8種類の一般的な温度計の動作原理と設置時の注意点！

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この投稿は、2016年3月23日10時23分に西安定華電子によって最終的に編集されました。要約：本稿では、化学工業でよく使用される8種類の温度計について解説しています。動作原理から設置上の要件、製品選定や使用時に注意すべき点、そして温度計の構造に至るまで、これら8種類の一般的な温度計について詳しく説明しており、関係者が今後の業務で理論的・実践的な助けとして活用できるようにしていますダブルメタル温度計の動作原理：ダブルメタル温度計は、異なる温度膨張係数を持つ2種類の金属を利用して動作します。温度測定の感度を高めるために、通常、金属片を螺旋状に巻いています。複数層の金属片の温度が変化すると、各層の金属の膨張や収縮量が異なり、その結果、螺旋が巻き上がったり緩んだりします。螺旋巻きの一方の端が固定され、もう一方の端が自由に回転できる針に接続されているため、ダブルメタルが温度変化を感知すると、針が円形の目盛り尺上で温度を示すことになる。この種の計器の温度測定範囲は一般的に-80℃～+500℃で、許容誤差はいずれも目盛りの範囲の約1.5％です。 分類：通常のバイメタル温度計、耐震型バイメタル温度計、電気接点式バイメタル温度計。バイメタル温度計の指針盤と保護管の接続方向によって、バイメタル温度計は軸方向型、半径方向型、135°方向型、および万能型の4種類に分けられる。①軸向型バイメタル温度計：指針盤が保護管に垂直に接続されている。②放射型バイメタル温度計：指針盤が保護管と平行に接続されている。③135°向型バイメタル温度計：指針盤と保護管が135°で接続されているもの。④万能型バイメタル温度計：指針盤と保護管の接続角度を自由に調整できるもの。 選定と使用：二重金属温度計を選ぶ際には、ダイヤルの直径、精度等級、取り付け方法、測定対象となる媒体の種類、および環境の危険度など、実際の使用環境や要件を十分に考慮する必要があります。それ以外にも、コストパフォーマンスやメンテナンスの負担といった要素にも重点を置く必要があります。また、バイメタル温度計を使用する際には、以下の点に注意する必要があります。A. バイメタル温度計の保護管が測定対象物質中に浸される長さは、感温素子の長さよりも長くなければなりません。一般的に、浸漬長さは100mm以上である必要があり、0～50℃の範囲では150mm以上であることが望ましい。これにより、測定の精度が確保されます。B、各種のバイメタル温度計は、開放型容器内の媒体の温度を測定するのに適していない。また、帯電接点式温度計は、振動が大きい環境下の制御回路での使用には適していない。C、バイメタル温度計は、保管、使用、取り付け、輸送の際に保護管に衝撃を与えないようにし、保護管が曲がったり変形したりしないようにし、また、この温度計をレンチとして使用してはならない。D、温度計は通常の使用状態において定期的に検査を行うべきである。一般的には6ヶ月ごとが適しています。電気接点式温度計は、接点の信頼性に影響を与えないよう、激しい振動下での使用は許されません。E. 計器が常に作動する温度は、目盛り範囲の1/3～2/3の位置が望ましい。 圧力式温度計 動作原理： 圧力式温度計の原理は、密閉された測温システム内の蒸発液体の飽和蒸気圧と温度との間の変化関係に基づいて温度を測定するというものです。温度変化を感知すると、ウォームパック内の飽和蒸気がそれに応じた圧力を発生させ、弾性要素の曲率が変化し、その自由端が変位します。そして、ギア増幅機構によってその変位が指示値に変換されます。 構成及び分類： 圧力式温度計は、感温要素である温包、圧力伝達用毛細管、およびスプリングチューブ式圧力計で構成される。 システムに窒素などのガスを充填すると、充填型圧力式温度計と呼ばれ、測定可能な温度範囲は500℃まで達し、圧力と温度の関係はほぼ線形ですが、サーミスタ部の体積が大きく、熱慣性も大きいです。 ジクロロメタンやメタノールなどの液体を充填し、サーミスターを小型にすると、測定範囲はそれぞれ－40℃～200℃および－40℃～170℃となる。一方、低沸点の液体を充填した場合、その飽和蒸気圧は測定温度に応じて変化し、プロパンなどは50℃～200℃で使用される。しかし、飽和蒸気圧と飽和蒸気温度は非線形な関係にあるため、温度計の目盛りは不均一になる。 特徴：保温バッグを測定対象の媒体に完全に浸す必要がある；毛細管の長さは60mを超えない；計器の精度は低いが、使いやすく、耐振性もある。 抵抗式温度計の動作原理：熱抵抗体による温度測定の原理は、導体または半導体の抵抗値が温度変化に応じて変化するという特性を利用して、温度や温度に関連するパラメータを測定することに基づいています。ほとんどの金属の抵抗値は温度によって変化し、温度が高くなるほど抵抗も大きくなり、つまり正の抵抗温度係数を持つ。ほとんどの半導体材料は負の抵抗温度係数を持ち、つまり温度が高くなるほど抵抗が小さくなる。構成材料の要件：1、測定温度範囲内で化学的・物理的性質が安定していること；2、再現性が良い；3、抵抗の温度係数が大きく、高感度を得るため；4、抵抗率が大きく、小型部品を作ることができる；5、抵抗の温度特性はできるだけ線形に近いこと；6、価格が安い。よく使われる熱抵抗素子：一般的に使用される熱抵抗素子には、白金熱抵抗体、銅熱抵抗体、半導体熱感応抵抗体があります。 白金測温抵抗体は高純度の白金線を巻き付けて製造されており、温度測定の精度が高く、性能が安定し、再現性に優れ、抗酸化性もあるなどの利点があるため、基準用、実験室用、産業用として広く利用されている。しかし、高温下では還元性の雰囲気によって汚染されやすく、白金線がもろくなり抵抗の温度特性が変化するため、使用するにはカバーで保護する必要がある。白金線の純度は、温度計の精度を決定する鍵となる。白金線の純度が高いほど、安定性が高く、再現性も良く、温度測定の精度も高くなる。 銅熱抵抗体の抵抗値と温度はほぼ線形関係にあり、抵抗温度係数も大きく、かつ価格も安いため、測定精度がそれほど高く求められない場合には、よく使用されます。しかし、100℃以上の雰囲気中では容易に酸化されるため、主に－50～150℃の温度範囲での測定に用いられる。 半導体サーミスタの利点：負の抵抗温度係数が大きいため、感度が高い。抵抗率が高いため、体積は小さいが抵抗値の大きな抵抗素子として作ることができ、これにより熱慣性が小さく、測定対象の温度や動的な温度を測定できる。欠点：同種の半導体熱抵抗体では、抵抗の温度特性のばらつきが大きく、非線形性が深刻で、部品の性能が不安定であるため、互換性が悪く、精度も低い。 熱抵抗の接続方式：2線式：熱抵抗の両端にそれぞれ1本ずつ導線を接続して抵抗信号を取り出す方式を2線式と呼びます。この接続方法は非常に簡単ですが、接続される導線には必ずリード抵抗Rが存在し、その大きさは導線の材質や長さによって変わります。そのため、この接続方式は測定精度が低い場合にのみ適しています。3線式：熱抵抗の一方の端に1本の導線を接続し、もう一方の端に2本の導線を接続する方式を3線式と呼びます。この方式は通常ブリッジと一緒に使用され、リード抵抗の影響を効果的に排除できるため、工業プロセス制御において最も一般的に用いられています。 4線式：熱抵抗の両端にそれぞれ2本の導線を接続する方式を4線式と呼び、そのうちの2本のリード線が熱抵抗に一定電流Iを供給し、Rを電圧信号Uに変換した後、別の2本のリード線を通じてUを二次計器まで送る。このリード線の接続方法により、リード線の抵抗の影響を完全に排除できることがわかる。主に高精度な温度検出に用いられる。 設置要件：熱抵抗の設置にあたっては、正確な温度測定、安全性・信頼性、およびメンテナンスの容易さを図るとともに、装置の稼働や生産作業に支障が出ないようにする必要があります。熱抵抗の取り付け位置と挿入深さを選定する際には、以下の点に注意する必要があります。1、熱抵抗の測定端と測定対象の媒体との間で十分な熱交換が行われるよう、測定点の位置を適切に選ぶべきであり、バルブやエルボー、また配管や機器の死角付近に熱抵抗を設置することはできるだけ避けるべきです。2、保護カバー付きの熱抵抗には熱伝達および放熱損失があるため、測定誤差を低減するために、熱電対および熱抵抗は十分な挿入深さを持つべきである。1）配管内の中心部にある流体の温度を測定する場合、熱抵抗の測定端は一般的に配管の中心部まで挿入する必要がある（垂直に設置するか、傾けて設置する）。測定対象の流体の配管直径が200ミリメートルの場合、熱抵抗の挿入深さは100ミリメートルに設定するべきである；2）高温高圧および高速の流体の温度測定（例えば主蒸気温度）において、保護カバーが流体に与える抵抗を低減し、流体の影響で保護カバーが破断するのを防ぐために、保護管を浅く挿入する方法や、サーマルスリーブ型の熱抵抗体を使用することができる。浅挿入型の熱抵抗保護カバーは、主蒸気配管への挿入深さが75mm以上でなければならない；ホットスリーブ型熱抵抗の標準的な挿入深さは100mmです。3）煙道内の煙ガスの温度を測定する必要がある場合、煙道の直径が4mであっても、熱抵抗を1m挿入すればよい。4）測定対象物の挿入深さが1mを超える場合は、できるだけ垂直に取り付けるか、支持枠や保護カバーを設置する必要がある。 熱電対温度計の動作原理：異なる成分を持つ2種類の導体（熱電対線材または熱電極と呼ばれる）の両端を回路に接続すると、接続点の温度が異なる場合、回路内に起電力が生じます。この現象を熱電効果と呼び、この起電力を熱電勢といいます。熱電対は、この原理を利用して温度を測定するもので、測定対象の媒体の温度を直接測る側を作業端（測定端とも呼ばれる）、もう一方の端を冷端（補償端とも呼ばれる）と呼びます；冷端は表示計器または付属計器に接続され、表示計器が熱電対が生成する熱電位を示します。 設置要件：まず、熱電対および熱抵抗の設置は、高温による保護カバーの変形を防ぐため、できるだけ垂直に保つ必要があります。しかし、流速がある場合には、測定精度を確保するために、測温素子が流体と十分に接触するように、測定対象の流体の流れに沿って挿入しなければなりません。 また、熱電対と熱抵抗は、熱の損失を防ぐために、できるだけ保護層が施された配管内に設置するべきです。次に、熱電対および測温抵抗体センサーを負圧配管内に設置する際には、外部の冷気が侵入して測定値が低くなるのを防ぐため、測定箇所が十分に密閉されていることを確認しなければならない。 熱電対および熱抵抗センサーを屋外に設置する場合、雨やほこりが接続箱内に入り込み、熱電対や熱抵抗の接続部を損傷させて測定精度に影響を与えないように、接続箱のフタは上向きに、配線口は下向きにしなければならない。 熱電対および熱抵抗温度計の各接続部を定期的に点検する必要があります。特に熱電対温度計は、補償用導線の材質が硬いため、接続端子から外れて断線故障を起こしやすいので、しっかりと接続し、温度計の接続部を過度に触らないようにし、正確な温度測定が得られるよう定期的に点検することが重要です。 熱電対の取り付けは、測定したい温度制御ポイントにできるだけ近い場所に行うべきです。熱電対を通じて熱が逃げるのを防ぎ、また保護管が測定対象の温度に影響を与えないようにするため、熱電対は測定対象となる流体の中に、少なくともその直径の10倍の深さまで浸しておく必要がある。固体の温度を測定する際、熱電対はその材料に押し付けられるか、または密接に接触していなければなりません。熱伝導誤差を最小限に抑えるためには、接点付近の温度勾配を小さくすべきである。 熱電対を用いて配管内のガス温度を測定する際、管壁の温度が著しく高かったり低かったりすると、熱電対はその放射熱や吸収熱によって影響を受け、測定される温度が大幅に変化してしまいます。このとき、放射遮蔽カバーを用いてその温度をガスの温度に近づけることができ、いわゆるシールド型熱電対が使用される。 温度測定点を選ぶ際には、代表性が求められる。例えば、配管内の流体の温度を測定する場合、熱電対の測定端は配管内で流速が最も大きい位置に設置すべきである。一般的に、熱電対の保護カバーの先端は流速の中心線を越えているべきです。　 ガラス管式液体温度計の動作原理：ガラス製の液体温度計は、熱膨張と冷却収縮の現象を利用した温度測定原理を採用しています。温度が変化すると、ガラス球内の液体の体積が膨張または収縮し、毛細管内の液柱の高さが変わります。これによって目盛りから温度の変化を知ることができます。温度計の目盛りの分解能の高さは、その感度に関連しており、感度が高いほど温度計の目盛りの分解能も高くなる。温度計の感度を高めるには、測温液の体積を大きくするか、毛細管の直径を小さくすることができる。しかし、測温液の体積を大きくすると、被測定物質と熱平衡に達しにくくなり、大きな遅延誤差が生じる上、球部が変形しやすくなる；一方、毛細管の直径を小さくすると、均一に加工しにくくなり、液柱の上昇が不均一になって測定精度に影響を与える。したがって、適切な感度を選ぶべきである。また、温度計の感度は、測温液とガラスの熱膨張係数の差にも関係し、それに比例する。一般的には、温度測定用の液体として熱膨張係数が大きいものが選ばれるが、ガラスの熱膨張係数はできるだけ小さい方が良い。よく使われる温度計の液体には、水銀とアルコールがあります。 主な誤差の発生原因：（1）ゼロ点の常時偏移（2）球体の一時的な変形（3）圧力変化（4）目盛りの不正確さ（5）読み取り方法の不適切さ（6）熱遅延効果（7）アルコール温度計における誤差の特殊な原因（8）最高温度計における誤差の特殊な原因

温度トランスミッター　動作原理：
温度電流トランスミッターは、温度センサーの信号を電流信号に変換し、二次計器に接続することで、対応する温度を表示する装置である。温度トランスミッターは、熱電対や測温抵抗体を温度検出素子として使用し、これらの素子からの出力信号をトランスミッターモジュールに送ります。そこで安定化フィルタリング、演算増幅、非線形補正、V/I変換、定電流制御、逆極性保護などの回路処理を経て、温度と線形な関係にある4～20mAの電流信号に変換され出力されます。 取り付け要件： 1、取り付け前に、付属品が揃っているか、締め付け部品に緩みがないかを確認し、アンテナをしっかりと締めてください。2、取り付ける際は、優しく扱い、叩いたり落としたりしないようにしてください。アンテナをしっかりと締めれば正常に動作します。3、設置後、電源を入れた状態では、操作者以外が前面カバーを開けることを禁じます。もし操作者が誤って操作してしまった場合は、データを保存してはならず、電源を切ってから再起動すればよいです。 主な誤差の原因：測定対象物の温度が上昇または下降してもトランスミッターの出力に変化がない場合、これはほとんどが温度トランスミッターの密封に問題があるためです。温度トランスミッターの密封が不十分だったり、溶接時にうっかりセンサーに小さな穴が開いてしまったりすることが原因で、この場合は通常、トランスミッターのケースを交換する必要があります。 出力信号が不安定なのは、その原因は温度源自体にある。温度源自体が不安定な温度だからであり、もし計器の表示が不安定なら、それは計器のノイズ耐性が低いためである。 トランスミッタの出力誤差が大きい場合、その原因は多岐にわたります。使用している温度トランスミッタの抵抗線が適切でないことで測定範囲に誤りが生じている可能性もありますし、トランスミッタが製造時に適切に校正されていなかった可能性もあります。 温度スイッチの動作原理：温度スイッチとは、形状記憶合金を温度検出素子として使用する温度スイッチです。電気機器が正常に動作している間は、形状記憶合金は自由な状態にあり、接点も閉じた/開いた状態にあります。しかし、温度が動作温度に達すると、形状記憶合金が熱によって内部応力を生じ、急速に動作し、接点を開閉させて回路を切る/繋ぐことで、熱保護機能を果たします。勾配が再設定温度まで下がると、接点が自動的に閉じたり開いたりして、通常の動作状態に戻ります。 設置要件：1. 接触型温度センサーを使用する場合は、金属製のカバー面を制御対象機器の取り付け面に密着させる必要があります。温度検知効果を確実にするため、温度検知面には熱伝導性のあるシリコングリースや、それに類似した性能を持つ熱伝導媒体を塗布するべきです。2、取り付け時には、カバーの上部が押しつぶされたり、緩んだり、変形したりしないようにしてください。そうしないと性能が低下します。3、液体が温度制御器の内部に浸透しないようにし、外殻にひび割れが生じないようにし、外部端子の形状を勝手に変更してはならない。4、製品は5A以下の電流が流れる回路で使用する場合、銅心の断面積が0.5～1㎜2の導線を使用して接続すること；10A以下の電流が流れる回路で使用する場合は、銅心の断面積が0.75～1.5㎜2の導線を接続するようにしてください。5、製品は相対湿度90％未満、環境温度40℃以下で、換気が行き届き、清潔で乾燥しており、腐食性ガスのない倉庫に保管しなければならない。 光学式・放射型高温計 動作原理： 放射型高温計は、物体から全波長範囲にわたって放射されるエネルギーとその温度との間の関数関係に基づいて設計・製造されたものです。放射温度センサーを一次計測器とし、電子式電位差計を二次計測器として使用します。これはレンズ集光式の温度センサーであり、アルミニウム合金製の外殻を持ち、前面には対物レンズがあります。ケース内部には熱電堆補償絞りが装備されており、熱電堆に近い位置にある視野絞りには調整板が設けられています。この調整板の役割は、熱電堆に照射される放射エネルギーを調整し、製品が統一された目盛値を持つようにすることです。取り外し可能な後蓋には接眼レンズが取り付けられており、これを通して測定対象物の像を観察することができます。放射温度計は、測定対象物からの放射エネルギーをレンズで集光させて熱センサーに当てる。熱センサーはこの放射エネルギーを電気的パラメータに変換し、既知の熱起電力と物体温度との関係を用いて二次計器により熱起電力を測定し、温度値を表示する。この温度値は、物体の全放射黒体係数を用いて補正するか、あるいは白金ロジウム10－白金熱電対を高温塩浴炉に直接挿入し、直流電位差計を用いて温度を測定した後、計器に表示された温度値と比較することで、高温計による温度測定の精度を校正する。 設置要件：計器は固定式で、温度センサーは10～80℃の環境下で使用可能です。環境温度が80℃を超える場合や、空気中に水蒸気や煙が含まれている場合は、水冷や換気などの補助装置を用いて環境温度を下げ、測定チャネル内の煙を吹き飛ばすことで、測定誤差を低減します。サーモスタット補助装置には軽量型と重量型の2種類がある。重型は、過酷な環境下で使用され、測定対象の炉内の炎や高温の炉ガスが測定チャネルから噴出して機器が焼損するのを防ぐため、火炎防御装置が搭載されている。これにより、危険が発生した際に自動的に作動し、機器を保護しつつ警報信号を発する。 非接触式赤外線温度計 動作原理： 非接触式赤外線温度計（以下「温度計」と略）は、対象物の表面から放射される赤外線エネルギーを測定することで、その表面温度を測定することができます。非接触式赤外線温度計は、超低消費電力のスマート設計を採用しています。超低消費電力設計により、製品はより長時間動作し続けることができ、ユーザーは頻繁なバッテリー交換や作業中の電池切れの悩みから解放されます。インテリジェントデザインにより、ユーザーはより簡単にテストを行い、測定対象物の実際の値をより迅速に把握できます。また、計測器はバッテリーまたはUSB接続による給電を自動的に選択します。