測温抵抗体はどのように機能するのですか? | RTD 解説ガイド

測温抵抗体 、または RTD は、産業オートメーションで使用される最も信頼性の高い温度センサーの 1 つです。長年にわたって温度センサーや温度制御機器を設計、製造してきたメーカーとして、私たちはプロセス エンジニアやメンテナンス チームから同じ質問をよく聞きます。「測温抵抗体はどのように機能するのですか?」答えは驚くほど簡単で、一度原理を理解すれば、RTD の選択、設置、トラブルシューティングがはるかに簡単になります。

測温抵抗体とは何ですか?

RTD は、金属検知素子の電気抵抗の変化を通じて温度を測定する温度センサーです。名前はまさにその通りです。測温抵抗体は抵抗を検出することで温度を検出します。検出素子はほとんどの場合プラチナであるため、最も一般的な RTD の名称は PT100、PT500、PT1000 です。いずれの場合も、数字は 0°C における素子の公称抵抗を示します。

プラチナは、その抵抗が温度とともに再現性が高く、ほぼ直線的に増加するため、推奨されます。また、耐腐食性があり、多くの熱サイクルにわたって安定した状態を保ちます。白金素子を中心に構築された工業用 RTD は、公称抵抗値、温度係数、およびクラス A やクラス B などの許容クラスを定義する IEC 60751 で標準化されています。

測温抵抗体はどのように機能するのですか?

RTD の動作原理は、温度が上昇すると電気抵抗が上昇するという金属の基本的な特性に基づいています。金属が加熱されると、その結晶格子が熱エネルギーを獲得し、原子の振動がより激しくなります。これらの振動は電流を運ぶ電子を散乱させ、電気が流れにくくします。測定可能な結果は、温度に直接関係する抵抗の増加です。

工業用 RTD プローブでは、感知要素がリード線によって温度トランスミッタ、コントローラ、またはパネル メータに接続されます。この機器は、要素に小さな一定の励起電流を送り、その両端の電圧を測定します。次に、オームの法則、R = V/I を使用して抵抗が計算されます。電流が固定されているため、測定された電圧は抵抗を直接示すものとなり、機器は白金校正曲線を使用して温度測定値に変換します。

IEC 60751 に準拠した PT100 の場合、抵抗の温度係数は 0.00385 Ω/Ω/°C です。実際には、PT100 素子の抵抗は摂氏 1 度ごとに約 0.385 Ω ずつ増加します。この予測可能で安定した関係が、RTD が熱電対では匹敵できない精度と長期ドリフト耐性を実現する理由です。

薄膜および巻線 RTD 要素

センシング素子の構造は、精度、応答時間、コストに影響を与えます。市場を支配しているのは、巻線と薄膜の 2 つのデザインです。

巻線エレメントは、非常に細いプラチナ ワイヤをセラミックまたはガラスのマンドレルに巻き付けて密封することによって作成されます。巻線 RTD は優れた安定性を提供し、高精度の温度測定や実験室の基準作業に古典的な選択肢です。対照的に、薄膜素子は、セラミック基板上に顕微鏡的に薄い白金層を堆積し、それを目標の抵抗までレーザートリミングすることによって製造されます。薄膜 RTD はより小さく、応答が速く、振動に強く、製造がより経済的であるため、一般的な産業用途の標準となっています。

2 線式、3 線式、および 4 線式 RTD 配線

RTD は受動センサーです。つまり、読み取りを行う前に外部電流によって励起する必要があります。検出素子を機器に接続するリード線にも抵抗があり、この抵抗は慎重に管理しないと温度測定値を損なう可能性があります。

2 線式 RTD は最も単純な構成です。1 本の線が電流を供給し、同じ 2 本の線でループが完成します。この機器は素子の抵抗だけでなく両方のリード線の抵抗も測定するため、リード線の長さが増加するにつれて測定値はより高くドリフトします。 2 線式 RTD は、中程度の精度要件を持つ短いローカル接続に使用できます。

業界で最も一般的な構成である 3 線式 RTD は、電流経路を検出経路から分離します。センスワイヤには意味のある電流が流れないため、リード線の抵抗を測定して差し引くことができ、リード線の抵抗誤差を効果的に排除できます。 4 線式 RTD は完全に独立した電流と検出のペアによりさらに一歩進んでおり、すべての中で最高の精度を提供します。 4 線式接続は、測定にリード線抵抗の影響を与えないようにする必要がある場合に使用されます。

一般的な産業用途

測温抵抗体は幅広い産業範囲にわたって優れた精度、安定性、直線性を提供するため、ほぼすべてのプロセス産業で使用されています。当社は精製石油から包装食品まであらゆるものを扱うプラントに RTD プローブを供給しており、一般的な用途は世界中でほぼ同じです。

• 石油化学および天然ガスプラント: パイプライン、貯蔵タンク、反応器の温度監視。
• 化学および日用化学工業: 安定した測定が重要なプロセス容器および混合タンク。
• 食品機械: 洗浄環境における衛生的な製品およびプロセスの温度測定。
• 分析機器: 分析装置内で安定した温度基準を提供するコンパクトな RTD エレメント。
• 工業炉および熱処理装置: 熱電対の精度が低い低温ステージ用の RTD。

たとえば、石油化学プラントでは、RTD がパイプラインと反応器の温度を監視しており、わずかな偏差が製品の品質や安全性に影響を与える可能性があります。の多くのオペレーター 石油化学産業 既存のプロセス接続に直接ねじ込む固定ネジ RTD を選択すると、設置とメンテナンスが簡素化されます。

食品機械分野では、プローブは精度と衛生的な設計を組み合わせる必要があります。滑らかな表面を備えたステンレス鋼の食品グレード RTD プローブは、定期的な洗浄に耐えながら製品およびプロセスの温度を測定するために使用されます。当社は、まさにこれらの環境向けに、食品グレードのステンレス鋼チップを備えた PT1000、PT100、および NTC プローブを製造しています。

肉、バーベキュー、オーブン用のステンレス製食品グレード RTD プローブ この食品グレードのプローブは、PT1000、PT100、または NTC エレメントと滑らかなステンレス鋼の先端を組み合わせており、精度と洗浄性が要求される衛生的な食品機械に適しています。カスタマイズ可能な長さとワイヤのオプションにより、プロセスのマッチングがサポートされます。 製品を見る→

プロセスに適した RTD の選択

RTD プローブを選択する場合、動作原理だけで十分な場合はほとんどありません。センサーはプロセスに適合する必要があります。温度範囲、許容クラス、シースの材質、プローブの長さ、取り付けスタイルのすべてがセンサーの性能を決定します。

公差クラスは最も重要な仕様の 1 つです。クラス A RTD エレメントは、標準のクラス B エレメントよりも優れた精度を提供します。製品の品質やプロセス効率が正確な温度に依存する場合、このプレミアムは、多くの場合、わずかな追加コストに見合う価値があります。 Jiangsu Zhaolong Electrics では、316 ステンレス鋼シースの内側にクラス A プラチナ要素を備えた PT100 RTD を工場で直接製造しており、要求の厳しい産業サービス向けに 200 °C ～ 450 °C の実用的な動作範囲を実現しています。

クラス A PT100 RTD プローブ、316 ステンレス鋼、1/2 インチネジ付き クラス A プラチナ エレメントと 316 ステンレス鋼シースを備えたこのネジ付きプローブは、-200°C ～ 450°C で動作します。固定ネジによりタンクやパイプラインに直接取り付けることができ、工業用温度測定に正確かつ簡単に取り付けることができます。 製品を見る→

取り付けスタイルは、要素とほぼ同じくらい重要です。固定ネジ熱抵抗プローブは、タンク、パイプライン、または機械のネジ付きボスに直接取り付けることができ、追加のクランプやブラケットを使用せずに漏れのない接続を作成できます。このスタイルは、設置時間を短縮し、センシング チップを適切な位置に正確に保持できるため、プラント メンテナンス エンジニアの間で特に人気があります。

固定ねじ式熱抵抗プローブ（WZPK-201） この固定ネジ熱抵抗プローブは、ネジ付きボスに直接漏れのないように取り付けることができるため、組み立て時間が短縮されます。 -200°C ～ 420°C の範囲と高速応答により、信頼性の高い取り付けと正確なセンシングが重要となるプラント メンテナンス アプリケーションに適しています。 製品を見る→

プラント内の既存の RTD を交換する場合は、これらのパラメータを一致させることが不可欠です。当社のエンジニアリング チームは、レガシー機器に適合するカスタム プローブ、非標準の長さ、特殊な取り付けネジを提供することもできます。これは、世界中の顧客に温度センサーを長年供給してきた当社のサービスによって洗練されてきました。

結論

測温抵抗体がどのように機能するかを理解するには、単純な事実から始まります。金属は温度によって抵抗値が変化し、プラチナは再現性の高い方法で抵抗値が変化します。プローブの中心部にある PT100 要素から、その信号を伝送する 3 線または 4 線接続に至るまで、RTD のすべての部分は、物理的変化を正確で信頼性の高い温度読み取り値に変換するように設計されています。

プロセスに適した RTD の選択についてサポートが必要な場合、または特殊な設置のためにカスタム温度センサーが必要な場合は、当社のエンジニアがいつでもお手伝いいたします。 私たちのチームに連絡してください お客様のアプリケーションに適したソリューションについて喜んでご相談させていただきます。