横河大学：冷端補償と熱電対の応答時間についての簡単な説明

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　　熱電対の温度測定原理に基づき、コールドエンド補正は熱電対による温度測定において不可欠な要素ですが、実際の利用においては見過ごされがちです。コールドエンド補正の精度をどう保つかは、熱電対による温度測定の精度を確保する上で重要な課題となります。また、迅速な温度測定の用途においては、収集器などの二次計器のサンプリング周期には注目する傾向がありますが、それに対応する熱電対の応答時間を見落とし、不適切な熱電対を選択して実際の温度測定結果に影響を与えてしまいます。ここでは、コールドエンド補償と熱電対の応答時間について簡単に説明します。 　　冷端補償　冷端補償は、主に内部補償と外部補償に分けられます。内部補償の回路図は図1の通りです。 　　 　　図1 内部補償の原理　内部補償とは、記録計などの二次計器がコールドエンド補償を行うことであり、内部のコールドエンド補償精度を確保するためには、高精度な温度センサーを使用するだけでなく、端子の等温化をどのように実現するかも非常に重要である。ヨコガワ記録計は、温度センサー（トランジスタ）の最適な配置と、金属コアプリント基板の製造工程（図2参照）により、端子の等温化を実現しています。それでも、端子（計測器）が置かれる環境の温度に大きな変動が生じると、熱電対による温度測定結果にも大きな影響が出ます。したがって、計測器が置かれる環境を安定させることが非常に重要です。 　　 　　図2 金属コアプリント基板の工程　外部冷却端補償の原理は図3の通りである。外部の電子式氷点補正器（ZERO-CON）を使用することで、温度測定の精度をさらに向上させることができます。外部補償器と測定機器間の配線は、熱電対線ではなく通常の導線であることに注意してください。 　　 　　図3 外部補償の原理　　熱電対の応答時間　　熱電対の応答時間は、主に熱電対の線径と熱電対先端の加工形状によって決まります。図4に示すように、熱電対の前端タイプには主に露出型、接地型、絶縁型の3種類がある。 　　 　　図4 熱電対の前端タイプ比較　一般的に使用されている絶縁型熱電対は、他の2種類と比べて応答時間が遅いが、ノイズ耐性においては優れている。熱電対の前端加工タイプと線径と応答時間の定量的な関係については、各温度センサーメーカーに固有の記述がある。例えば図5は、アメリカのOMEGA熱電対（接地型／露出型）における特定の試験条件下での線径と応答時間の対応関係です。絶縁型熱電対を選択する場合、応答時間定数に1.5を乗じる必要があります。応答時間とは、瞬間的な温度変化の63.2％に達するのに必要な時間と定義されます。試験条件は室温、大気圧下での空気流速が毎秒20mです。高速温度測定の応用において、計測機器のサンプリング時間と熱電対の応答時間は互いに一致していなければならない。 　　 　　図5 OMEGA熱電対の線径と応答時間の対応関係