原理
金属では温度が上がると格子振動と電子の散乱が増え、抵抗が上昇します。狭い範囲では R = R₀(1 + αΔT) と表せます。1871年にジーメンスが白金測温抵抗体を提案し、カレンダーが精密な測定法を確立しました。
Pt100とカレンダー・ヴァンデュセン式
Pt100は0 °Cで100 Ωです。IEC 60751は α = 0.00385 /°C と、0 °C以上でのカレンダー・ヴァンデュセン式 R(T) = R₀(1 + AT + BT²) を定め、許容差クラスAA、A、B、Cを規定しています。白金は安定で直線性が良いため基準センサとして用いられます。ニッケルや銅の素子もあります。
結線方式
- 2線式：導線抵抗がそのまま誤差に加わる。
- 3線式：導線抵抗を補償する。産業用の標準。
- 4線式：電流用と電圧検出用の導線を分けることで導線の影響をほぼ除去し、精密測定に用いる。
比較
測温抵抗体は熱電対より正確で安定していますが、測定範囲は狭く応答も遅くなります。サーミスタは感度が高いものの非線形です。自己発熱を抑えるため、励起電流は1 mA程度と小さく保たれます。
参考文献
- IEC 60751:2022. Industrial platinum resistance thermometers and platinum temperature sensors. International Electrotechnical Commission.
- Callendar, H. L. (1887). On the practical measurement of temperature. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 178, 161-230.
- Fraden, J. (2016). Handbook of Modern Sensors (5th ed.). Springer.