質問: 熱膨張率が異なる2枚の金属板を張り合わせて作られる、温度計やサーモスタットに使われるものは何?
回答: バイメタル

タイトル: 熱電対
熱電対は、高温領域や極低温領域でも用いられるが、接合する各金属ごとに特性がさまざまなため、安定性、起電力の大きさ、起電力のリニア特性などが異なる。このため熱電対の種類などは各種規格(IEC、JIS、ANSIなど)によって定められている。 使用する金属は、接合する各金属ごとに測定範囲、測定精度などが異なるため、材料の費用も考慮に入れて適切に選択する必要がある。貴金属熱電対は素材自体の安定性は良いが、熱起電力が低く低温から中高温付近の測定には向かない。金属の融解温度のような高温測定には向いている。 また全ての配線をこれらの素材で行なうと極めて価格が高価となるため、感温部のみにこれらの貴金属類を用い、常温付近となる配線用の部分にはこれらの貴金属と似た熱電能を持った比較的廉価な金属を成分とする合金線を用いる。

タイトル: 温度
温度を計測する方法としては、計測対象となる物体から放射される電磁波を計測する方法や、長い時間をかけて計測プローブを計測対象となる物体に接触させ温度(熱)平衡状態にさせてから計る方法がある。どちらの方法も、何らかの計測上の問題を抱えている。しかし、近年の高速温度測定装置では、対象物の大きさ数十マイクロメートル、測定時間は数ミリ秒程度で測定可能となっており、物理現象を捕らえる一つの手段としての有効性が向上してきている。

タイトル: 非定常熱線法
熱線温度測定用の熱電対としては、温度変化を高感度に検出するために熱起電力の温度依存性の大きいものがよい。また、熱線と熱電対の太さはそれら自身を通しての熱の漏洩とも関係し、実際の使用に当たっては耐久性も必要であるから、これらを考慮していずれも線径0.3mmの、低温用(~1000°C)にはコンスタンタン線とK熱電対を、高温用 (~1400°C)にはPt13%Rh線とR熱電対が使用されている。高温での測定を行う場合には、試料を所定の温度に保持するための加熱炉を必要とするが、測定前の試料内部、並びに測定開始後の試料周辺温度は一定不変で、かつ、試料内に温度勾配ができないように留意して炉を設計しなければならない。市販の加熱炉の多くは角型であるが、熱線から放散された熱流は、熱線と垂直な面内で放射状に拡がるので、円柱状試料を用いれば角柱状試料に比べて小型の管状炉が使え、均熱加熱が容易になる。

タイトル: 熱圧着
熱圧着(ねつあっちゃく、英: Thermal press fitting)、拡散接合(かくさんせつごう、英: Diffusion bonding)とは、同種または異種の材料同士を融点以下まで熱し加圧することにより塑性変形を起こさせ、双方の表面の接触によって接合・接着させる方法。もしくは材料同士の接合面に存在する原子の拡散を利用して固体のまま接合(固相接合)する方法。半導体業界ではMEMSの製造技術として一般的に使用される(基板接合)。また一部の業界では「熱プレス」とも呼ばれている。

タイトル: ボロメータ
ボロメータは金属薄膜のような吸収材と、それに熱的結合材で繋がる熱浴(定温物体)により構成される。なんらかの放射が吸収材に入射すると、吸収剤の温度は熱浴の温度よりも上昇する。入射する放射束が大きければ大きいほど温度の上昇も大きくなる。検知速度を決定する固有熱時定数は、吸収材の熱容量を、吸収材と熱浴の間の熱コンダクタンスで割った値に等しくなる。温度変化は吸収材に直接取り付けられた抵抗温度計により、もしくは吸収材そのものの抵抗を温度計として用いて測定される。金属ボロメータは通常、冷却なしで使われる。金属箔あるいは金属薄膜から作られる。今日では、ほとんどのボロメータの吸収材には金属ではなく半導体や超伝導体が用いられている。そのような機器は低温(英語版)で動作することができ、感度を大幅に向上できる。ボロメータは吸収材内部が受けたエネルギーを直接検知する。

タイトル: 体温計
水銀式はこの形状のものが多い。サーミスタ式・赤外線式の家庭用のものも棒状となっている。温度測定センサの入ったプローブと、データ表示部・データ記録部のレシーバがケーブルで接続されているものである。基礎体温の記録機能があるものなど、高機能なものはこのような形状となっている。

タイトル: 熱電対
この際用いられる合金線は「補償導線」と呼ばれるが補償導線との接続点に温度差があると誤差要因になる。卑金属熱電対はタイプにより特性はさまざまである。素材の価格が安いため、補償導線まで含めて同種金属が使用可能だが、素材の安定性が貴金属に比べると低いため、酸化・還元等の影響を考慮しなければならない。補償導線等の接続には同じ素材により製作されているコネクタにより接続し、これらを用いて計測器の温度均一、温度変化の少ない機器内部などの温度補償された接続部分まで配線する必要がある。 補償導線の規格はJIS C 1610に定められている。熱電対の測温部分は温度の計測要求に応じて接触型・非接触型で用いる。また、細い熱電対を保護するため「熱電対保護管」を用いることもある。

タイトル: 超音波熱圧着
超音波熱圧着(ちょうおんぱねつあっちゃく、サーモソニックボンディング、Thermosonic bonding)とは、超音波接合の一種で超音波の印加と加熱を併用して接合する手法。

タイトル: 湿度計
測定部分は、塩分を染みこませた濾紙を感湿材として金属(真鍮)の薄板に貼りあわせ、ゼンマイ形のコイル状に巻いたものである。湿度が上がると紙は吸湿して膨張し、いっぽう真鍮は伸びないためコイルが変形して、ゼンマイが巻きあげられ先端の指針を動かす。構造が単純で安価なため家庭用として広く普及しているが、誤差が10%以上生じる場合があるなど精度は高くない。また数年でコイルが劣化して寿命となる。

タイトル: サーミスタ
日射や遮蔽物などによってヒーターの一部分が高温になった場合も、その部分だけ発熱を抑えることができる。チタン酸バリウムに添加物を加えたセラミックスを用いたもの。チタン酸バリウムのキュリー温度付近で急激に電気抵抗が増大する性質を利用している。電流を流し続けると自己発熱によって電流が流れにくくなり、一定の温度を保つようになるため半田ごて等のヒーターとしても用いられる。低融点のポリマー中にカーボンブラック、ニッケル等の導電性粒子を分散させたもの。ポリマーが溶融することによって導電性粉末の接触が絶たれ電気抵抗が増大する。ポリエチレンなどの結晶性ポリマーにカーボンブラックなどの導電性粒子を均一に分散させることで良好なPTC特性を得ることができる。ポリスイッチとして電気製品の保護回路やリチウムイオン二次電池等の保護素子として使用される。

タイトル: 温度計
温度計は大きく分けて一次温度計と二次温度計に分類される。一次温度計とは、熱力学温度と直接対応する物理量を測定することで温度が決定される温度計のことであり、温度標準の決定に用いられる。例えば、理想気体の状態方程式 pV=nRTにおいて圧力と体積、物質量が求められれば温度は一意に決定される。一次温度計の特徴として、このように物理量の定義から温度が導かれるので較正(こうせい)という概念がない点にある。温度標準(温度目盛)は国際的な取り決めとして温度域ごとに定義式が定められている。それに対して二次温度計とは、温度との対応が明確に関連付けられた別の量、電気抵抗値や液柱の高さ、出力される電圧などを測定することで温度を求める温度計を指す。一般に流通しているほとんどの温度計はこの二次温度計に分類される。二次温度計は一次温度計で決定された温度を基準に温度計に値を付ける較正作業が必要である。

タイトル: 示差走査熱量測定
一般にDSCの装置は二つに大別される。試料及び基準物質を同時に昇降温し、温度に対する熱の変化を記録するが、装置の構造が大きく異なる。

タイトル: 圧力測定
機械式圧力計で、圧力で部品が変形する度合いを読み取る方法は、先に説明したギアで針を回す方法の他に、変形を電気信号に変換する方法がある。静電容量式、振動式のタイプなどがある。特に重要なのがひずみゲージを利用したものであり、現在では簡易なデジタル圧力計のほとんどはこれである。熱伝導率式圧力計は、気体の熱伝導率が圧力で変化する性質を利用している。気体の中に電熱線を入れておき、その冷却速度を測るものである。電熱線の温度を熱電対や測温抵抗体を利用して測定する。電熱線の発熱量から予想される温度と比較して下がっている分は、周囲の気体に熱が逃げているのであり、その熱が逃げる量は熱伝導率で決まる。よく使われるのはピラニ真空計であり、電熱線にはプラチナ線が使われる。この種の圧力計は精度10 Torrから10 Torrを出すことができるが、測定値はガスの組成の影響を大きく受ける。1組のワイヤコイルを使用する。

タイトル: パイロメーター
比率式パイロメーターとは、基本的に単一機器の中に輝度式パイロメーターが2つあるものを言う。比率式パイロメーターの運用原理は1920年代から1930年代にかけて開発され、1939年に市販された。比率式パイロメーターの使用が普及するにつれ、様々な素材(一例として金属)が2波長で同じ放射率にならないことが判明した。これら素材の場合、放射率を無視できなくなり温度測定に誤差が出る。誤差の大きさは、そこで測定された放射数値および波長によってまちまちである。2色比率式パイロメーターでは、素材の放射率が波長に依存するかどうかを測定できない。未知のまたは変化する放射率を持つ実際の対象物の温度をより正確に測定するため、複数波長式パイロメーター(multiwavelength pyrometer)がアメリカ国立標準技術研究所で構想され、1992年に記述された。

タイトル: サーミスタ
また、電気カーペット等で過熱を防ぎ、温度を一定に維持する目的でも使用される。CTRサーミスタは、PTCサーミスタとは逆に、ある温度をこえると急激に抵抗が減少するサーミスタである。 バナジウムの酸化物に添加物を加えて焼結したものである。

タイトル: 示差熱分析
DTAは、サンプルホルダー、熱電対、サンプル容器、セラミックや金属ブロック、炉、温度プログラム、記録システム から構成されている。鍵となる特徴は、電圧計に接続された2つの熱電対の存在である。一方の熱電対にはAl2O3のような「不活性な」標準試料をセットし、もう一方の熱電対には分析対象の試料をセットする。温度が上昇するにつれて、試料が相転移すると、短時間の電圧の振れが生じる。これは、加熱により変化しない標準物質の温度は上昇するが、試料では相転移により潜熱として取り込まれるために起こる。

タイトル: パイロメーター
陶芸家ジョサイア・ウェッジウッドが初めて窯内部の温度を測定するパイロメーターを発明し 、当初これは既知の温度で焼成された粘土の色を比較するものだったが、最終的には窯の温度によって変わる粘土の収縮を測定するものに刷新された(左図は、金属棒の膨張を活用した後年の例)。最初のフィラメント式パイロメーター (disappearing-filament pyrometer) は、1901年にL・ホルボーンとF・クールバウムによって製作された。この装置は観察者の目と加熱対象物の間に薄い電気フィラメントがある。フィラメントに電流を通して、対象物と同じ色(つまり温度)になって両者の見分けがもはや付かなくなるまで調整を行う。同装置は電流から温度を推測できるよう較正済みである。

タイトル: 熱間圧接
建設現場で鉄筋の接合等に用いられる。粉末冶金などにも使用される。

タイトル: サーモグラフィー
サーモグラフィー(英: thermography)は、物体から放射される赤外線を分析し、熱分布を図として表した画像、またはその画像を取得する装置である。

タイトル: 温度計
指針と目盛板によって気温を直接表示するもののほか、指針の代わりに記録ペンを駆動し、ゼンマイなどの動力で回転するドラムに巻かれた記録紙に温度の時系列を自動的に記録する自記式のものもよく使われる。使用にあたっては、ガラス製温度計による校正が必要である。許容される器差は、1.0°Cである。電気式温度計は、白金の温度による電気抵抗の変化を検出することによって温度を測定するものである。自動・遠隔観測に適するため、現在、気象庁をはじめとする多くの機関で主力となっている。感部に用いられる白金線(抵抗体)は、0°Cにおいて抵抗値100オームの「Pt100」規格のものと定められている(同条件で抵抗値50オームの「Pt50」を用いる国もある)。許容される器差は、0.5°C(感部のみについて0.3°C)である。

タイトル: 熱量計
熱流dq/dtに差があることから厚板の中に温度差ΔTが生まれ、示差熱電対によってこの温度差を測定する。原理的にはこの温度差信号から熱容量を決定することができる。上式(ニュートンの冷却の法則と等価)は電流に関するオームの法則ΔV = RdQ/dt = RIと同質のものだが、それよりも歴史が古いことを付記しておく。試料が融解などによって突然に熱を吸収したとすると、応答信号にはピークが観察される。ピークの関数形をf(t,T)としてピークの積分から融解エンタルピーを、またピーク開始温度から融点を求めることができる。温度変調示差走査熱量計(modulated temperature differential scanning calorimeter、MTDSC)は直線的な温度上昇に小振幅の温度振動を乗せて測定するタイプのDSCである。この方式には多くの利点がある。

タイトル: ガリレオ温度計
積み重なる順番を保つように少なくとも管の直径の半分の寸法であるか、管内で互いに滞りなくすれ違うように管の直径よりもはるかに小さい寸法となっている。

タイトル: 熱電対
異なる2種の金属の線の両端を互いにつないで回路を作り、2つの接点の間に温度差を与えると、起電力(電圧)が生じる。この現象は、1821年にドイツの物理学者トーマス・ゼーベックによって発見され、ゼーベック効果と呼ばれている。接点の一端(冷接点)の温度が分かっていれば、ゼーベック効果による起電力の電圧を測定し既知の起電力表と対比することで他端(熱接点)の温度がわかる。 冷接点温度は水の氷点温度を利用したり、機器内部の温度計測システムによって知ることが出来る。 なお、冷接点とは基準となる温度であり、熱接点とは測定対象に接した側の接点である。したがって低温の測定対象物の場合、実際の測定では冷接点側の温度が熱接点側の温度より高い。

タイトル: カタ計
普通カタ計N(38°Cから35°C)と高温カタ計H(55°Cから52°C)がある。球部の表面積を大きくしたガラスの温度計である。カタ計でカタ度を測定するには、カタ計を38°C(高温カタ計では55°C、以下同様)以上に温めてから環境中に放置し、カタ計の示度が38°Cから35°Cまで下がるのに要する時間を測定する。カタ計の目盛りに示された値(カタ係数)を冷却に要した秒数で割るとカタ冷却力(カタ度、カタ値)が得られる。カタ冷却力は、温度が38°Cから35°Cまで下がる間に1秒間に空気中に放散される表面積1cmあたりのミリカロリー熱量を示す指標(単位: mcal/cm・s)である。温度計の感温部が乾いた状態で測定したカタ冷却力を乾カタ冷却力、感温部を湿った布などで包み湿った状態で測定したカタ冷却力を湿カタ冷却力という。

タイトル: 熱流センサ
 熱電対の温度依存性は、熱流センサの温度依存性および非線形性を引き起こす。 ある温度での非直線性は、実際には、その温度における温度依存性の派生物である。しかし、十分に設計されたセンサは、予想よりも低い温度依存性およびより良好な直線性を有することができる。 これを達成するには2つの方法がある: 第1の可能性として、サーモパイルによって生成される電圧の温度依存性を相殺するために、充填材料および熱電対材料の導電率の温度依存性を使用することができる。 熱流センサの温度依存性を最小にする別の可能性として、サーミスタを内蔵した抵抗ネットワークを利用することである。 サーミスタの温度依存性は、サーモパイルの温度依存性とのバランスを取る。 熱流センサの挙動を決定する別の要因は、センサの構造である。 特に、ある設計のセンサーは、強く不均一な感度を有すし、別のものは横方向のフラックスに対しても感度を示す。

タイトル: 露点計
温度の測定には、熱電対・抵抗温度計等が用いられる。露点の原理を直接採用した測定器であるため、標準器として使用されている。主に、スイスMBW社の鏡面冷却露点計が各国の標準として採用されている。測定範囲:−100〜+100 °Ctd測定精度:0.1~0.5 °Ctd

タイトル: 熱量計
熱量計(ねつりょうけい)、カロリーメーター(仏: calorimètre、英: calorimeter、独: Kalorimeter)とは、熱量測定、すなわち化学反応・物理変化にともなって出入りする熱量や熱容量の測定に用いられる器具である。一般に普及している方式には示差走査熱量計(DSC)、等温微少熱量計(IMC)、等温滴定型熱量計(ITC)、加速速度熱量計(ARC、暴走反応熱量計とも)などがある。金属容器に水を満たし、燃焼室の上に吊り下げて温度計を取り付けるだけでも簡単な熱量計となる。物質AとBの間の反応においてA単位量当たりのエンタルピー変化を決定するには、まずそれらを熱量計にセットして反応前後の温度を記録する。温度の変化量に物質の質量および比熱をかけると反応で吸収されたエネルギー量となり、さらにそれをAの物質量で割れば反応のエンタルピー変化が得られる。

タイトル: パイロメーター
パイロメーター(Pyrometer)は、離れた物体の温度測定に用いられる非接触温度計の一種。歴史的に様々な形態のパイロメーターが存在し、現代の用途では離れた場所より対象物が放出する熱放射量から表面温度を決定する装置のことで、この計測過程は時に放射測定とも通称される。このパイロメーターの語は、測定を意味する“メーター”の頭に、ギリシャ語で火を意味する "πυρ" をつけたものである。この語は元々、白熱(少なくとも赤熱)する物体から放出される可視光によって、対象物の温度を測定できる機器を指すものだった。現代のパイロメーターや赤外線温度計 (infrared thermometer) は、赤外線の放射束を検知することにより対象物の温度が常温付近でも測定する。