測温抵抗体|RTD|測温抵抗体とは

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測温抵抗体とはのページです。
測温抵抗体についてまとめてございます。
   
測温抵抗体 (RTD)
 
測温抵抗体の原理について
   
測温抵抗体
測温抵抗体

測温抵抗体とは

測温抵抗体 (RTD) は、その名前で暗示されるよう測温抵抗体素子の抵抗と温度の相関を取ることにより温度測定するために使われるセンサです。ほとんどの測温抵抗体素子は、セラミックまたはガラスの芯のまわりに一本の細い線を巻いた構造をしています。通常、このエレメントは大変壊れやすいので、エレメントを保護するシースに入ったプローブの内側に入れられています。測温抵抗体素子は、さまざまな温度での抵抗が分かっている純金属から作られています。この金属材料は、温度変化により抵抗値が変化しますので、この抵抗値を使い温度を決めます。

 
RTD精度
測温抵抗体 精度

測温抵抗体向の一般的な抵抗材料:

 

・白金 (プラチナ; 最も良く使われており、精度が高い)

・ニッケル

・銅

Balco (ニッケルと鉄の合金: ほとんど使われません)

・タングステン (ほとんど使われません)

 

金属線に必要な条件

金属線に必要な条件は、電気抵抗の温度係数が大きく、直線性がよく、広い温度範囲で安定していることです。

 

測温抵抗体を利用することで得られる

メリット

 

測温抵抗体(RTD)は、最も正確な温度センサの1つです。高精度だけでなく、安定性も再現性も大変優れています。OMEGAの標準測温抵抗体のほとんどはDIN-IECのクラスBに適合しています。右の表には、OMEGAのある標準測温抵抗体の精度を示しています。
RTD
は電気的ノイズの影響も比較的受けないので、工場などの環境内、モーター、発電機、その他の高電圧を使う機器、装置での温度測定に最適です。

 
測温抵抗体素子
測温抵抗体素子

測温抵抗体の種類 RTDのタイプ

 

測温抵抗体素子は最も単純な形での測温抵抗体です。これは、セラミックまたはガラスの芯のまわりに一本の細い線を巻いた構造をしています。測温抵抗体は小型なので、スペースが限られている場合には良く使われます。

 
測温抵抗体
測温抵抗体

測温抵抗体

表面測定用測温抵抗素子は、抵抗体素子の特殊なタイプです。このタイプのエレメントは可能な限り薄くなるように設計されていますので、平らな面の温度測定向けに優れた接触性をもっています。

 
測温抵抗体プローブ
測温抵抗体プローブ

測温抵抗体プローブ

測温抵抗体プローブは、測温抵抗体の中で最も頑丈なタイプです。これは、シースとよばれる金属製のチューブの内側に測温抵抗体素子を入れたものです。このシースが、エレメントを周囲の環境から保護しています。OMEGAは、さまざま構成のさまざまなプローブを提供しています

 
サニタリーセンサ
サニタリーセンサー

サニタリセンサ

最も単純で廉価な3-A温度測定装置に1つに、ダイアル型温度計があります。しかし、このタイプのセンサは、目視モニターリングが使われ精度要求も厳しすぎない状況下での使用に限定されます。 プロセスの温度制御向けに最も高精度で最も一般的なデバイスは、RTD (測温抵抗体) です。サニタリー規格3-Aを満足するRTDは、直接浸漬型 (または高反応型) のプローブの形をしています。あるいは、機械的な保護と交換を容易にするため保護管に入れられています。直接浸漬型RTDセンサは、応答時間と測定対象の流れの状態次第で、ストレートプローブまたは段付きプローブの形で提供されます。接液 (流れに接する) 面は316Lステンレス鋼であり、その面は3-A規格の要求を満足するように高度に研磨されています。これらのセンサには、取り付けが容易になるように、以前からあるタイプの接続ヘッド、M12接続および延長ケーブルまたはワイヤレス機能が付いています。

 
RTD導線方式
測温抵抗体 2線式

測温抵抗体の導線方式

 

2導線式

2導線式は、変換器と測温抵抗体が比較的近距離の場合に用いられます。配線費用が安価で済みますが、外部導線の長さや周囲温度の変化によって外部導線の抵抗値が変化するため、測定回路側がその影響を受け、誤差の原因になります。

 

・測温抵抗体と受信計器間の配線が2本で済む利点がある

・導線抵抗の補正が必要

・温度による導線抵抗の増減までは補正不可

 

 
RTD 3線式
測温抵抗体 3線式

3導線式

3導線式は、工業計測用として最も多く使用される方式です。外部導線の抵抗が測定回路のブリッジの両辺に分かれて相殺されるため、その抵抗変化の影響をほとんど受けません。測温抵抗体と変換器の距離が長くても、周囲温度が変化した場合でも、3本の外部導線の抵抗が同じであれば、精度良く温度を測定できます。

・工業計測用として一般的に用いられる結線

・導線式計器と組み合わせることで導線抵抗の影響を受けずに済む

3本の外部導線の抵抗が同じ場合は精度を高く測定可能

 
RTD 4線式
測温抵抗体 4線式

4導線式

4導線式は、標準器や精密測定などに用いる導線方式です。4導線式では、電流供給導線と電圧検出導線が独立しているため、原理的には外部導線の抵抗の影響を受けることなく、測温抵抗体素子の抵抗値を正確に測定できます。

 

・精密な温度測定に使用される

・電流供給導線と電圧検出導線が独立している

・外部導線の抵抗の影響を受けない 

 
RTD 5線式
RTD 5導線式

5導線式

5導線式は、最近ではあまり使用されませんが、標準の2線式構成に、リードの閉ループを測定器に追加したものです。 これは3線式の構成と同様に機能します。このリードの閉ループは、リード 抵抗値と周囲の変化によるリード抵抗の変動を補償するために、測温抵抗素子には、接続せずに使用します。

・現在はあまり使われない方式

・標準の2線式構成に、リードの閉ループを測定器に追加したもの

3線式の構成と同様に機能する

   

熱電対と測温抵抗体

それぞれの特徴を解説

 

熱電対と測温抵抗体の比較

 

コストの違い

測温抵抗体は熱電対に比べ、数倍〜数十倍高価になります

 

精度

測温抵抗体は感度が熱電対に比べ大きく、基準接点が不要なため、特に常温付近では精度が良くなります

 

応答性

熱電対の方が構造上細く制作できるため、応答性を速くすることが可能

 

温度範囲

熱電対は種類によって1500以上測定できますが、測温抵抗体は600まで(JIS)です

 

衝撃・振動

熱電対は比較的単純な構造ですが、測温抵抗体は素子内部の抵抗線に細い線が使用されるため、振動や衝撃に弱い

 

 

 

熱電対の特徴

熱電対を使用するメリット

 

熱電対の種類や素線径等については各種規格(IECJISANSI他)により定められています。また、使用する金属は、接合する各金属ごとに測定範囲、測定精度などが異なるため、必要とする精度の他に材料の費用等も考慮に入れて適切に選択する必要があります。

 

 

熱電対は以下のような特徴(利点)があります

 

 熱起電力が大きく、特性のバラツキが小さいので互換性がある。

 高温、及び低温で使用しても、熱起電力が安定しているので寿命が長い。

 耐熱性が高く、高温環境下であっても機械的強度を保つことが出来る。

 温度を電気的に換算できるので、測定・調節・制御・増幅・変換などが容易に行えます。

 比較的安価で入手しやすく、測定方法も簡便の割には測定密度が高く、タイムラグも割合少ないので、特に感度を必要とする場合や寿命を要求する場合などに応じて自由に寸法(例えば線径など)を選ぶことができます。

  広い温度範囲の測定が可能です(例えばE熱電対の場合、-200700までの温度範囲が同一熱電対で測定できます。またR熱電対の場合は01600位まで可能です)

  小さな測温物の測温が温度分布を乱さずできるとともに、特定の部分や狭い場所の測温が可能です。さらに測温物と計器間の距離も大きくとることができ、回路の途中に局部的な温度変化が生じても測定値にはほとんど影響を与えません。

 

しかし熱電対には欠点もあります。

 

  測定する雰囲気により使用できる熱電対の種類に制限があります。

  測定温度の±0.2%程度以上の精度を得ることが難しい。

  基準接点を必要とし、これを一定温度(例えば0)に保つ必要があり、これ以外の場合は熱電対を延長して用いるか(この場合高価になります)、補償導線を使用する必要があります。

  比較的高温で用いる場合あるいは長期間用いる場合は、主として雰囲気による劣化(酸化・還元など)が進行するので、定期的な点検や補正が必要であり、これを行っていても寿命には限界があります。

 

測温抵抗体の特徴

RTDを使用するメリット

 

熱電対より、精度が高いことが特徴です。許容差は0近辺で約1/10600近辺で約1/2になり、 抵抗から温度を求めるため、熱電対のような基準接点や補償導線は不要。そして安定度が高く、感度が大きいことが主な特徴です。温度と抵抗の関係はほぼ直線的で、最高使用温度は500600程度と低い。デメリットは、形状が大きく、機械的衝撃、振動に弱く、応答が遅いことです。

 

測温抵抗体のメリット

  感度が大きい。例えば0100 Ω白金測温抵抗体1あたり抵抗値は0.4 Ω変化します。これに2 mAの電流を流したとすれば、約800 μVの電力出力変化が得られます。

  安定度が高く、振動の少ない環境で使用すれば、長期にわたって0.1よりよい安定度が得られます。精密計測用では使用法が限定され、0.01よりよい安定度が得られます。

  工業用では簡単な付加回路で直線出力が得られ、均等目盛りの指示をさせることができます。

  熱電対のような基準接点のような器具は不要で、常温付近の温度測定に使用できます。

 

測温抵抗体デメリット

 

抵抗素子は構造が複雑なため、形状が大きく、そのため応答が遅く、狭い場所の測定には適しません。

  最高使用温度が500650と低い。

  細い抵抗素線のため、機械的衝撃や振動に弱く、長期間振動の加わる場所では断線の恐れがあります。

 

 

測温抵抗体に関する用語

 

測温抵抗体(RTD)

Resistance Temperature DetectorまたはResistance Temperature Deviceの頭字語 測温抵抗体は、温度の関数としてワイヤの電気抵抗が変わることを利用しています。

 

測温抵抗体素子

RTDの温度検出部分であり、ほとんどの場合、白金、ニッケルまたは銅で作られます。OMEGAは、2つのスタイルのエレメントを用意しています:巻線 (コイル) 型と薄膜型

 

測温抵抗体プローブ

エレメント、シース、リード線および成端端子または接続端子から構成されます。OMEGA®の標準RTDプローブは100 ohmの白金製のヨーロッパカーブをもつ素子です (α = 0.00385)

 

白金測温抵抗体

Pt RTDとも表記される白金測温抵抗体は、一般的には、すべてのタイプのRTDに中でも線形性、安定性、再現性および精度がもっとも良いものです。白金線が正確な温度測定に最適なものですので、当社 (OMEGA) はこの金属を選択しました。

 

薄膜型測温抵抗体素子

薄膜RTDは、セラミックの基板に埋め込まれ、所要の抵抗値になるように調整されたベース金属の薄い膜から製造されています。OMEGARTDは、基板上に白金を薄膜状に沈着させてから、薄膜と基板を入れて製造されています。この方法により、小型で反応は速く、正確なセンサが製造できます。薄膜素子は、ヨーロッパカーブ/DIN 43760規格および「0.1% DIN」規格の公差に適合しています。

 

クラスAの測温抵抗体

最高クラスの測温抵抗体素子の公差と精度、クラスA (IEC-751)α = 0.00385

 

クラスBの測温抵抗体

最も一般的なクラスの測温抵抗体素子の公差と精度、クラスB (IEC-751)α = 0.00385

 

アルファ (α) .00385カーブ

ヨーロッパカーブは、「0.1% DIN」という標準公差を満足しており、DIN 43760規格に適合しています。

 

巻線

OMEGAのプローブアセンブリで使用される標準的な測温抵抗体素子であり、セラミックまたはガラスの芯のまわりに巻線された純度99.99%の白金で作られています。


 

測温抵抗素子とは

はじめに

 

測温抵抗素子には、温度範囲、素子サイズ、精度、規格などにより、多くの種類があります。すべての素子は同じ機能を持っています。特定の温度に対して特定の抵抗値を持っており、その関係は再現性のある形で変化します。このため、素子の抵抗値を測れば、表や計算式または装置を使用して素子の温度が決定できます。この測温抵抗素子が、測温抵抗体(RTD)の心臓部となります。一般的に測温抵抗素子は単独で使用するには脆弱で敏感すぎるので、測温抵抗体(RTD)の形で保護して使用する必要があります。

 

測温抵抗体(RTD)は、 物体の抵抗の変化を測定することによって温度を感知するあらゆるデバイスの総称です。測温抵抗体(RTD)には多くの形態がありますが通常シース(金属保護管)に封入して使用します。 RTD プローブは、測温抵抗素子、シース、配線、接続部からなるアセンブリです。 チューブの片側を閉じた構造を持つシースは素子を固定すると同時に、測定対象の水分や環境から素子を保護します。 シースはまた、脆弱な素子の配線につながるリード線を保護し安定性を提供します。

 

RTDプローブは、さらに保護を強化するためにサーモウェルと組み合わせて使用できます。この構造は、サーモウェルが RTDを保護するだけでなく、測定対象となるシステム(例えばタンクやボイラ)が何であれ、測定流体と直接に接触しないよう測温抵抗体(RTD)を隔離します。このため、容器やシステムの内容物を排出することなくRTDを交換する事ができるので大変便利です。 熱電対は、古くからある電気的温度測定法で、確立された方式です。測温抵抗体(RTD)とは非常に異なる方式で機能しますが、同じ構成で使用されます。多くの場合、シースで保護をして、サーモウェルに入れて使用します

 

基本的に、熱電対はゼーベック効果を利用した、温度センサです。温度の変化によって生じた熱起電力(EMF)を利用しています。多くの温度測定アプリケーションでは、測温抵抗体(RTD)か熱電対のどちらかを使用しますが、熱電対は、より堅牢で自己発熱による誤差がない傾向があり、多数の計測機器に幅広く使用されています。しかし、測温抵抗体(特にプラチナRTD) は熱電対より安定性が高く高精度です。

 

測温抵抗素子の特性

測温抵抗体(RTD)のコア

 

1.    測温抵抗素子の材質

 

特定の金属が測温抵抗素子に使用されています。使用する金属の純度は素子の特性に影響を与えます。温度に対して線形性があるのでプラチナが最も人気があります。 他の 一般的な 材料は、ニッケルと銅ですが、これらのほとんどが白金に置き換わる傾向にあります。まれに使用される金属には、バルコ(鉄ーニッケル合金)、タングステン、イリジウムがあります。

 

2. 温度係数

 

素子の温度係数は、使用する材料の物理 的および 電気的特性です。水の氷点か ら沸点までの温度範囲における単位温度 あたりの平均抵抗変化量を係数で表せます。地域によっては、異なる温度係数を 標準として採用しています。 1983年に EC(国際電気標準会議)が、摂氏1度あたり 0.00385Ω/Ω の温度係数を持つ Pt100Ω(0)DIN(ドイツ工業規格) を採用したため、他のユニットも広く使用されていますが、今でこれがほとんどの国で認められた工業規格です。以下 に温度係数を導出する方法を簡単に説明します。

 

沸点(100) =138.50Ωの抵抗値、 氷点(0) =100.00Ωの抵抗値 ですので、 100度の温度差で38.5 Ωを割り、さらに 100オームの公称値で割ります。

その結果、温度係数(α)の平均値は0.00385となります。

 

• Pt TC = 0.003902  (米国工業規格)

• Pt TC = 0.003920  (旧米国規格)

• Pt TC = 0.003923 (SAMA)

• Pt TC = 0.003916 (JIS)

• Copper TC = 0.0042

• Nickel TC = 0.00617 (DIN)

• Nickel TC = 0.00672 (米国では減少傾向)

• Balco TC = 0.0052

• Tungsten TC = 0.0045

 

温度係数は0から100の間の平均値であることに注意してください。これは温度対抵抗のカーブが、どの温度範囲にわたって も常に線形であるということではありません。

 

3. 公称抵抗値

 

公称抵抗値は、与えられた温度に対して事 前に指定された抵抗値です。IEC-751を含 むほとんどの規格は、その基準点として 0を使用しています。 IEC規格は0 100 Ωですが, 50 Ω,

200 Ω, 400 Ω, 500 Ω, 1000 Ω, 2000 Ωのような公称抵抗値も利用 可能です。

 

 

4. アプリケーションの温度範囲

 

機械的な構成および製造方法に応じてRTD -270から850に使用できますが、温度範囲の仕様は、例えば薄膜、巻線、ガラスカプセル封入などのタイプの違いよって異なります。

 

5. 物理的寸法、サイズ上の制限

 

測温抵抗素子の中で最も重要な寸法は、外 (OD)です。素子は多くの場合、保護シー ス内に収まらなければならないからです。 フィルム型素子にはOD寸法がありません が、同等の寸法を計算するためには、素子の一番長い対角線(シースに挿入される時 に問題となる素子の幅方向の最も長い距 )を見つける必要があります。

 

6.  精度

 

白金抵抗温度計用のIEC751規格は、DIN の精度43760の要件を採用しています。 DIN-IECのクラスAとクラスBの素子の許容偏差値は、下の表に掲載し ています。

 

 

7. 応答時間

 

50%の応答は温度計素子がその定常状態 値の50%に到達するために必要な時間です。 90%の応答は、同様の方法で定義 されます。これらの素子の応答時間は、 水では0.2/秒の流速に対して空気では 1m/秒の風速に対しての応答です。他の媒体についても、熱伝導率が既知であれ ば、計算することができます。直径 0.25"(6.35 mm)のシースを、流速毎秒 0.91 mmの水に浸した場合、温度のステップ変動に対する63%の応答時間は 5.0秒未満です。

 

8. 測定電流と発熱

 

温度測定は、通常、直流電流を使用します。測定電流は必ずRTD内で熱を発生します。許容測定電流は、素子の位置、測定される媒体、メディアの移動速度に よって決定されます。自己発熱因子"S" は、ミリワット(mW)あたりののユ ニットで測定誤差を発生します。ある所定の測定電流が "I" である時、ミリワット値Pは、

   
 
 
 
基礎値からの許容偏差(Class A)
   
許容誤差クラスB
許容偏差クラスB
 
 
 
 
基礎値からの許容偏差(Class B)
     

2017.3.17

販売:オメガ熱電対コネクター及び熱電対、RTD、サーミスタ、

データロガー、温度計、圧力センサー、ロードセル

 

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