,755 26,179 26,602 27,025 27,447 27,869 28,289 28,710 29,129 700 29,129 29,548 29,965 30,382 30,798 31,213 31,628 32,041 32,453 32,865 33,275 800 33,275 33,685 34,093 34,501 34,908 35,313 35,718 36,121 36,524 36,925 37,326 900 37,326 37,725 38,124 38,522 38,918 39,314 39,708 40,101 40,494 40,885 41,276 1,000 41,276 41,665 42,053 42,440 42,826 43,211 43,595 43,978 44,359 44,740 45,119 1,100 45,119 45,497 45,873 46,249 46,623 46,995 47,367 47,737 48,105 48,473 48,838 1,200 48,838 49,202 49,565 49,926 50,286 50,644 51,000 51,355 51,708 52,060 52,410 1,300 52,410 52,759 53,106 53,451 53,795 54,138 54,479 54,819 Eの規準熱起電力 単位(μV) 温度(℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -300 -9,835 -9,797 -9,718 -9,604 -9,455 -9,274 -9,063 -8,825 -200 -8,825 -8,561 -8,273 -7,963 -7,632 -7,279 -6,907 -6,516 -6,107 -5,681 -5,237 -100 -5,237 -4,777 -4,302 -3,811 -3,306 -2,787 -2,255 -1,709 -1,152 -582 0 0 0 591 1,192 1,801 2,420 3,048 3,685 4,330 4,985 5,648 6,319 100 6,319 6,998 7,685 8,379 9,081 9,789 10,503 11,224 11,951 12,684 13,421 200 13,421 14,164 14,912 15,664 16,420 17,181 17,945 18,713 19,484 20,259 21,036 300 21,036 21,817 22,600 23,386 24,174 24,964 25,757 26,552 27,348 28,146 28,946 400 28,946 29,747 30,550 31,354 32,159 32,965 33,772 34,579 35,387 36,196 37,005 500 37,005 37,815 38,624 39,434 40,243 41,053 41,862 42,671 43,479 44,285 45,093 600 45,093 45,900 46,705 47,509 48,313 49,116 49,917 50,718 51,517 52,315 53,112 700 53,112 53,908 54,703 55,497 56,289 57,080 57,870 58,659 59,446 60,232 61,017 800 61,017 61,801 62,583 63,364 64,144 64,922 65,698 66,473 67,246 68,017 68,787 900 68,787 69,554 70,319 71,082 71,844 72,603 73,360 74,115 74,869 75,621 76,373 17 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 19 17/02/23 15:40
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Jの規準熱起電力 単位(μV) 温度 (℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -300 -8,095 -7,890 -200 -7,890 -7,659 -7,403 -7,123 -6,821 -6,500 -6,159 -5,801 -5,426 -5,037 -4,633 -100 -4,633 -4,215 -3,786 -3,344 -2,893 -2,431 -1,961 -1,482 -995 -501 0 0 0 507 1,019 1,537 2,059 2,585 3,116 3,650 4,187 4,726 5,269 100 5,269 5,814 6,360 6,909 7,459 8,010 8,562 9,115 9,669 10,224 10,779 200 10,779 11,334 11,889 12,445 13,000 13,555 14,110 14,665 15,219 15,773 16,327 300 16,327 16,881 17,434 17,986 18,583 19,090 19,642 20,194 20,745 21,297 21,848 400 21,848 22,400 22,952 23,504 24,057 24,610 25,164 25,720 26,276 26,834 27,393 500 27,393 27,953 28,516 29,080 29,647 30,216 30,788 31,362 31,939 32,519 33,102 600 33,102 33,689 34,279 34,873 35,470 36,071 36,675 37,284 37,896 38,512 39,132 700 39,132 39,775 40,382 41,012 41,645 42,281 42,919 43,559 44,203 44,848 45,494 800 45,494 46,141 46,786 47,431 48,074 48,715 49,353 49,989 50,622 51,251 51,877 900 51,877 52,500 53,119 53,735 54,347 54,956 55,561 56,164 56,763 57,360 57,953 1,000 57,953 58,545 59,134 59,721 60,307 60,890 61,473 62,054 62,634 63,214 63,792 1,100 63,792 64,370 64,948 65,525 66,102 66,679 67,255 67,831 68,406 68,980 69,553 Tの規準熱起電力 単位(μV) 温度 (℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -300 -6,258 -6,232 -6,180 -6,105 -6,007 -5,888 -5,753 -5,603 -200 -5,603 -5,439 -5,261 -5,070 -4,865 -4,648 -4,419 -4,177 -3,923 -3,657 -3,379 -100 -3,379 -3,089 -2,788 -2,476 -2,153 -1,819 -1,475 -1,121 -757 -383 0 0 0 391 790 1,196 1,612 2,036 2,468 2,909 3,358 3,814 4,279 100 4,279 4,750 5,228 5,714 6,206 6,704 7,209 7,720 8,237 8,759 9,288 200 9,288 9,822 10,362 10,907 11,458 12,013 12,574 13,139 13,709 14,283 14,862 300 14,862 15,445 16,032 16,624 17,219 17,819 18,422 19,030 19,641 20,255 20,872 Cの規準熱起電力 単位(μV) 温度 (℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0 135 273 413 555 699 846 994 1,145 1,297 1,451 100 1,451 1,608 1,766 1,926 2,087 2,251 2,415 2,582 2,750 2,919 3,090 200 3,090 3,262 3,436 3,610 3,786 3,963 4,141 4,321 4,501 4,682 4,865 300 4,865 5,048 5,232 5,417 5,603 5,789 5,976 6,164 6,353 6,542 6,732 400 6,732 6,922 7,113 7,305 7,497 7,689 7,882 8,075 8,269 8,463 8,657 500 8,657 8,851 9,046 9,241 9,436 9,631 9,827 10,022 10,218 10,413 10,609 600 10,609 10,804 10,999 11,195 11,390 11,585 11,780 11,974 12,169 12,364 12,559 700 12,559 12,753 12,947 13,141 13,335 13,529 13,723 13,916 14,109 14,301 14,494 800 14,494 14,686 14,878 15,069 15,260 15,451 15,641 15,831 16,021 16,021 16,398 900 16,398 16,587 16,775 16,962 17,149 17,335 17,521 17,707 17,892 18,076 18,260 1,000 18,260 18,444 18,627 18,809 18,991 19,172 19,353 19,533 19,713 19,892 20,071 1,100 20,071 20,249 20,426 20,603 20,779 20,955 21,130 21,305 21,305 21,652 21,825 18 170222_温度センサハンドブック社名変更.indd 20 17/02/23 15:40