熱電対計算ツール

熱電対計算ツールの仕組み

熱電対は、測温接点（熱接点）と、素線が銅線に接続される点である基準接点（冷接点）との温度差に応じた電圧を発生します。各規格の種類について、電圧と温度の関係は NIST ITS-90 基準関数で定められています。これは NIST Monograph 175 で公表され、IEC 60584-1 に採用されたものです。温度の多項式で表され、K 熱電対では 0 °C 以上に指数項が加わります。

このツールは基準関数を直接計算します。電圧から温度への逆方向は、同じ関数を数値的に逆算して求めます。NIST は別に逆関数の多項式も公表していますが、これは順方向の関数を 0.01 °C 単位の精度で近似したものにすぎません。順方向の関数を逆算すれば、この小さな誤差の上乗せを避けられます。温度をミリボルトに換算して戻すと、すべての種類の全範囲で 0.001 °C 以内で元の温度に戻ります。

冷接点補償の手順

熱電対の規準熱起電力表はすべて 0 °C 基準です。一方、計器が見ているのは測温接点と計器自身の端子との間の電圧で、端子は通常ほぼ室温です。正しい補償は温度ではなく電圧で行います。

1. 冷接点温度の熱起電力を表から求めます：E(T_冷接点)。
2. 測定した電圧に加えます：E(T_測温) = E_計器 + E(T_冷接点)。
3. 合計を温度に換算します。

例：K 熱電対。 測温接点が 500 °C、端子が 25 °C とします。0 °C 基準の熱起電力は 500 °C で 20.644 mV、25 °C で 1.000 mV なので、計器の指示は 19.644 mV です。冷接点 25 °C として 19.644 mV を入力すると、ツールは 500 °C を返します。

19.644 mV を K の表で直接引くと 476.5 °C となり、約 24 °C の誤差です。これに 25 °C を足すと 501.5 °C で、近いもののまだ正しくありません。熱電対の感度が 25 °C（40.5 µV/°C）と 500 °C（42.6 µV/°C）で異なるためです。ほかの種類では差がさらに大きく、J 熱電対で 300 °C をこの方法で求めると約 2 °C ずれます。

熱電対の種類の選び方

表の範囲は基準関数の範囲です。実際の熱電対の使用範囲はもっと狭く、素線径、シース、雰囲気によって決まります。プローブのデータシートを確認してください。

許容差クラス

IEC 60584-1 は熱電対素線の許容差クラスを定めています。K 熱電対では、−40～1000 °C でクラス 1 が ±1.5 °C または温度の ±0.4 % の大きいほう、クラス 2 が ±2.5 °C または ±0.75 % です。500 °C では ±2.0 °C と ±3.75 °C になります。このツールは、選んだ種類と温度での両クラスを表示し、クラスが定義されていない場合は「範囲外」と表示します。

熱起電力表

変換欄の下の表には、任意の範囲と刻みで熱起電力と感度（ゼーベック係数）が °C または °F で表示されます。CSV ダウンロード付きの全範囲の規準熱起電力表は K、J、T、E、N、R、S の各種類にあります。

よくある間違い

冷接点補償で電圧ではなく温度を足す。 上で示したとおりです。

銅線で熱電対を延長する。 異なる金属の接合部はすべて熱電対になります。延長には対応する延長導線または補償導線を使ってください。そうしないと接続点が温度不明の新しい冷接点になります。

極性の逆接続。 素線や補償導線を逆に接続すると、起電力が足されずに引かれ、誤差は逆接続部分の温度差のおよそ 2 倍になります。

種類の取り違え。 多くの計器は初期設定が K です。J 熱電対を K として読むと、目立った警告もないまま誤った結果になります。

よくある質問

プローブが室温なのに計器にわずかな電圧が出るのはなぜ？

測温接点と冷接点が同じ温度なら、電圧は出ないはずです。電圧は温度差で決まるからです。端子のオフセットや温度勾配で数マイクロボルト出ることはあります。

0 °C の氷点基準を使う熱電対にも使えますか？

はい。冷接点を 0 にすると、計器の指示値が表の熱起電力と一致します。

基準関数の精度は？

基準関数そのものが規格であり、表の値を定義しています。実際の測定の不確かさは、熱電対の許容差クラス、ドリフト、補償導線、計器によって生じます。

°F に対応していますか？

はい。ページ上部で °C と °F を切り替えると、温度欄、表、感度が自動で換算されます。