K型熱電対プローブ（秋月電子通商）による温度測定

データのチェック、確認のための実験が終わりましたのであらためて記事にさせていただきます。

--------

たいへん恥ずかしく申し訳ないのですが、記事の中で使ったデータの取り扱いに問題が見つかりました。

問題箇所は測温抵抗体の測定値で、計算に使用したパラメータが間違っており結果が実際より0.4℃ほど低めになっていたようです。熱電対の測定結果はそれと一致していたわけですから熱電対は実際の温度より低めを示していたということになります。

確認のための実験を再度行った上であらためて記事をアップさあせていただきます。

--------

K型熱電対と(白金)測温抵抗体で温度を測り比べてみました。測温抵抗体(Pt100)は手元にある温度センサーの中でもっとも確度の高い（不確かさの小さい）と思われる1/3 DINのタイプです。測温抵抗体を基準にK型熱電対の誤差（基準起電力と実際の起電力の差）をチェックするという意味合いになります。

“K型熱電対プローブ”というのは秋月電子通商で取り扱っている廉価版の熱電対の二つのうちの一つです（これ以外に一桁高いものがあります）

もう一つの「K型熱電対 ステンレス管タイプ」については「K型熱電対　ステンレス管タイプ（秋月電子通商）による温度測定」に書いたように補償導線が使われているため使い方によっては誤差が大きくなります。

“K型熱電対 プローブ”には補償導線は使われていないので期待が高まります (^^)
　　

　
========

実験方法は次のとおりです。

1. 氷点にある断熱容器（魔法瓶）に熱電対の冷接点を入れます。
2. お湯の入った（断熱していない）容器に熱電対の熱接点と測温抵抗体（Pt100）を入れます。
3. お湯が冷めたら、容器の水を冷蔵庫で冷やしておいた水と入れ替えます。


　　冷接点＝氷点---------------------熱接点とPt100（10℃～50℃）

という関係になっています。

Pt100は抵抗を測り「(白金)測温抵抗体（白金薄膜抵抗）の使い方 - 基礎編というか入門編というか....」にある計算式で温度に変換します。氷点での校正を行っており今回測定した温度範囲では誤差は±0.1℃以下になっていると思います。

熱電対の方は規準起電力表にしたがって熱起電力を温度に変換します。具体的には「熱電対の起電力の近似式 - 起電力と温度の相互変換」にある式を用います。

--------

時系列的な実験結果を示します。


Pt100と比較するとだいたい-0.6℃から-0.2℃くらいの差があります。これだけではよくわからないのでPt100の温度に対する熱電対のグラフを作ってみます。



違いは低い温度では小さく高い温度では大きくなっています。0℃での違いを外挿するとだいたいゼロになります。

この理由・原因について考えてみます。

1. Pt100の測定値の方が間違っている。

これはないと思います。（摂氏の）温度に比例した誤差が発生するのはPt100のふつうの性質ですが、今回使ったのは氷点で校正してある1/3 DINですからこの温度範囲では0.2℃～0.6℃も誤差があるというのは考えにくいです。

2. 氷点の温度が0℃でなかった

この場合は全温度範囲に対して同程度の誤差が発生します。グラフを見るように違いは温度にだいたい比例しています。

3. 熱電対とPt100のレスポンスの差

これは測定値が正しくても誤差に見えてしまいます。ただ今回の場合温度変化はゆっくりしたものですし温度差が温度変化が速いほど違いが大きいという傾向もありませんので原因ではないと思われます。

4. 室温が熱接点に影響している

これはありうるのですがとうぜん測定対象と室温の差で誤差が決まります。少なくとも主要な要因にはなっていないと思います。

5. 室温が冷接点に影響している

これもありうるのですがこの場合氷点が正しく作れていない場合と同じく全温度範囲で同じような誤差が発生するはずですのでこれも主要な要因ではないと思います。

6. 冷接点が熱接点に影響している

この場合は上のグラフにあるような誤差が発生します。この実験の後冷接点・熱接点の置かれた環境との熱抵抗が低くなるような対策をとったのですが25℃では熱電対の規準起電力との違いに変化はありませんでした。4.、5.とも合わせ線材を伝わる熱による誤差は今のところ検出できていません。

-------

ということで上のグラフに見られる熱電対の起電力と規準起電力表との差は熱電対自体の誤差が原因だと思われます。

記事の右側にあるアクセスランキングを見ると熱起電力の近似式をがんばって作った「熱電対の起電力の近似式 - 起電力と温度の相互変換」の記事が人気がありますが、近似式としてはE=T*40 で十分ではないかという気がします。

--------

関連

　　「記事一覧（測定、電子工作、天文計算）」

　　「PICで作る温度計のセンサー比較」
　　「正確な温度を求めて (1)」
　　「氷点 - 摂氏0度の作り方」

　　「K型熱電対　ステンレス管タイプ（秋月電子通商）による温度測定」
　　「測温抵抗体と熱電対とサーミスタの温度測定値を比較してみた」
　　「はんだの融点（共晶点）で熱電対を校正できるか？ - 1」
　　「はんだの相転移を検出できた！？ - 共晶点と熱電対温度計」
　　「K型熱電対プローブ（秋月電子通商）による温度測定」　（この記事）
　　「“Ｋ型熱電対　ステンレス管タイプ”（秋月電子通商）に関するディベート」
　　「K型熱電対　ステンレス管タイプ（秋月電子通商）の誤差を考える」
　　「じつはT型のような気がする秋月のK型熱電対」　<== 事実誤認記事
　　「熱電対素線（タイプK、クロメル=アルメル）をハンダ付けしてみた」　<== 事実誤認記事
　　「クロメルのハンダ付けはやっぱり難しそう 」

　　「あんまり違いがないK型熱電対とT型熱電対の熱起電力」
　　「熱電対起電力を直接測定できる22bit(20.6bit)ADコンバータMCP3553」
　　「「PICとMCP3425で作るK熱電対温度計 - やっぱり計装アンプLT1167を使う」」
　　「PICとMCP3425で作るK熱電対温度計 - OPA277PAでプリアンプを作る」
　　「熱電対の起電力の近似式 - 起電力と温度の相互変換 （250℃～1300℃編）」
　　「熱電対の起電力の近似式 - 起電力と温度の相互変換」　（-20℃～120℃編）

参考

　　「学習院 - 仲山英之・石井菊次郎 - 2-1 温度測定」
　　「岩手大学農学部 岡田益己 - 温度の正しい測り方（３）熱電対の作り方・使い方」
　　「アナログ・デバイセズ - 熱電対温度計測に関する不明瞭な部分の理解」
　　「株式会社東京熱学 - 2-3 熱電対の許容差」