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配管内の温度を外から正確に測るには ＜熱電対編＞水
道や風呂などの配管の中を流れる水の温度を測りたいとき、どうしますか？実際に配管に穴をあけて直接温度計を配管内に差し込めば温度を測定することは可能
であり、従来ではそのような方法が用いられてきました。しかし、毎回穴をあけて測定するのでは手間もコストも非常に多くかかってしまいます。そこで、ここ
では配管に穴をあけずに外から配管の中を流れる水の温度を測ることを目的とし、実験を行います。
実験 写
真１、および図１、２のような装置を用いて、配管内を流れる水の温度を測定しました。図１のAでは熱電対を配管にビニールテープ巻きつけ管に密着させて、
配管温度を測定しました。一方、図２のＢでは配管にあいた穴の中に熱電対を差込み、周囲を接着剤で固定することにより、配管内を流れる水の温度を直接測定
しました。さらに、Aにおいては周囲を厚さ３mm、１０mmの断熱テープで覆うことにより、周囲への熱の漏れを防ぎ、より実際の水温に近い温度測定を目指
しました。 また、恒温槽に温度計をセットすることで常に正確な温度が測定できているか確認しました。 今回は実際に温水を循環させるときに使われる銅管と鋼管を例にとって測定を行いました。
写真１ 実験装置
図１ 装置図（概略） 図２ 配管断面模式図
＜実験に使用した器具＞ 銅管、鋼管、熱電対、恒温槽、マルチメーター、ポンプ、温度計
（１）銅管 �機ァ…樟槐�電対を貼る 銅 配管の中を流れる水の温度を測定するため、配管には銅管を使用して上の図１のような装置を組み、写真２のように銅管にビニールテープで巻いて接着させた熱 電対（A）と、直接内部に挿入した熱電対（B）による水温の測定を行いました。そして、水温を4０℃、５０℃、７０℃と変化させて、熱電対にテープのみ、 そして同時に写真３、写真４のように３mm、１０mmの断熱テープを巻いて管の外側の温度を測定ました。また、同時に写真３のように管内に挿入した熱電対 （B）によって、管内を流れる水の温度もそれぞれ測定しました。
＜銅管の仕様＞ 内径： 13mm 外径： 16mm 厚み： 1.5mm
写真２ 銅管の外からの温度測定（A） 写真３ 銅管に断熱テープを巻いた状態（3mm） 写真４ 銅管に断熱テープを巻いた状態（10mm）
銅 管に直接熱電対をビニールテープで巻きつけて接着させたもの（写真２）と、銅管内に直接挿入した熱電対によって、４０℃、５０℃、７０℃で温度測定した結 果より、断熱テープの厚さと銅管内の水温と銅管外から測定した温度の差の関係をまとめると下の図３のようなグラフが得られました。
＜図３から分かること＞ 断 熱テープを使用せずにテープのみを熱電対に巻きつけた場合、特に７０℃といった室温との温度差が大きい場合には、熱の損失が大きいため、管内の水温と管外 で測定した温度の差が大きくなっていることが分かります。しかし、断熱テープを熱電対に巻きつけることによりその熱損失が低減されるため、温度差が小さく なっていくことが分かりました。１０ｍｍの断熱テープを巻きつけた場合には、７０℃の場合でも管内の水温と管外での測定温度の差は１℃程度まで抑えること ができました。
�供ァ．咼法璽襯董璽廚魎�いてから熱電対を貼る 銅管は非常に熱伝導が良いことが知られています。そこで、次に銅管にあらかじめビニールテープを巻きつけてからその上に熱電対を設置し、上の実験と同様に断熱テープを巻き、５０℃の水を流すことで管内の温度と管外の温度を測定しました。 ５０℃の水温で、ビニールテープを巻かない、１回巻き、２回巻きという３つの条件で測定を行いました。断熱テープは上記の＜�機テ軸匹膨樟槐�電対を貼る＞で行った実験と同様に、銅管にビニールテープのみで熱電対を密着させる、３mm、１０ｍｍの断熱テープを用いるという３つの条件で行いました。その結果をまとめると以下の図４のようになりました。
＜図４からわかること＞ ビ ニールテープを巻くことで熱が伝わりにくくなることが予想されましたが、予想どおりにテープを巻く回数を増やすにつれて、管内の水温と管外での測定温度の 差が大きくなることが図４よりわかりました。そして、テープを２回巻いた上から温度測定した結果においても、１０ｍｍの断熱テープを上から巻くことにより 実際の水温との差は０.８℃に抑えることができました。よって、断熱テープを巻くことにより断熱効果が大きくなるため、熱が比較的伝わりにくくても管の外 側から内部の水温を測ることができるということが考えられます。
（２）鋼管 （１）
の実験では銅管を用いて管内を流れる水の温度と管外から配管の温度を測定し、断熱テープを使用することによりその温度差を小さくすることが可能であると分
かりました。しかし、実際に使用されている配管では、銅管だけではなく鋼管も多く用いられています。そこで、（１）と同様の実験を鋼管を用いて行いまし
た。 また、管内を流れる水の温度は、０℃、３０℃、５０℃、７０℃とし、（１）と同様に鋼管外から測定する熱電対には、写真６、７のように３ｍｍ、１０ｍｍの断熱テープを巻いて温度を測定しました。 ＜鋼管の仕様＞ 内径： 16ｍｍ 外径： 22ｍｍ 厚み： 3ｍｍ
写真５ 鋼管の外側から温度測定（Ａ） 写真６ 鋼管に断熱テープを巻いた状態（3mm） 写真７ 鋼管に断熱テープを巻いた状態（10mm） 断熱テープの厚さと、管内を流れる水温と管外で測定された温度の差をΔＴとして、それぞれの温度において（１）と同様に関係をまとめると、以下の図５のようになりました。
＜図５からわかること＞ 鋼管においても、断熱テープを熱電対に巻くことにより管内を流れる水温と管外で測定された温度差が小さくなるということ が分かりました。特に、７０℃や５０℃といった室温との温度差が大きい場合は断熱テープの効果がより大きいことが分かりました。５０℃の温水を流して、 １０ｍｍの断熱テープを巻きつけたときでは、管外で測定した温度と管内を流れる水の温度差は０.２℃、また、７０℃の温水を流して１０ｍｍの断熱テープを 巻きつけたときでは温度差は０.８℃となり、実際の温度との差を小さく抑えることができました。
＜まとめ＞ 銅 管や鋼管などの配管に熱電対を断熱テープで巻いて管に熱電対を密着させることにより、中を流れる水温を誤差１.０℃以内で測定することが可能である、とい うことが分かりました。これは、断熱テープを使用することにより、熱電対の周囲の管から熱が逃げにくくなるため、鋼管のように管の厚みがあるものでも中を 流れる水温を測定できるということを示しています。よって、熱電対を使用して配管内の温度を外から測るには、配管の外に熱電対を１０ｍｍ以上などの厚い断 熱テープで管に密着させることで可能になると言えるでしょう。
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