熱電対延長と補償導線：温度検知範囲の拡張

工業用温度測定において、熱電対は広い測定範囲、堅牢性、そして高速性から最高の性能を発揮します。しかし、根本的な課題が存在します。温度に敏感な接点は測定点（例えば炉内）に設置する必要がある一方、高価で高感度な測定機器（トランスミッター、PLC）は、安全で管理された環境、多くの場合数メートル離れた場所に設置する必要があります。これらを通常の銅線で直接接続すると、意図しない新たな熱電接合部が生じ、大きな測定誤差が生じます。そこで、熱電対延長線と補償導線が登場します。これらは、熱電対からのミリボルト信号を歪みなく、正確かつ費用対効果の高い方法で読み取り装置に伝送するために設計された特殊なケーブルです。

コアサイエンス：熱起電力の保存

その原理はゼーベック効果に基づいています。熱電対は、その温接点（測定点）と冷接点（基準点、通常は計測器側）の温度差に基づいて微小な電圧（起電力）を発生させます。延長線／補償導線の主な機能は、有効な冷接点を熱電対のヘッドから計測器の端子に移動させることです。

• 理想的なワイヤー: 理想的には、延長線は熱電対本体と全く同じ金属（例えば、K型の場合はクロメルとアルメル）で作られます。これは延長グレード線と呼ばれます。これは本質的に、継ぎ目のない熱電対の延長バージョンです。

• 実用的かつ経済的なワイヤー： 最も一般的な熱電対タイプ（K、J、T、Eなど）では、多くの場合高価な熱電対合金から非常に長いケーブルを製造することは、コスト的に困難です。そこで、補償グレードのワイヤが使用されます。補償グレードのワイヤは、銅や銅ニッケル合金などの安価な金属から作られ、限られた低温範囲（通常0～200℃）においてのみ、真の熱電対金属の熱電特性を模倣するように慎重に設計されています。

主な定義: 延長線と補償線

この重要な区別は、材料と用途に基づいています。

• 延長コード: 熱電対ペアと同じ公称組成の導体を使用しています（例：KX型はクロメルとアルメルを使用しています）。熱電対の全温度範囲で使用でき、通常はセンサーに最も近い最も高温の領域で使用されます。価格は高めです。

• 補償線: 異なる組成の導体を使用し、熱電対と同様の起電力と温度の関係を示しますが、周囲温度が低い場合にのみ適用されます。熱電対ヘッドと計測器間の周囲温度域向けに設計されており、長距離配線の場合に経済的です。

ケーブルの構造：2本のワイヤーだけではない

適切な熱電対ケーブルは、慎重に組み立てられたシステムです。

• 導体ペア: 2本の絶縁電線は、それぞれ熱電対の種類（K、J、Tなど）に応じた特定の合金で作られています。極性は重要であり、色分けによって区別されます（国際標準化：例えば、IEC 60584-3に基づき、タイプKのプラスは緑、マイナスは白）。

• 個別断熱： 色分けされた PVC、PTFE (テフロン)、またはグラスファイバー。温度定格と耐薬品性に​​応じて選択されます。

• 全体シールド: モーター、ドライブ、電力線によって生成される電磁干渉 (EMI) から繊細なミリボルト信号を保護するために、編組銅またはアルミ箔シールドが組み込まれることがよくあります。

• アウタージャケット: 機械的な保護を提供します。一般的な素材には、PVC、ピュア（耐油性／耐屈曲性）、FEP（耐熱性／耐薬品性）などがあります。

選択と設置：精度の確保

測定の整合性を保つには、正しいワイヤを選択することが最も重要です。

• 熱電対タイプを一致させる: K型熱電対には、KX型（延長線）またはKC型（補償線）の熱電対線を使用する必要があります。異なる種類の熱電対を混在させると、予測できない大きな誤差が生じます。

• 温度ゾーンを理解する: 高温にさらされる部分（炉の近くなど）には、延長グレードを使用してください。工場内の常温でケーブルトレイを通る長い配線には、補償グレードを使用してください。

• 温度制限を守る: 補償導線をプロセス計測点付近の温度にさらさないでください。高温になると、校正された模擬動作が機能しなくなり、誤差が生じます。

• 極性と接続: すべての接続ポイント（ヘッド、接続箱、計器）において、正しい極性（正極同士の正極）を確認してください。異種金属による寄生接合を避けるため、専用の熱電対コネクタまたは端子台を使用してください。

• シールドとルーティング: 電気ノイズの多い環境では、必ずシールド ケーブルを使用し、できれば別のトレイまたは導管を使用して、電源ケーブルから離して配線してください。

一般的な用途: 精度が最も重要となる場合

これらのワイヤはプロセス産業で広く使用されています。

• 石油化学および精製: 炉、反応器、蒸留塔の熱電対を数百メートル離れた制御室に接続します。

• 発電: ボイラー、タービン、蒸気ライン センサーからの信号を拡張します。

• 医薬品および食品加工: 機器がクリーンルームまたは洗浄エリアの外に設置されている衛生的な環境。

• プラスチックおよび半導体製造: 押出機、金型、拡散炉の精密な温度制御に。

熱電対の延長線と補償導線は単なる導体ではなく、温度測定システム自体を構成する校正済みコンポーネントです。これらの選定や設置における誤り（種類の不一致、極性の逆接続、過熱など）は、温度測定値の誤りに直結し、製品品質の低下、エネルギーの無駄、さらには安全上の事故につながる可能性があります。エンジニアは、これらの原理を理解し、延長線と補償線の種類の違いを尊重し、厳格な設置手順に従うことで、熱接点で生成された貴重なデータがコントローラに忠実に伝送され、プロセス制御ループ全体の整合性が維持されることを保証できます。