実際には、炉の温度は主に2つの方法で測定されます。 1つは、環境に物理的に浸漬される熱電対のような接触型センサー、もう1つは、離れた場所から熱放射を測定する放射温度計のような非接触型センサーです。どちらを選択するかは、炉の最高温度、内部雰囲気、および監視対象の特定の材料またはプロセスによって決まります。
炉の温度測定における核心的な課題は、熱に耐えられるツールを見つけることだけではありません。それは、極限状態にもかかわらず、一貫した正確なデータを提供し、プロセス制御、製品品質、および操作の安全性を確保する測定戦略を選択することです。
接触型測定：熱電対
熱電対は、多くの工業炉や実験炉で直接温度を測定するための最も一般的な装置です。堅牢でよく理解されている技術です。
熱電対の仕組み
熱電対はゼーベック効果に基づいて動作します。これは、異なる金属で作られた2本のワイヤーが一方の端で接合されており、この接合部を測温接点と呼びます。この接合部が加熱されると、その接合部とワイヤーのもう一方の端との温度差に直接比例する微小な電圧が発生します。この電圧はコントローラーによって読み取られ、温度測定値に変換されます。
炉用熱電対の一般的な種類
すべての熱電対が同じではありません。それらは文字で指定され、貴金属タイプは高温炉の用途に不可欠です。
- K型（クロメル-アルメル）： 約1250°C（2282°F）までの温度に適した、汎用で安価なオプションです。
- S型、R型、B型（白金-ロジウム）： これらの「貴金属」熱電対は、高温および高精度アプリケーションの標準です。S型とR型は〜1450°C（2642°F）まで使用され、B型は1700°C（3092°F）まで測定できます。
保護管の重要性
炉内で使用するために、熱電対のワイヤーはセラミックまたは金属製の保護管に収められています。この保護管は、センサーを化学腐食、物理的損傷、および炉雰囲気からの汚染から保護します。これらの要因はワイヤーを劣化させ、不正確な測定値の原因となる可能性があります。
非接触型測定：放射温度計
熱電対では温度が高すぎる場合や、物理的な接触が不可能な場合、放射温度計は不可欠なツールです。安全な距離から温度を測定します。
放射温度測定の原理
赤外線温度計または放射温度計としても知られる放射温度計は、熱を撮影するカメラのように機能します。絶対零度を超えるすべての物体は熱放射を発します。放射温度計には、この放射線を検出器に集束させる光学システムがあり、検出器はエネルギーを物体の表面温度に対応する電気信号に変換します。
放射率の重要な役割
放射率は、材料が熱放射を発する能力を0から1のスケールで測定したものです。完全な黒体は放射率が1.0ですが、光沢のある反射面は0.1の値を持つ場合があります。正確な測定値を得るには、放射温度計を測定対象の特定の材料に合った正しい放射率値に設定する必要があります。誤った設定は、放射温度測定における最も一般的な誤差の原因です。
放射温度計の種類
炉に使用される放射温度計には、主に2つのカテゴリーがあります。
- 単色（または輝度）放射温度計： これらは単一波長での放射強度を測定します。シンプルで効果的ですが、視界を部分的に遮る粉塵、蒸気、煙によって誤作動する可能性があります。
- 比率（または二色）放射温度計： これらは2つの異なる波長での放射強度を測定し、2つの信号の比率に基づいて温度を計算します。これにより、粉塵、蒸気、または汚れた窓によって引き起こされる誤差に対してはるかに耐性があります。これらの障害物は両方の波長に均等に影響する傾向があるためです。
トレードオフの理解
適切なセンサーを選択するには、精度、耐久性、コストを炉の用途の特定の要求とバランスさせる必要があります。
接触型 vs. 非接触型
基本的な選択は、直接浸漬とリモートセンシングの間です。熱電対は周囲の温度（例えば、炉の空気）を測定するのに対し、放射温度計は狙いを定めた物体または炉壁の表面温度を測定します。これらは全く異なる温度である可能性があります。
精度 vs. 耐久性
熱電対は非常に正確な点測定を提供できますが、センサー自体は高温や化学的暴露により時間の経過とともに劣化し、定期的な交換が必要です。放射温度計は熱暴露による劣化はありませんが、その精度は明確な視線と正しい放射率設定に完全に依存します。
環境上の課題
炉の雰囲気は大きな課題となる可能性があります。腐食性ガスは熱電対の保護管やワイヤーを破壊する可能性があります。放射温度計の場合、濃い煙や炎はセンサーの視界を完全に遮断し、比率放射温度計が干渉を「透過」できない限り、役に立たなくなります。
あなたの用途に合った適切な選択をする
あなたの目標が最適な測定戦略を決定します。
- 安定したクリーンな雰囲気で1400°C以下の精密な制御が主な焦点である場合： 信頼性と精度において、S型またはR型熱電対が業界標準です。
- 極めて高い温度（1700°C以上）または移動する物体の測定が主な焦点である場合： 非接触型放射温度計が唯一の実行可能な選択肢です。
- 粉塵、蒸気、または部分的に遮られた環境での測定が主な焦点である場合： 比率（二色）放射温度計が最も信頼性が高く安定した測定値を提供します。
- 1250°C以下の非腐食性炉での費用対効果の高い一般的な監視が主な焦点である場合： K型熱電対は耐久性があり経済的な主力製品です。
最終的に、適切なセンサーを選択することは、効果的な温度制御の基盤であり、最終製品の品質と一貫性を保証します。
要約表：
| 方法 | 原理 | 最大温度 | 主な考慮事項 |
|---|---|---|---|
| 熱電対（接触型） | ゼーベック効果（加熱された接点からの電圧） | 最大1700°C（B型） | センサーは時間の経過とともに劣化します。保護管が必要です。 |
| 放射温度計（非接触型） | 熱放射（赤外線エネルギー） | 非常に高い（>1700°C） | 精度は正しい放射率設定に依存します。 |
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