熱電対の基礎と構造、測定原理の解説

熱電対（ねつでんつい、英: thermocouple）は、2種類の異なる金属線を先端同士で接触させて閉回路を作り、接合点に発生する熱起電力（電圧）を利用して温度差を測定する温度センサーである。あるいは、その回路を構成する2種類の金属線そのものを指すこともある。

異なる2種類の金属を接合し、それぞれの熱電能の違いを利用することで、2つの接合点間に生じる温度差に応じた起電力が発生する。この物理現象は1821年にドイツの物理学者トーマス・ゼーベックによって発見され、ゼーベック効果と呼ばれる。

測定原理と構成要素

熱電対による温度測定では、測定対象に接触させる側を「熱接点（測定接点）」、基準となる温度を維持する側を「冷接点（基準接点）」と呼ぶ。冷接点の温度が既知であれば、発生する熱起電力を測定して既知の起電力表と照合することにより、熱接点の温度を算出することが可能となる。

実用的な計測においては、感温部から計測器までの配線に貴金属や卑金属の合金線が用いられる。貴金属熱電対を高価であるため全配線に使用する代わりに、常温付近となる配線用には「補償導線」と呼ばれる類似の熱起電力特性を持つ安価な合金線が用いられることがある。ただし、補償導線との接続点に温度差が存在すると測定誤差の要因となるため注意が必要である。

種類と特性

熱電対は使用する金属の組み合わせによって測定温度範囲や感度が異なり、国際規格（IEC）や日本産業規格（JIS）などによって各種の形式が定められている。

主な熱電対の規格と例

構造と保護管

産業用途において、細い熱電対を物理的・化学的環境から保護するために「熱電対保護管」が使用される。保護管には銅、ステンレス、インコネルなどの金属材料や、高純度アルミナ、石英などの非金属材料が用いられる。

金属保護管の内部に酸化マグネシウムやシリカ粉末を高密度に充填した構造のものは「シース熱電対」と呼ばれ、耐環境性と応答性に優れて広く流通している。