熱電対温度計 （２）
１． ｍＶ計からの 熱電対温度計（秋月キット）：
ｍＶ計の 専用ＬＳＩ （ＩＣＬ７１３６）と そのためのＬＣＤ表示機（液晶パネル、ＳＰ５２１）が、専用基板と共に、まだ販売されている。（基板とのセット、温度計キット（再開）） そこで、熱電対温度計として公開されている回路図に沿って、部品を集めて作成することにした。 使用する熱電対は、プラスチックの柄付きの ステンレスシールドの Ｋ熱電対（アルメル（－）、クロメル（＋））を用いた。 （零調（２００ｋΩ）はそのままで、）増幅率のＶＲ（１００ｋΩ）は、調整しにくいので、ポテンショメータに付け替えて ケースの外から調整しやすいようにした。
また、Ｋ熱電対の常温起電力に対する補正として、負の勾配を持つ温度センサ Ｓ８１００Ｂ （－８ｍＶ/℃）を用いて、 ４０．７μＶ/℃ －８ｍＶ/℃ × ２．４ｋΩ / （４７０ｋΩ ＋ ２．４ｋΩ） ≒ ０ のように行なった。（別途 基板）
・ 調整は、氷水に漬けて零点調整ＶＲで ０℃に表示（あるいは、温度計で正確に測った室温を表示）してから、アルミニウム（Ａｌ、融点６６０℃）を、前章のＦＥＴ高周波炉で黒鉛るつぼに溶融して、直接 ステンレス保護管に入っているＫ熱電対を挿入して温度を測り、表示が６６０℃になるように増幅率（スケール）ＶＲ（１００ｋΩ）を調整し、これを３度繰り返して調整した。
・ 精度はそこそこで、６００℃近辺で ±３℃くらいだと思われる。 ６００℃から大きく外れる温度を測定する場合、調整しなおさなければならない。
・ このＫ熱電対は柄がプラスチックなので、長時間や高温の測定はできない。
・ 尚、Ａｌが付着したステンレス管は、苛性ソーダ溶液で溶ける。（Ｚｎは希硫酸で）
２． ＰＣグラフィック表示 Ｋ熱電対温度計：
２つの穴の開いた保護管（φ３ｍｍ、＝通称”ブタッ鼻”）に通した クロメル（Ｃ、＋）線、アルメル（Ａ、－）線を、さらに外φ６ｍｍ、内φ４ｍｍの保護管に入れた、Ｋ熱電対で測定する。 （＊ 熱電対の先端は、２線をねじり、フラックスとして硼砂をつけて、高電圧アークで溶接。（感電注意） Ｒ（白金－白金ロジウム）熱電対は何も付けないで同様にアークで溶接する。）
アンプ部の設定は、Ｋ熱電対が±２℃くらいで直線とみなしうる、５５０℃～９５０℃程度の測定用とし、補正計算は行わないシンプルな形とする。
熱電対の起電力（ｍＶ）は、初段で ＬＴ１１６７（計装アンプ）で１９倍程度（ＲＧ＝４９．４ｋ/（Ｇ － １）； Ｇ電圧増幅率＝１９）とし、プラス側のみの単電源動作にする次段の ＮＪＭ２７３２Ｄ（フルスイング・オペアンプ、単電源）の差動増幅器で 約５倍に増幅して、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０の アナログ入力（ＡＮ０）に入れる。
ＡＤ変換は１０ビットで、０－１０２３までで、０Ｖ－Ｖｒｅｆ （＝４Ｖ）を１０２４分割して、ちょうど ０℃ から １０２３℃ までの数値になるようにし、最もシンプルに、そのまま下の桁からの４つをバッファに入れて、表示用のＰＣへＵＳＢで送る。
冷接点起電力の補正は、Ｓ８１２０Ｃ で行なった。
温度勾配の補正： －８．２０（ｍＶ/℃）×（２．３４２（ｋΩ）/（４７０（ｋΩ）＋２．３４２（ｋΩ））） ＋ ４０．７（μＶ/℃） ≒ ０
切片の補正： → 零調ＶＲ で行なう
熱電対の冷接点部分には、キャリブレーションとの切り替えＳＷを設け、調整を容易にした。
５Ｖ電源はＰＣから取ると変動が大きいので、９Ｖスイッチング電源を、さらに低ドロップの ５Ｖレギュレーターで落とした。
また、熱電対は金属でシールドされていないので、ノイズの振れ幅が大きい。 そこで、マイコンのＡＮ０入力の所に １０μＦ×２のチップコンを入れ、ソフトでは、２００ｍＳごとに１０回足して１０で割る操作（＝２秒間の１０回平均）を加えて、振れ幅を抑えた。
ＵＳＢで ＰＣに送られてきた４桁のデータは、Ｔｅｘｔ Ｂｏｘ に表示（測定時のみ）され、数値化されて 横軸を時間軸として、約２．１秒ごとに折れ線グラフで表示する。 急冷する高温での凝固曲線を見たいので、横軸の時間は間隔１分の全１０分程度と短くした。 ＰＣソフトの作成は、ビジュアル・ベーシック２０１０で行なった。
§ マイコンプログラム： ＰＩＣ１８Ｆ２５５０
§ ＰＣプログラム： ｔｅｍｐ Ｋ．ｖｂ、 ｔｅｍｐ Ｋ．Ｄｅｓｉｇｎｅｒ．ｖｂ、 Ｍｏｄｕｌｅ１．ｖｂ
（調整の手順）
１） ツェナーシャントレギュレーターを ４．００Ｖに設定。 （電圧リファレンス ４．０９６Ｖを用いても良い）
２） ＰＣソフトを開き、キャリブレーション端子を短絡して、≒室温 になるように、零調ＶＲ（２ｋΩ）を調整する。 次に、ＳＷを熱電対に切り替えて、同様の温度になっていることを確認する。
また、氷水に熱電対を漬けて、おおよそ０℃になっていることを確認する。 （かなりずれているはずなので、おおよそで良い。）
３） 手製の簡易ｍＶ発生器から、キャリブレーション端子に所定の電圧を与えて、
常温 → ６００℃表示（２４．９ｍＶ印加） → ９００℃（３７．３ｍＶ） → ３００℃（１２．２ｍＶ） → 常温
のように変動させ、特に、２４．９ｍＶ印加で正確に６００℃になるように、計装アンプの ＲＧ（１ｋΩ）を調整する。
２）、３）を 数回繰り返す。（ここまで、予備調整）
４） 高周波炉、あるいはマッフル炉等でアルミを溶かし、アルミの凝固点（６６０℃）で、ＲＧを 本調整する。 炉の駆動中はキャリブレーション側にして短絡し、炉の電源を切ってからＳＷを熱電対側にして 測定し、アルミの凝固曲線を得る。 （このときもう零調はいじらないようにする。 アルミは、２５ｇくらいで、なるべく純粋なものを用いる。 アルミ缶やアルミサッシは合金。）
（注意事項）
・ 保護管は熱ショックに弱いので、急に溶湯に差し込むのは避け、金属に差し込みっぱなしにして、ゆっくり温度を上げ下げする。（アルミナ管の方が良い）
・ 保護管をるつぼの底まで入れて、熱電対は底から１～２ｃｍ程度の高さにしておく。（目印をつける）
・ 異常値が出るので、測定中は熱電対には手で触らないようにする。 裸の、シールドなしの熱電対では、ノイズによるある程度のふらつきはやむを得ない。曲線にして読み取るようにする。
・ シースとまではいかなくても、ステンレス蛇腹管を被せてアースすると、ふらつきが減る。
・ 熱電対の起電力は必ずしも直線ではないので、各金属ごとに調整し直すのが無難。 （アルミニウム６６０℃（２７．４５ｍＶ）、 銀９６２℃（３９．７８ｍＶ、ただし銀は酸素を吸収しやすく、凝固点は１０℃も下がるので注意）、 銅は１０８５℃で ＞１０２３℃より、測定できない・・・ ２００℃程度シフトする方法もある（↓）、 亜鉛４１９．５℃（１７．２４ｍＶ）、 シルミン（Ａｌ・Ｓｉ合金）約５８２℃、 ジュラルミン５０２－６４５℃、など。
アルミニウム（６６０℃）で調整してから、亜鉛（Ｚｎ、ｍ.ｐ.４２０℃）を測定。 １～２℃低めに測定される。
３． ２００℃上げたＫ熱電対温度計：
銅や真ちゅうなどの ９００～１１００℃くらいの温度測定のために、２００－１２２３℃を ＡＤコンバーターで１０２４分割した値に、さらに２００を足して送り、ＰＣでは グラフの表示値を －２００にして表示する。 （１０００℃以上で合わせると、９００℃以下は偏差が大きく 実用的でない。）
ＡＤコンバーターのための Ｖｒｅｆ－ は新たに設け、Ｖｒｅｆ－（０．７３６Ｖ） － Ｖｒｅｆ＋（４．５０Ｖ） 間を １０２４分割する。（電源は安定化させる。）
２．と同様に、キャリブレーションを十分行なった後、１回 本調整して、凝固曲線を得る。
加熱には、前章の ＦＥＴ・ＺＶＳ方式の高周波炉を用いた。（３６Ｖ・１５Ａくらい） ２．と同様に、加熱中はキャリブレーション側にして短絡し、加熱電源を切ってから 熱電対側に切り替える。
Ｋ熱電対は、秋月電子の細いもの（＠４００円）を用いて十分測れたが、周りのセラミック繊維（ガラス繊維？）が持たず アルミナ管とくっついて取れなくなった。金属は黒鉛るつぼとの剥離性が良いので、保護管ごと抜ける。 銅（Ｃｕ、ｍ.ｐ.１０８５℃、 約６０ｇ）の溶融は、直接黒鉛るつぼで行ない、酸化防止のため黒鉛粉を一さじ入れた。
（参考）
Ｋ熱電対は、比較的直線性の良いほうで、簡単な用途にはそのまま用いることができる。しかし、さらに高温・低温領域や、Ｒ熱電対、その他の熱電対では複雑な曲線となり、一般に、起電力（Ｖ）を入力して 温度（℃）を出力する、８次多項式などの補正計算を行なう。 計算は複雑なので、ＰＩＣマイコン内ではせいぜい３次程度までしかできず、一般的にはＰＣで行なう。 （参考データ） また、冷接点補正には補償導線を用いることが多い。
また、全く原理の異なる、白金薄膜抵抗センサでは、最高６５０℃ （ふつうは３００～４００℃程度）までしか測定できない。
