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熱電対は、科学および産業全体で使用される単純な温度センサーです。それらは、単一のポイントまたはジャンクションで一緒に結合された異種金属の2本のワイヤで構成され、通常、堅牢性と信頼性のために溶接されます。
これらのワイヤの開回路端では、熱電対がジャンクション温度に応じて電圧を生成します。これは、1821年にドイツの物理学者Thomas Seebeckによって発見されたゼーベック効果と呼ばれる現象の結果です。
熱電対の種類
接触している異なる金属の2本のワイヤは、加熱されると電圧を生成します。ただし、出力レベル、安定性、化学的特性のため、特定の合金の組み合わせが標準です。
最も一般的なのは、鉄またはニッケルと他の元素の合金で作られた「ベースメタル」熱電対で、組成に応じてタイプJ、K、T、EおよびNとして知られています。
高温で使用する白金ロジウムおよび白金線で作られた「貴金属」熱電対は、タイプR、S、およびBとして知られています。タイプに応じて、熱電対は約-270℃から1,700 C以上の温度を測定できます（華氏-454度から華氏3,100度以上）。
熱電対の制限
熱電対の長所と短所は状況によって異なりますが、まずその限界を理解することが重要です。熱電対の出力は非常に小さく、通常、室温で約0.001ボルトであり、温度が上昇すると増加します。各タイプには、電圧を温度に変換するための独自の式があります。関係は直線ではないため、これらの方程式は幾分複雑で、多くの項があります。それでも、熱電対の精度は、せいぜい約1 C、または約2 Fに制限されています。
キャリブレーションされた結果を得るには、熱電対の電圧を基準値と比較する必要があります。基準値は、氷水浴に浸された別の熱電対でした。この装置は、0 Cまたは32 Fで「冷接点」を作成しますが、明らかに厄介で不便です。最新の電子氷点基準回路は、氷水を普遍的に置き換え、ポータブルアプリケーションでの熱電対の使用を可能にしました。
熱電対は2つの異なる金属の接触を必要とするため、腐食の影響を受けやすく、キャリブレーションと精度に影響を与える可能性があります。過酷な環境では、ジャンクションは通常、スチール製のシースで保護されており、水分や化学物質によるワイヤの損傷を防ぎます。それにもかかわらず、熱電対の注意とメンテナンスは、良好な長期性能のために必要です。
熱電対の長所と短所
熱電対は、シンプルで頑丈で、製造が簡単で、比較的安価です。昆虫などの小さな物体の温度を測定するために、非常に細いワイヤで作成できます。熱電対は非常に広い温度範囲にわたって有用であり、体腔のような困難な場所や原子炉のような虐待的な環境に挿入することができます。
これらすべての利点については、熱電対を適用する前に熱電対の欠点を考慮する必要があります。ミリボルトレベルの出力には、氷点基準と微小信号の増幅の両方のために、慎重に設計された電子機器の追加の複雑さが必要です。
さらに、低電圧応答は、周囲の電気機器からのノイズや干渉を受けやすくなります。熱電対には、良好な結果を得るために接地シールドが必要な場合があります。精度は約1 C（約2 F）に制限されており、接合部またはワイヤの腐食によりさらに低下する場合があります。
熱電対の用途
熱電対の利点は、家庭用オーブンの制御から飛行機、宇宙船、衛星の温度の監視まで、さまざまな状況に組み込まれています。キルンとオートクレーブは、製造用のプレスと金型と同様に、熱電対を使用します。
多くの熱電対を直列に接続してサーモパイルを作成し、温度に応じて単一の熱電対よりも大きな電圧を生成できます。サーモパイルは、赤外線を検出するための敏感なデバイスを作るために使用されます。サーモパイルは、放射性同位体熱電発電機の放射性崩壊熱から宇宙探査機用の電力を生成することもできます。