知識||温度計の故障解析

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1 熱抵抗温度計　工業用熱抵抗の一般的な故障は、断線と短絡です。一般的には断線の方が多く見られ、これは熱抵抗線が細いためです。開路と短絡は簡単に判断でき、マルチメーターの「×1Ω」モードを使用します。測定された抵抗値がR0より小さい場合、短絡がある可能性があります；万用表の値が無限大を示せば、抵抗体が開路していると判断できます。抵抗体の短絡は一般的に対処しやすく、抵抗線の長さや太さに影響がなければ、短絡している部分を見つけて乾燥させ、絶縁を強化すればよい。抵抗体の開路修理では、抵抗線の長さを変えて抵抗値に影響を与えなければならないため、新しい抵抗体に交換する方が良い。溶接による修理を行う場合は、溶接後に検査で合格したものでなければ使用できない。熱抵抗式温度計の運用におけるよくある故障とその対処法は、下表の通りです。2　熱電対式温度計の正しい使い方 熱電対を正しく使用することで、正確な温度値を得て製品の品質を保証できるだけでなく、熱電対の材料消費も節約できます。これによりコストを削減しつつ、製品の品質も確保できるのです。補償導線の逆接続、誤った使用、接続部の緩みによる一般的な誤差（対処法：補償導線を正しく使用し、接続端子をしっかり締める）に加えて、不正な取り付けや熱伝導率、時間遅れといった誤差もあり、これらが熱電対の使用時における主な誤差となっています。2.1. 不適切な取り付けによって生じる誤差として、熱電対の取り付け位置や挿入深さが炉内の実際の温度を正しく反映できないことなどがある。言い換えれば、熱電対はドアや加熱部にあまり近づけて取り付けてはならず、挿入深さは少なくとも保護管の直径の8～10倍でなければならない；熱電対の保護管と炉壁との間隙に断熱材が充填されていないため、炉内の熱が漏れ出したり冷たい空気が侵入したりする。そのため、熱電対の保護管と炉壁の穴との間の隙間は、耐火セメントやアスベストロープなどの断熱材で塞ぐ必要があり、これによって冷暖房空気の対流が測定精度に影響を与えるのを防ぐ；熱電対の冷端が炉体に近すぎて温度が100を超える℃；熱電対の取り付けは、可能な限り強い磁場や強い電場を避けるべきである。そのため、干渉による誤差を引き起こさないよう、熱電対と動力ケーブルを同じ導管内に設置してはならない；熱電対は、測定対象の媒体がほとんど流れていない領域には取り付けることができない。熱電対を管内のガス温度を測定する際には、流速の反対方向に取り付け、かつガスと十分に接触させなければならない。2.2. 絶縁劣化によって生じる誤差としては、熱電対の絶縁が悪くなったり、保護管や引き線板に汚れや塩分の付着が多すぎて熱電対同士や炉壁との間の絶縁が低下することが挙げられる。これは高温下でさらに深刻になり、熱起電力の損失を引き起こすだけでなくノイズも発生させる。これによる誤差は時に数百度にも達することがある。2.3. 熱慣性による誤差　熱電対の熱慣性のため、計器の指示値が測定対象温度の変化に遅れをとり、高速測定時にこの影響は特に顕著になる。したがって、できるだけ熱電極が細く、保護管の直径が小さい熱電対を使用すべきである。温度測定環境が許容されている場合は、保護管を取り外すこともできます。測定の遅れがあるため、熱電対で検出される温度変動の振幅は、炉内温度の変動の振幅よりも小さい。測定遅れが大きくなるほど、熱電対の振動振幅は小さくなり、実際の炉温度との差も大きくなる。時間定数が大きい熱電対を用いて温度を測定したり制御したりする場合、計器に表示される温度の変動はごく小さいものの、実際の炉内温度の変動は大きくなる可能性がある。正確に温度を測定するためには、時間定数が小さい熱電対を選ぶべきである。時間定数は伝熱係数に反比例し、熱電対の熱端の直径、材料の密度および比熱に正比例する。時間定数を小さくするためには、伝熱係数を高めることに加えて、最も効果的な方法は熱端のサイズをできるだけ小さくすることである。使用時には、通常、熱伝導性の良い材料で、管壁が薄く内径が小さい保護カバーが用いられる。より精密な温度測定では、保護管のない裸の熱電対が使用されるが、熱電対は破損しやすいため、適時に校正および交換する必要がある。2.4. 熱抵抗誤差 高温時に保護管に煤やほこりが付着すると、熱抵抗が増加し熱の伝導が妨げられるため、この場合の温度表示値は測定対象温度の真値よりも低くなる。したがって、誤差を減らすために、熱電対の保護管の外部を清潔に保つ必要があります。 工業用熱電対のよくある故障とその対処法：3　二重金属温度計　二重金属温度計の動作原理は、異なる温度膨張係数を持つ2種類の金属を使用し、一方の端を固定点に溶接し、もう一方の端が温度変化によって歪んで変形することで、それを針の振れ角に変換して温度を示すものです。 使用中に線形誤差が生じた場合は、温度計の後ろにある針の調整ノブを操作することで、温度表示の不正確さを修正できます。調整後の温度計は校正に合格したものでなければ使用してはいけません。4圧力式温度計　圧力式温度計は、液体の熱膨張と収縮を利用して温度を測定するもので、温度検出部、毛細管、バネ管から構成される密閉系内に温度測定用の媒体である液体が満たされている。温度検出部が温度変化を感知すると、液体の体積変化によって密閉系内の圧力が変化し、それによってバネ管の曲率が変わり自由端が移動する。そして連杆や伝動機構を介して針が回転し、計器の目盛り上に測定された温度が示される。この計器は、線形の目盛り、小型の温度センサー、速い応答速度、高い感度、直感的な読み取りといった特徴を持っています。 一般的な圧力式温度計のよくある故障は、針が動かないことや指示値の誤差が大きいことです。針が固着している場合は、針抜きを使って針を取り出し、再び針の位置を調整して正常に動作するか確認した上で使用しましょう。4.1. 一般的な故障として、温度制御計器は熱抵抗や熱電対を用いて測定対象を制御する装置です。その主な故障には以下のものがあります：・取り付け位置が不適切で、媒体が測定素子と十分に熱交換できず、指示値が低くなること；· 温度測定ポイントの断熱が不十分で、局部的に放熱が早くなり、そのため温度測定箇所の温度がシステム全体の温度よりも低くなっている；· 接続が緩んでいて接触が悪いため、表示が正確でないのです。熱抵抗が高くなり、熱電対が低くなる；· 短絡故障です。熱抵抗が低くなるか最小値になり、熱電対も低くなるか故障する；· それは回路切断（開路）の故障です。熱抵抗の指示が最大となり、ホットスポット熱電対は指示しないか、最小となる。また、温度制御計器システムの故障を分析する際には、そのシステムの計器の大部分が電動計器を用いて測定・表示・制御されており、測定に大きな遅れが生じることに注意する必要がある。4.2. 一般的な故障解析方法1）まず、温度計測システムの表示値を確認する。もしその表示値が最大値または最小値に変化している場合、それは計測システムの故障と判断できる。その理由は、温度計測システムの測定には通常大きな遅れがあるため、急激な変化は起こらないからである。温度制御計器の故障は、一つには熱電対、熱抵抗、および補償導線の断線があり、二つにはそのトランスミッターアンプの故障によって引き起こされるものです。 2）温度制御計器システムの指示値が絶えず急速に振動していないかを確認する。この現象は、一般的に制御パラメータのPID調整が不適切であることが原因の故障である。3）温度制御計器システムの指示値が大幅にゆっくりと変動していないかを確認する。この現象は一般的にプロセス操作の変化が原因である。プロセス操作の変化がない場合は、計器制御システム自体に故障が発生したと判断できる。4）温度制御システム自体の故障を判断した後、まず計器の調節弁への入力信号を確認し、変化がないかをチェックする。入力信号に変化がなく、かつ調節弁が動作している場合は、調節弁の膜頭や膜に漏れが発生している故障と判断できる；調節弁ポジショナーの入力信号を確認し、入力信号に変化がなく出力信号のみが変化している場合は、計装機器のポジショナーに故障があると判断する；計器ポジショナーの入力信号と計器の調整器出力信号をチェックし、調整器の入力信号に変化がなく出力信号だけが変化している場合は、計器の調整器自体に故障があると判断できます。