温度伝送器の冷接点補償
熱電対を頻繁に扱う人は、熱電対の冷接点 (参考) がどのように機能するかを正確に知らないかもしれません。冷接点について議論できるようにするには、まず熱電対の理論と熱電対の仕組みについて簡単に理解する必要があります。
冷接点または基準接点
熱電対"冷接点"と呼ばれることが多いです"基準接点"、しかし私たちの意見では、人々はこの用語を使用します"冷接点"より頻繁に。
一般的な熱電対
熱電対は、業界で一般的な温度センサーです。熱電対にはいくつかの利点があるため、広く使用されています。抵抗温度センサー (RTTD) よりもはるかに高い、非常に高い温度の測定に使用できます。熱電対は非常に強力なセンサーでもあるため、簡単には壊れません。熱電対は抵抗温度センサーほど正確ではありませんが、多くのアプリケーションでは十分な精度を持っています。
熱電対の仕組み
熱電対は、一端で結合された異なる電気導体で作られた 2 本のワイヤで構成されます ("熱い"端)、温度を測定するために使用される端です。 トーマス ヨハン ゼーベック が 1821 年に発見したように、これらのワイヤの接続点が異なる温度にさらされると、熱電流が発生し、開放端のワイヤ間に小さなギャップが生じます。電圧。電圧は温度と使用するワイヤの材質によって異なります。この効果はと呼ばれます"ゼーベック効果"。
熱電対の簡略回路図
"熱電対材料 1 および 2"上図では、熱電対に使用される 2 つの異なる材料を表しています。"T1"は熱電対の熱接点、つまり温度が測定される点です。二つ"TCJ"は冷接点の温度です。熱電対ワイヤ内の温度勾配により、熱電対ワイヤ間に熱電圧が常に発生します。"熱い"そして"寒い"終わります。つまり、電圧を生成するのは接合部ではなく、ワイヤに沿った温度勾配です。ただし、ホット端子とコールド端子の間に熱電圧が発生するという説明の方が理解しやすいです。
熱電対の種類と材質
さまざまな材料や合金から製造された多くの種類の熱電対があります。材料が異なれば感度も異なり、同じ温度でも異なる熱電圧が発生し、他の特性に影響を与える可能性があります。いくつかの異なる熱電対タイプが標準化されており、使用される特定の材料に対して指定が与えられています。名前は通常非常に短く、K、R、S、J、K などの 1 文字だけです。
最も一般的な熱電対とその材料
熱電対が異なれば材質も異なるため、下図に示すように熱起電力も異なります。同じ温度でも種類によって発生する電圧は大きく異なります。
熱電対の熱電圧
熱電対のゼーベック係数
より低い温度を測定したい場合は、電圧が高く、測定が容易なため、感度の高いタイプの方が明らかに優れています。ただし、高温を測定する必要がある場合は、極度の高温でも使用できる感度の低いタイプを選択することをお勧めします。ゼーベック係数は、熱電対の電圧が温度に対してどの程度変化するかを示します。上のグラフは、異なる熱電対間の異なる感度を示しており、熱電対校正器が熱電対の種類ごとに異なる精度クラスを持つことが多い理由も説明しています。
コールドエンド
2 つの異なる導体が接続されて熱電圧を生成することを示す、簡略化された熱電対の回路図を示します。 &注意;"熱接点"繋がり。この時点で、あなたが尋ねる大きな質問は次のとおりです。"ワイヤーのもう一方の端はどこですか？"熱電対からの電圧を測定する場合、熱電対からのワイヤを電圧計に接続します。電圧計の接続材料は通常、銅または金メッキ銅であるため、熱電対の材料とは異なります。つまり、電圧計接続に 2 つの新しい熱電対を作成することになります。
上の図では、材料 1 と材料 2 が熱電対を形成する 2 つの熱電対材料です。の"ホットエンド"は、それらが互いにはんだ付けされる点であり、プロセスの温度が測定される点であり、電圧 U1 が生成される点です。この U1 が測定したいものです。で"冷接点"ポイントとして、熱電対は、接続が異なる材料 (材料 3) で作られた電圧計に接続されています。これらの異なる材料が同じ周囲温度にある限り、それらが生成する追加の電圧 U2、U3 は全体の熱電圧に影響を与えません。インデックス テーブルの熱電圧は、コールド エンドが 0°C の場合に、ホット エンドからコールド エンドへの温度勾配によって生成される電圧セットです。ただし、実際のアプリケーションでは、ほとんどの場合、温度トランスミッタおよび熱電対の冷接点の周囲温度は 0°C ではありません。したがって、インデックス テーブルを使用して熱接点温度を計算するときは、冷接点温度の影響を除去する必要があります。これは冷接点補償とも呼ばれます。
冷接点補償方式
1. 凝固点浴法
その性質上、熱電対接合部は 0°C (32°F) では熱電圧を発生しません。したがって、たとえば凝固点槽や正確な温度校正オーブンなど、その温度で冷接点を接続できます。接続中に熱電圧を発生させずに、凝固点槽内の銅線に熱電対線を接続します。そうすれば、コールドエンドについて心配する必要はありません。接続は、エラーや腐食の可能性を引き起こす可能性のある漏れ電流を避けるために、氷浴内の水から電気的に絶縁する必要があります。これは非常に正確な方法であり、通常は校正研究所によって行われます。工場ではあまり現実的ではないので、通常は使用されません。
2. 固定温度での冷接点
アイスシンクは実用的ではないことが判明しているため、既知の固定温度で冷接点を行うこともできます。接続箱を常に一定の温度に保つための温度制御装置を備えた小型接続箱を使用できます。通常、温度は周囲温度よりも高いため、ボックスは加熱するだけでよく、冷却する必要はありません。
冷接点の温度と熱電対の種類がわかれば、冷接点の熱電圧を計算して補償できます。多くの測定デバイスや温度校正器には冷接点温度を入力する機能があり、デバイスがすべての計算と補正を行います。
3. 冷接点温度測定の自動補正
測定器に任せて自動計算します。測定装置（トランスミッタ、DCS 入力カード）はいつでも冷接点温度を測定し、オンラインで冷接点誤差を自動的に補正できます。測定装置は熱電対の種類も認識しているため、補償を自動的かつ継続的に実行できます。
これは、冷接点について心配する必要がなく、機器に処理を任せることができるため、通常の測定および校正で冷接点を補正する最も簡単で実用的な方法となります。
NCSA-TT106 の冷接点補償
マイクロサイバー 株式会社 のモジュール式温度トランスミッタ製品には、ハート、プロフィバス パ、FF H1 の 3 つの協定が含まれます。
上記のすべての冷接点補償方法をサポートしており、冷接点温度を測定するための 2 つの自動補償方法があります。 NCSA-TT106 の端子近くに内蔵の温度センサーを使用することも、外部の白金測温抵抗体を選択することもできます。内蔵温度センサーの温度測定精度は±0.5℃、外部PT100白金測温抵抗体接続時の温度測定精度は±0.15℃です。
