熱電対の種類と温度範囲｜K・J・T・E・N・R・S・B の＋脚・−脚の材料と 100 ℃ の熱起電力

8種類の熱電対の材料と規準関数の範囲、100 ℃ の熱起電力の違いです。

記号は温度と熱起電力の関係

熱電対の K・J・T などの記号は、材料の名前ではなく、温度と熱起電力の関係（規準関数）を表します。NIST Monograph 175 は、記号は表を表し、表と許容差の内で一致する熱電対なら、材料の組成によらずその記号を使えるとしています。BIPM の手引きによると、IEC の規格で作った熱電対は、ヨーロッパ（DIN）・イギリス（BS）・日本（JIS）・アメリカ（ANSI・ASTM）の規格の定義とも一致します。JIS C 1602:2015 は、IEC 60584-1:2013 を取り入れ、一部を変えて作った規格です。

8種類の材料

＋脚と−脚の材料です（NIST Monograph 175 の表 1.1.1）。

K: ＋脚ニッケル・クロム合金・−脚ニッケル・アルミニウム合金
J: ＋脚鉄・−脚銅・ニッケル合金
T: ＋脚銅・−脚銅・ニッケル合金
E: ＋脚ニッケル・クロム合金・−脚銅・ニッケル合金
N: ＋脚ニッケル・クロム・シリコン合金・−脚ニッケル・シリコン・マグネシウム合金
R: ＋脚白金・ロジウム 13 % 合金・−脚白金
S: ＋脚白金・ロジウム 10 % 合金・−脚白金
B: ＋脚白金・ロジウム 30 % 合金・−脚白金・ロジウム 6 % 合金

規準関数の範囲と 100 ℃ の熱起電力

範囲は規準関数の範囲です。右の列は、このアプリの式で求めた 100 ℃ の熱起電力（基準接点 0 ℃）です。

種類	規準関数の範囲	100 ℃
K	−270〜1,372 ℃	4.096 mV
J	−210〜1,200 ℃	5.269 mV
T	−270〜400 ℃	4.279 mV
E	−270〜1,000 ℃	6.319 mV
N	−270〜1,300 ℃	2.774 mV
R	−50〜1,768.1 ℃	0.647 mV
S	−50〜1,768.1 ℃	0.646 mV
B	0〜1,820 ℃	0.033 mV

種類ごとの使われ方

BIPM の手引きの表と本文から、主な使われ方をまとめました。

K: 工業でいちばん多く使われる。酸化にほどほどに強い。
J: 真空・酸化・還元のどの雰囲気でも使える。鉄の脚が腐食しやすい。
T: 一般用と低い温度に向く。
E: ゼーベック係数（1 ℃ 当たりの熱起電力）がいちばん大きい。
N: K を改良して置き換える物として作られた。
R: 高い温度・酸化の雰囲気で、精度がよい。
S: 高い温度・酸化の雰囲気で、精度がよい。
B: 低い温度では熱起電力がとても小さく、500 ℃ より下ではほとんど使わない。

1 ℃ 当たりの熱起電力

卑金属の熱電対（E・J・K・N・T）は、1 ℃ 当たりの熱起電力（ゼーベック係数）が大きく、BIPM の手引きは 30〜80 µV/℃ としています。白金とロジウムの熱電対（R・S・B）はそれより小さく、上の表でも 100 ℃ の熱起電力は K の 4.096 mV に対して、R は 0.647 mV、B は 0.033 mV です。同じ精度で温度を読むには、R・S・B では細かい桁まで熱起電力を測ります。

銅・ニッケル合金は種類ごとに違う

J・T・E の−脚は、どれも銅・ニッケル合金（コンスタンタン）です。NIST Monograph 175 と BIPM の手引きは、J の−脚は E・T の−脚と似ているが、ふつうは取り替えられないとしています。BIPM の手引きは、熱電対の線は＋脚と−脚を組で買って組で使い、別の所や別のロットの線と混ぜないよう求めています。

色では見分けられない

BIPM の手引きは、熱電対・補償導線・プラグの被覆の色は国ごとにそろっておらず、色だけで種類を見分けられないことがあるとしています。種類は、熱電対の表示や記録で確かめます。

出典

熱電対の起電力を計算する