金属管上にスポット溶接した熱電対による温度測定

質問

金属管内部に流体を流し，金属管自体に直接通電加熱する場合の金属管表面の温度を熱電対で測定する場合，通常絶縁材を熱電対と金属管の間に挟む必要があると思うのですが，熱電対を金属管の外管上に直接，スポット溶接すると書いてあるのをよくみます．勿論理想的に点で熱電対を溶接できれば，通電加熱の影響は，少ないと思いますが，厳密には，通電加熱の影響が測定上影響してくると思います．この場合，通電加熱（交流または直流）の影響をうけずに精度よく測定するには，どのようにして校正するのか？または精度よく測定できないのか？できないとすれば，誤差の見積もりはどのようにすればよいのか？など教えて頂けませんか？
それでは宜しくお願いします

回答No.3

foobar · ベストアンサー

#2の訂正(オ－ダ－を3桁間違えました。)

誤:(抵抗線で大体抵抗率が400nΩm程度、加熱電流の密度を50A/mm^2、配管厚1mm、スポット径1mmと仮定すると、スポット径による電圧はせいぜい20μV程度(1K相当)以下、と言うことになりそうに思います。)
この条件だと、最悪で20mV程度になってしまいます。(ちょっと電流密度やスポット径を大きめに選びすぎたかな)

お礼

より詳細なご検討結果を，教えて頂きありがとうございました．上記の結果ですと，やはり素線で直接は，温度を計測することはできないようですね．熱電対をスポット溶接という記述は，非接地形のシース熱電対をスポット溶接という意味かもしれません．文献には，非接地とは明記されていなかったのですが．

回答No.2

foobar

・マイカなどの電気絶縁体は同時に（大抵の場合は）熱絶縁体でもあるので、絶縁体両面で温度差がつき易い。
(熱電対からはリ－ドなどを通じて熱の出入りがあります。で、測定部に熱抵抗の高いものをはさむと、ここでの温度勾配が誤差の要因になります)
・熱電対と測定点の間に物をはさむと、その熱容量で温度変化に対する時間応答が遅くなります。急激な温度変化を捉える場合には、これも結構重要な問題かと。

1kAの加熱電流が配管に均等に流れたと仮定して、スポットのサイズを熱電対と同程度と仮定すれば、スポット径内で生じる電圧の幅が概ね評価できるかと思います。
(抵抗線で大体抵抗率が400nΩm程度、加熱電流の密度を50A/mm^2、配管厚1mm、スポット径1mmと仮定すると、スポット径による電圧はせいぜい20μV程度(1K相当)以下、と言うことになりそうに思います。)

回答No.1

foobar

通電している金属に直接熱電対を付けた場合、
熱電対の接点に加熱電流の一部が流れる事による影響もあるでしょうが、
1. 接点が対地電位をもつこと
2. 交流加熱するときや直流加熱でも加熱電流を変えたときにおきる周辺磁界の変動によるノイズ(電磁誘導)(もっとも、これは絶縁を介して付けても影響がありますが)
の影響も結構大きいようです。

加熱電流の影響は、
温度計出力を記録しながら
短時間だけ加熱電流を流してみる
加熱電流0->加熱電流あり
加熱電流あり->0
で温度出力が振られなければOK
(加熱電流の影響があれば、加熱電流を流したときだけ温度の指示が振られるかと)
と言うような手順で確認することになるかと思います。

お礼

ありがとうございます。ただ、加熱電流の影響があるという場合には、その影響を厳密に熱電対の温度校正に反映させるのは、結構たいへんだと思います（たとえば直流加熱で1000A流した場合には、その影響がわずかでも(1mVでｋの場合には25度にも）、温度に換算すれば非常に大きな測定誤差になると思います。このような精度のわるい方法を用いるメリットは何だとおもいますか？マイカなどを間に入れれば、まったく問題なく測定できると思うのですが。