温度センサーガイド: タイプ、動作原理、および選択要素

温度は業界で最も頻繁に測定される変数の 1 つですが、 温度センサー プロジェクトの後半で選択されることがよくあります。私たちはこのパターンを何度も見てきました。つまり、パイプ、オーブン、タンク、または制御パネルがすでに設計された後でプローブが選択されるということです。その結果、通常、応答速度、設置の適合性、または耐用年数が犠牲になります。より現実的なアプローチは、センサーが何をする必要があるかを理解し、センサー要素、保護、取り付け、信号出力をジョブに適合させることです。

温度センサーが実際に測定するもの

温度センサーは、熱状態を読み取り、送信、または制御できる信号に変換するデバイスです。その信号は、抵抗値、小さな電圧、電流ループ、またはデジタル読み取り値などです。センシング要素はストーリーの一部にすぎません。産業用途では、センサーには通常、保護シース、絶縁体、接続ヘッド、プロセス接続が含まれ、場合によっては統合された送信機が含まれます。

これが、同様の精度を主張する 2 つのセンサーのパフォーマンスが大きく異なる可能性がある理由です。応答時間は質量と熱接触によって異なります。安定性は材質と動作温度によって異なります。耐用年数は、腐食、振動、湿気、設置深さによって異なります。私たちの経験では、紙の上では正しく見えるセンサーでも、アセンブリが実際のプロセス条件と一致していないと期待を裏切られる可能性があります。

主な温度センサーの種類

ほとんどの工業用温度測定は、熱電対、測温抵抗体、サーミスター、赤外線センサーなどのいくつかのファミリーに分類されます。バイメタル温度計も局所表示用に一般的ですが、コンパクトなデジタル センサーは機器や実験室の用途に役立ちます。各タイプは、射程、精度、速度、コストのバランスが異なります。

熱電対は極度の熱と振動に耐えられるため、炉、排気ライン、高温プロセスによく選ばれます。 RTD は、安定性と精度が重要な場合、特に食品、製薬、分析、および低温の産業用途で好まれます。サーミスタは、広範囲よりも感度が重要なコンパクトな機器に役立ちます。赤外線センサーは接触が現実的でない場合に役立ちますが、慎重な照準と表面放射率の現実的な表示が必要です。

安定した抵抗基準が必要なプロジェクトの場合、工場直送のクラス A 316 RTD PT100 が、多くの中温での作業の実用的な出発点となります。

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温度センサーが実際にどのように機能するか

熱電対はゼーベック効果を利用します。つまり、2 つの異なる金属の接合部の温度が異なると、小さな電圧が発生します。測定接点はプロセス内にありますが、基準接点は通常、端子またはトランスミッタの内部にあります。これが、冷接点補償が重要となる理由です。これがないと、接続ヘッドが温まったり冷えたりするにつれて測定値が変化する可能性があります。

RTD は動作が異なります。温度が上昇すると、その抵抗は予測可能な方法で増加します。たとえば、PT100 は 0 °C で公称 100 オームです。抵抗変化が小さいため、リード抵抗が精度に影響を与える可能性があります。 3 線式および 4 線式接続は、ケーブル抵抗を補償するのに役立ちます。サーミスタは温度によって抵抗も変化しますが、通常は狭い範囲にわたって急峻で非線形に変化します。

赤外線センサーは、表面から放出される熱放射を読み取ります。気温を直接測定することはなく、障害物を通して見ることもできません。放射率、ターゲットのサイズ、距離、背景の反射はすべて結果に影響します。すべてのタイプのセンサーにおいて、適切な信号配線、シールド、接地は測定システムの一部であり、オプションではありません。

• 感知素子は温度に反応します。
• シースは素子を保護し、熱を伝導します。
• 接続ヘッドは端子と配線を保護します。
• 送信機またはコントローラーは信号を使用可能な出力に変換します。

データシートよりも重要な選択要素

データシートは有用な出発点を提供しますが、インストール全体について説明しているわけではありません。温度センサーを選択する前に、次のことを確認してください。

• 温度範囲: 始動、清掃、または状況の乱れに備えて余裕を持たせてください。
• 精度と再現性: 絶対的な精度が必要か、それとも一貫した傾向データが必要かを決定します。
• 応答時間: 細いプローブは応答が速くなりますが、耐久性が劣る可能性があります。
• プロセス環境: 腐食、圧力、振動、湿気、ウォッシュダウンを確認します。
• 浸漬深さ: 感知領域は代表的なプロセス温度に達する必要があります。
• 取り付け: ねじ山、フランジ、クランプ、磁気継手、または圧縮継手はすべて、さまざまな用途に適しています。
• 信号出力: センサーをコントローラー、PLC、または送信機の入力に合わせます。
• メンテナンスアクセス: 検査、交換、校正を計画します。

間違った選択によるコストを考えることも役立ちます。早期に故障した低コストのセンサーは、特にダウンタイムやバッチの拒否を引き起こした場合、より適合したアセンブリよりもはるかに高価になる可能性があります。

センサーをプロセスに適合させる

業界が異なれば、温度センサーに対する要求も異なります。石油化学および天然ガスのサービスでは、プローブに堅牢なシース、密閉性、および天候や腐食性雰囲気からの保護が必要な場合があります。化学薬品および日常の化学薬品の製造では、容器、配管、および洗浄ルーチンとの適合性が重要です。食品機械には、衛生的なプローブ、滑らかな表面、洗浄や製品との接触に適した素材が必要です。分析機器には多くの場合、小さな筐体内に収まるコンパクトで安定したセンサーが必要です。

私たちの 業界のアプリケーションページ これらの要件をグループ化して、カタログ番号ではなくプロセスから選択が始まるようにします。炉、窯、および高温機器の場合、雰囲気とシースの材質が適切であれば、定格 1,200 °C のステンレス鋼 K タイプ プローブが一般的な選択肢です。

工業炉用1200℃K型熱電対センサー 高温工業炉センシング用のステンレス鋼製 K タイプ熱電対プローブ。リストされた公差クラスと選択可能な測定範囲を備えています。 製品を見る→

低温の食品や実験室での作業には、食品グレードのステンレス鋼シースを備えた PT100 または PT1000 プローブの方が適切な場合があります。パイプやロールの表面測定には、粘着式センサーまたは磁気センサーを使用すると取り付けが簡単になります。重要なのは、プローブの形状を表面に合わせることであり、標準プローブを無理に無理な位置に押し込まないことです。

インストールとメンテナンスに関する注意事項

温度測定の問題の多くは設置時に始まります。プローブが短すぎたり、緩すぎたり、密閉性が不十分であると、プロセス温度を確実に報告できません。次の実際的な点を考慮してください。

1. 接続ヘッドをその温度制限内に保ちながら、プロセス温度に達するまでプローブを十分に深く浸します。
2. 適切なネジ山シーラントまたはガスケットを使用し、テーパーネジを締めすぎないようにしてください。
3. 信号ケーブルを電源ケーブルから離して配線し、電気ノイズが存在する場所にはシールドを使用します。
4. 高振動環境で長いプローブをサポートし、溶接部やねじ部の疲労をチェックします。
5. 周囲条件が読み取り値に影響を与える可能性がある場合は、露出部分を絶縁してください。
6. ベースラインの読み取り値を記録し、適切な間隔で校正をチェックします。

センサーの信頼性を高めるために複雑である必要はありませんが、保護する機器と同じ注意を払って取り付ける必要があります。

信号出力、制御、遠隔監視

温度センサーが単独で機能することはほとんどありません。最新の制御ループでは、センサーはトランスミッター、コントローラー、PLC、またはリモート監視システムに信号を送ります。接続ヘッドにローカル送信機を搭載することで、ノイズの拾いを低減し、配線を簡素化できます。 4 ～ 20 mA 出力は、長いケーブル配線でも堅牢であり、統合が容易であるため、現在でも広く使用されています。デジタル出力とディスプレイ コントローラーは、ローカルでの読み取りと設定が必要な場合に役立ちます。

送信機はセンサーのタイプ、範囲、環境に応じて選択する必要があります。完全に絶縁された統合温度トランスミッタは、測定回路をグランド ループや電気的干渉から分離するのに役立ちます。これは、改造プロジェクトや電気的にノイズの多いプラントで価値があります。

完全に絶縁された統合型温度トランスミッタ RTD、熱電対、抵抗、電圧入力用の完全に絶縁された 2 線式トランスミッタで、ノイズの多い設置場所や改造設置場所に 4 ～ 20 mA の出力を提供します。 製品を見る→

制御側では、PID コントローラー、アナログ指示計、バイメタル温度計がそれぞれ異なる役割を果たします。コントローラーはセンサー入力、温度範囲、必要な出力と一致する必要があります。リモート監視の場合は、信号経路と電源を早めに計画してください。優れたセンサーでは不適切に設計されたループを補うことができないためです。

注文前の実用的なチェックリスト

ご注文前に、プロセス温度範囲、必要な精度、設置インターフェース、周囲条件、ケーブル長、ご希望の出力を書き留めてください。取り付けポイントのスケッチが利用可能な場合は追加します。この情報は、特に標準センサーを適切に取り付けるために小さな変更が必要な場合に、単一のモデル番号よりもはるかに役立ちます。

• 正常温度と最高温度は何度ですか?
• プロセスは液体、気体、表面、または半固体ですか?
• どのようなネジ、フランジ、またはクランプが利用可能ですか?
• 挿入長はどのくらいまで可能ですか？
• そのエリアは濡れていませんか、ほこり、腐食性、または爆発性がありますか?
• コントローラーまたは PLC はどのような入力を想定していますか?
• センサーはどのようにテストまたは交換されますか?

これらの点で不明な点がある場合は、 プロセス条件をお送りください そして簡単なスケッチ。多くの場合、最初に短い技術的な会話をすることで、その後の長い修正を回避でき、受け取った温度センサーがその機能に本当に適しているかどうかを確認するのに役立ちます。