計測機器

【温度センサー】測温抵抗体、2線式と3線式の使い分けは?

配管の中のユーティリティや、タンクの中の製品温度を知りたいとき、温度計が用いられます。

その中でも温度変化をリアルタイムに検知し電気信号に変えて出力するものが温度センサーです。様々な原理については、前回の記事でもご紹介したのでご覧ください。

新たにセンサー設置を考えた時、温度精度から抵抗温度計を選ぶ方も多いかと思います。

それでも型式によって配線する数が違うと迷ってしまうのではないでしょうか。今回は、測温抵抗体の2線式と3線式の違いを解説します。

測温抵抗体とは

測温抵抗体とは、抵抗温度計の測温部のこと、もしくはセンサーそのものを指して言う言葉です。

金属の電気抵抗が温度によって変化する特性を利用した原理です(温度が高くなるほど抵抗値が上昇する)。

金属の中でも白金(プラチナ、Pt)は温度による抵抗変化率が高いので、抵抗素子(温度を計測する部分)として多く用いられています。

高価なことで知られる白金ですが、構造としては小さな白金抵抗素子が、温度センサーの保護管(ステンレス製が多い)内の先端部に内蔵されています。

ちなみに他の金属では、銅やニッケルも測温抵抗体として用いられます。

測温抵抗体の2線式と3線式の使い分け

両者の違いは、導線そのものの電気抵抗値の影響を受けるかどうかです。

2線式

温度センサーに配線する端子が2つのみです。

抵抗温度計は測定した電気抵抗値を温度に換算する原理ですが、配線した導線はたとえ電気抵抗が小さな銅などであっても必ず電気抵抗を生じます。

現場では何十mも配線を引っ張ることも多く、また金属の電気抵抗は前述の通り温度によっても変わるため高温下では影響を受けます。

正確に温度を測定するにはこの電気抵抗値を無視できないというわけです。

2線式を用いる場合には、使用した導線の材質と距離を知っておき、表示器において補正をかける必要(導線の往復分の抵抗)があります。

そのため温度センサと変換器が近くにある時以外は、あまり用いられません。

3線式

温度センサーに配線する端子が3つあります。

3つある線をA,B,bで記載し、抵抗素子は導線AとB, bの間にあるとします。

導線A-b間で電気を流し、A-B間で電圧を測定するというふうに、電圧測定をする導線を別にしています。

この場合、導線AとBによる電気抵抗は相殺され、測定される電位差(電圧)は抵抗素子に由来するもののみとなります。

導線の電気抵抗の相殺が成り立つ条件として、3つの導線が同じ材質・長さ・周囲温度である必要があります。

多くの場合、多芯ケーブルで配線されるのでこのあたりの心配はないと思います。

3線式は利便性から、工業用に最も多く使用されている抵抗温度計の型式です。

4線式

なお4線式というものもあり、これは電流供給用の導線2本、電圧測定用の導線2本を持つもので、シンプルな回路構造をしているのが特徴です。

原理的に導線抵抗を受けないタイプですが、高価なため標準機やより精密な測定が必要な機器にしか用いられません。

まとめ

  • 2線式は抵抗値の補正が必要であまり用いられない。
  • 3線式が現場の機器選定としては最も一般的。
  • 4線式は制度は高いが高価なため、精度が求められるときのみ使われる。

温度センサーとして抵抗温度計を選択するときには、3線式のものを選ぶのが無難だと言えます。

是非、参考にしてみてください。

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