温度測定のためのNTCおよびPTCサーミスタ

データ取得や制御アプリケーションの一部として周囲温度の測定が必要なアプリケーションはたくさんあります。これらの測定を電気的に行う必要がある場合、主な選択肢は以下の通りです：

• 赤外線測定
• 熱電対測定
• RTDプローブによる測定
• NTCおよびPTCサーミスタ

これらの各コンポーネントは、温度測定の風景の中でそれぞれの場所を持っています。限定された温度範囲で敏感な周囲温度の測定を収集する必要があるコンパクトなシステムを構築している場合、NTCまたはPTCサーミスタが理想的な選択です。市場には多数のPCB実装可能なコンポーネントがあり、これらのコンポーネントは特定の温度範囲内で非常に正確な測定を提供します。

どの温度測定が私のアプリケーションに最適ですか？

さまざまな温度測定技術の中で、サーミスタは限定された温度範囲内で非常に正確な測定を収集する場所を見つけます。下の表は、これらのコンポーネントの能力とアプリケーションの比較を示しています。

| | サーミスタ | RTDプローブ | 熱電対 | 赤外線センサー | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | 典型的な範囲 | -100 ～ 約300 °C | ～ 約700 °C | ～ 約2000 °C | ～ 約3000 °C | | 精度 | 10-2 ～ 1 °C | 10-1 ～ 1 °C | 10-1 ～ 10 °C | 10-3 ～ 10 °C | | アクティブまたはパッシブ | アクティブ（定電圧または定電流源） | アクティブ（定電圧または定電流源） | パッシブ（電圧を出力） | 電池駆動 | | 線形性 | 非線形 | やや線形 | 非線形 | 高い線形性 | | ノイズ感受性 | 低 | 低 | 高 | なし | | 長期安定性 | 高 | 非常に高い | 変動 | 変動 |

サーミスタの長期安定性は他のデバイスと比較して非常に高く、RTDプローブの安定性に次ぐものです。これらのコンポーネントは、周囲温度の測定に最も適していますが、特定のアプリケーションでポイント測定を収集するためにプローブハウジングと一緒に使用することもできます。コンポーネント自体はノイズに非常に耐性がありますが、測定回路はEMIに対してまだ感受性があるかもしれません。

サーミスタがコンパクトなデバイス、IoT製品などに理想的なものとする最も重要な側面の一つは、その小さなフットプリントです。これらのコンポーネントはコンデンサや抵抗器と同じフットプリントを持ち、スルーホールまたは表面実装コンポーネントとして利用可能です。上記の表からわかるように、限定された範囲内で正確な周囲温度測定を小さなコンポーネントを使用して収集する必要がある場合、サーミスタが理想的な選択かもしれません。

サーミスタと測定の種類

サーミスタには2種類あります：負温度係数（NTC）と正温度係数（PTC）です。これら2種類のサーミスタは異なる温度応答を持っています。サーミスタが加熱されると、その抵抗値が変化します。NTCサーミスタの抵抗値は温度が上昇すると減少し、PTCサーミスタはその逆です。

これらのコンポーネントの抵抗値は、サーミスタを通る電圧降下またはサーミスタを通る電流の測定から温度が決定されるため、測定する必要があります。この測定はその後、温度変化に変換されます。これには、デバイスの設計時にいくつかの校正が必要であり、測定された電圧/電流の変化の感度は測定に使用される回路に依存します。典型的な測定技術には、ウィートストンブリッジ回路または電圧分割回路の使用があります。その後、温度値への変換は、マイクロコントローラーなどのシンプルなプロセッサーを使用して行うことができます。

NTCおよびPTCサーミスタ

Vishay, NTCS0603E3473FHT

VishayのNTCS0603E3473FHTは、NTCS0603E3ファミリーのサーミスタの一部です。これらのサーミスタは、さまざまな公称抵抗値を持ち、NTC値を有しています。この特定の表面実装コンポーネントは、ガラス封入コンポーネントであり、産業用または自動車用途に理想的です。

以下の画像は、温度測定のための電圧分割回路におけるNTCS0603E3473FHTサーミスタのLTSpiceモデルを示しています。ここで、NTCS0603E3473FHTサーミスタは公称抵抗値が47 kOhmsであり、この電圧分割回路の抵抗器は4.7 kOhmsに設定されています。このタイプのシミュレーションでは、サーミスタ/R2を介した測定された電圧降下が所望の温度範囲で高感度を生じさせるように、抵抗器R1およびR2の値を慎重に選択する必要があります。これらの回路およびウィートストンブリッジ回路で使用される他の抵抗器も慎重に選択してください。

電圧分割回路および温度変化に伴うR2を介した電圧降下を示すシミュレーション結果のLTSpiceシミュレーションモデル。NTCS0603E3473FHTアプリケーションノートより。

EPCOS, B57237S109M

EPCOSのB57237S109Mは、インラッシュ電流保護も提供するNTCサーミスタです。この特定のスルーホールサーミスタは、リードの静電容量により応答時間が90秒と長いです。応答時間が長いにもかかわらず、産業用途で見られる突然の大きな温度変化に対する保護を提供します。

B57237S109M NTCサーミスタにおけるインラッシュ電流制限。B57237S109Mデータシートより。

EPCOS, B59980C80A70

EPCOSのスルーホールPTCサーミスタB59980C80A70は、迅速な応答時間を持ち、最大63VのDC電圧で動作することができます。このコンポーネントの応答時間は、切り替え時のコンポーネント内の電流によって変化し、下記のグラフに示されています。応答時間は、高い駆動電流で約100秒から約1msまで変化することがあります。これらのコンポーネントの電流は、その抵抗と温度の関数でもあるため、応答時間は周囲温度によっても変化します。EPCOSは、これらのシステムを設計し、望ましい動作範囲内で一貫した応答時間を確保するための重要なデータを提供していますが、このタイプのコンポーネントを扱う際にはこれを念頭に置く必要があります。

80°Cおよび定格電流でのB59980C80A70 PTCサーミスタの応答時間。B59980C80A70データシートより。

NTCおよびPTCサーミスタを選択する際には、Octopartで多くのオプションを見つけることができます。次のPCB用に、サポートする表面実装またはスルーホールコンポーネントも多数見つかります。

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