測定技術

測温抵抗体とは?Pt100のしくみ、熱電対との違いと3線式にする理由

測温抵抗体Pt100のアイキャッチ。ステンレスの測温抵抗体と3本の導線の写真風の絵に「測温抵抗体Pt100とは」「熱電対との違いと3線式」の文字

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測温抵抗体とは、白金などの金属の電気抵抗が温度で変わる性質を使った温度センサーです。熱電対との使い分けは違いの節、3線式にする理由は導線の誤差の節にあります。

結論|まず30秒でわかる答え

いちばん使われるPt100は、0℃で100Ω、温度が1℃上がるごとにおよそ0.39Ω増えます(100℃で約138.5Ω)。熱電対より精度と安定性がよく、室温〜数百℃の精密な測定に向いています。導線の抵抗が誤差になるので、3線式や4線式で配線します。

測温抵抗体とは?白金の抵抗で温度を測る

金属は温度が上がると、中の原子の揺れが大きくなって電子が通りにくくなり、抵抗が増えます。白金は、この変化が安定していて、くり返し使っても変わりにくいので、温度の基準になる材料として使われます。名前の Pt は白金、100 は0℃での抵抗値(100Ω)です。

公式
R = 100 ×(1 + A×t + B×t²)[Ω](0℃以上、A=3.9083×10⁻³、B=−5.775×10⁻⁷)
STEP 1

50℃:A×t=0.195415、B×t²=−0.001444

STEP 2

R=100×(1+0.195415−0.001444)≒119.40Ω

STEP 3

100℃:R=100×(1+0.39083−0.005775)≒138.51Ω

STEP 4

0〜100℃の平均で、1℃あたり約0.385Ω

POINT

1℃で0.385Ωしか変わらないので、わずかな抵抗の誤差が温度の誤差になります。導線の抵抗や、測るために流す電流で自分が温まること(自己加熱)に気をつけるのが、測温抵抗体を使うときの2つのポイントです。

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熱電対との違いと使い分け

測温抵抗体(Pt100)熱電対(K など)
しくみ白金の抵抗が温度で変わる2種類の金属の温度差で電圧が出る
得意な温度−200〜600℃程度(品種による)高い温度(K なら1,000℃以上も)
精度・安定性よい(クラスAで0℃のとき ±0.15℃)測定器の冷接点補償しだい
測定に要るもの電流を流して抵抗を測る小さな電圧を測る(冷接点補償)
延長の線3線式・4線式の導線補償導線
許容差(JIS C 1604)式
クラスA±(0.15+0.002|t|)℃
クラスB±(0.3+0.005|t|)℃
注意|ここで間違えやすい

許容差の式の |t| は測る温度の絶対値です(例:100℃ならクラスBで ±0.8℃)。クラスAA・クラスAは2線式には使えません。適用できる温度範囲は品種や構造で違うので、規格とメーカーのカタログで確かめてください。

導線の抵抗の誤差と、3線式にする理由

例:2線式で、導線の往復の抵抗が 1Ω のとき

STEP 1

測定器は「センサー+導線」の抵抗をまとめて測ってしまう

STEP 2

1Ω 多く測ると、1÷0.385≒2.6℃ 高い温度として表示される

STEP 3

線が長い・細いほど導線の抵抗が大きく、誤差も大きくなる

STEP 4

3線式では、導線の抵抗をブリッジの隣どうしの辺に入れて打ち消す(3本の導線の抵抗が等しいことが前提)

配線導線の抵抗の扱い使いどころ
2線式そのまま誤差になる線が短い・精度がいらない
3線式打ち消す(3本が等しければ)工場の温度測定でいちばん多い
4線式電流を流す線と電圧を測る線を分けて、ほぼ影響なし実験室などの精密な測定
POINT

自己加熱にも注意します。JIS C 1604:2013 では、測るために流す電流を、自己加熱の誤差が許容差の25%を超えない値にするよう定めています。測定器の測定電流(1mA など)を確かめましょう。具体値は使うセンサーと測定器の資料で確認してください。

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測温抵抗体でよくある間違い

よくある間違い正しい考え方
2線式でも線の長さを気にしない往復1Ωで約2.6℃の誤差
3線式の3本を違う太さ・長さにする3本の抵抗が等しいときに打ち消せる
測定電流を大きくする自己加熱で高く出る
熱電対の補償導線で延長する測温抵抗体は導線(銅線)を3本・4本で延長
Pt100とPt1000を取り違えるPt1000は0℃で1,000Ω。測定器の設定を合わせる

よくある質問

Q. 測温抵抗体とは?

A. 白金などの金属の抵抗が温度で変わる性質を使った温度センサーです。Pt100 は0℃で100Ω です。

Q. Pt100の抵抗値は?

A. 0℃で100Ω、100℃で約138.5Ω です。1℃あたりおよそ0.39Ω 増えます。

Q. 測温抵抗体と熱電対の違いは?

A. 測温抵抗体は精度と安定性がよく中くらいの温度向き、熱電対は高い温度まで測れて丈夫です。

Q. 3線式にする理由は?

A. 導線の抵抗を打ち消して誤差を小さくするためです。2線式だと往復1Ωで約2.6℃高く出ます。

Q. 測温抵抗体の自己加熱とは?

A. 測るために流す電流で、センサー自身が温まって高めに測れることです。測定電流を小さくして防ぎます。

この記事の要点
  • 測温抵抗体は白金の抵抗の変化で温度を測る
  • Pt100 は0℃で100Ω、1℃あたり約0.385Ω
  • 精度と安定性がよく、中くらいの温度の精密な測定向き
  • 導線の抵抗は誤差になる。工場では3線式が基本
  • 自己加熱を避けるため測定電流は小さく
参考にした資料

部品の特性はメーカーや型番で異なります。設計に使うときは、使う部品の最新のデータシートで確かめてください。

この記事の理解を深める本と道具
おすすめの道具

回路の電圧や導通を自分の手で確かめるなら、手元にテスターが1台あると便利です。三和電気計器のデジタルマルチメータ(テスター)CD772です。電圧や抵抗などを測れます。

おすすめの道具

コンデンサやコイルの値を、手元の部品で測って確かめたいときに向いています。DER EEのLCRメータ DE-5000です。インダクタンス(L)・静電容量(C)・抵抗(R)を100Hz〜100kHzの5つの周波数で測れ、ESRやD・Qも表示できます。

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S
シラス
電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年

メーカーで回路設計と生産技術(品質改善)に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

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