IC温度センサーについて調べているのですが、わからず苦戦しています。
動作原理、基本構造、用途など、わかる方いらっしゃいましたら、教えてください。
また、これに関係するホームページ等がありましたら教えてください。

A 回答 (2件)

IC温度センサーの原理について


半導体は温度変化により抵抗値が変わります。これを利用すれば
温度が測定できます。半導体であれば、ICを使わなくても、
トランジスタやダイオードなどでも代用はできますが、温度-抵抗特性は
直線ではないので、補正する必要があります。
IC温度センサーでは、これを内部回路で直線に補正し、電圧として出力する
ようになっています。(一部これに当てはまらないICもあると思いますが)

また、ICも半導体であるため、極端な低温、高温は測定できません。
具体的には、LM35という温度測定ICでは、-55℃~150℃までとなっています。
そのため、使う用途もその温度域での測定や制御用となります。
具体的な用途としてはパソコンのCPUの温度を測ったり、お湯の温度を測る
くらいでしょうか。
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>動作原理、基本構造、


http://e-rescue.jipm.or.jp/keisoku/keisoku_04_02 …
(簡易的には普通のトランジスタでも作れます。)


http://www.hks.co.jp/denshi/temperatur.asp

http://www.analog.co.jp/support/standard_linear/ …
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Q温度センサや湿度センサの原理ってどうなっているの?

温度センサや湿度センサの原理ってどうなっているの?
ある実験を行っている最中に疑問が浮かびました。
マイコンボードに温度センサをつかって温度を測るということをしたのですが
あの小さい体でどうして温度を測れるのか不思議でたまりません。
一応ググって調べたのですがいまいちぱっとしない説明しか調べられませんでした。
どなたかわかりやすい解説をお願いできないでしょうか。
ちなみにその時の温度センサは ”LM35” というものです。

Aベストアンサー

まず、金属の抵抗は温度に関係します。
一般的に温度が高くなるほど抵抗値が高くなります。

身近な例では電球のフィラメントが顕著でしょう。
懐中電灯の明かりが電池の電位が低くても比較的明るいのは、
電流が流れなくなって発熱が低くなることで抵抗が下がるからです。

これは、原子の振動が温度上昇によって大きくなるため電子が通りにくくなるためと
考えてください(高校の物理の範囲)。
しかし、その抵抗の差は非常に小さいものです。逆にいえば、その性質さえうまく捉えれば
高精度の温度計になります。白金膜温度センサなどはこの原理です。

しかし、金属に不純物を混ぜたり性質の異なる半導体を接触させたりすると
その温度特性や抵抗成分は劇的に変わります。

金属に不純物を混ぜてその温度による抵抗特性を劇的に大きくしたのがサーミスタです。
しかしその抵抗値は、温度に対して対数関数を変形したような形になり、
今が何度かを読み取るのには不便です。
通常は、ある温度を境に動作を変えるような場合に使用されます。

LM35 はサーミスタではなく、ダイオード(サーマルダイオード)を用いています。
ダイオードはある電位差が起きると一定方向に電気を流す性質がありますが、
ある特定の環境と電源条件で、温度とその電位差が比例関係になります。
LM35は 1℃で10mV 電位が上がる比例関係になっていて、温度を簡単に電位から
読み取れます。内部回路は、ダイオードとある特定の電源環境を作りだす構成に
なっています。
最近のパソコン用のCPUやチップセットやマザーボードは温度を読み取れますが、
ほぼ全て、サーマルダイオード(実際はトランジスタの場合も多い)を用いて
います。

なお、LM35は National Semiconductor社にデータシートとアプリケーションノート
(内部回路の動作原理など)があります。難しいですが日本語ですので、読んでみても
いいかと思います。
http://www.national.com/mpf/LM/LM35.html#Documents

熱電対は、ある異なる金属を接触させることで熱による起電力の差が電位となって
生じ、その電位差を読み取ることで熱(温度)を測定します。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E9%9B%BB%E5%AF%BE

湿度センサーは、あまり詳しくありませんが、空気は湿度によって誘電率が
変わるで電極間の静電容量を測ることで湿度がわかるものがあります。
他の原理を応用して湿度を測定するものもあります。
一般的に、温度も同時に図り補正が必要なことが多いです。

LM35はモノリシックで設計されているのでサーミスタを使用してはいないし、
サーミスタを半導体と言い切るのは違和感を覚えるし、原理を聞いているのに
性質しか回答していないのしかないのは、ちょっとひどすぎると思います。

参考URL:http://www.national.com/mpf/LM/LM35.html#Documents

まず、金属の抵抗は温度に関係します。
一般的に温度が高くなるほど抵抗値が高くなります。

身近な例では電球のフィラメントが顕著でしょう。
懐中電灯の明かりが電池の電位が低くても比較的明るいのは、
電流が流れなくなって発熱が低くなることで抵抗が下がるからです。

これは、原子の振動が温度上昇によって大きくなるため電子が通りにくくなるためと
考えてください(高校の物理の範囲)。
しかし、その抵抗の差は非常に小さいものです。逆にいえば、その性質さえうまく捉えれば
高精度の温度計になります...続きを読む

Qサーミスタが温度センサとして使われる理由を教えて下さい。

サーミスタが温度センサとして使われる理由を教えて下さい。

温度センサの種類について学習しているのですが、
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そこでふと疑問に思ったのですが、
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測温抵抗体や熱電対にはない、サーミスタ特有の利点というものがあれば教えて下さい。

Aベストアンサー

サーミスタは(焼結)半導体の抵抗値が温度で大きく変わることを使ったセンサです。
(広い意味では、抵抗測温体の一種です。)
金属の測温抵抗体と比べると、感度(温度変化に対する抵抗変化の割合)が高い(測定が楽)、安価、というメリットがあり、デメリットは#1、#2さん回答にもあるように、センサのばらつきが大きめ、温度と抵抗の関係が非線形(温度表示に換算し難い)、などがあります。
ちなみに、サーミスタのような半導体を使った温度センサは極低温では結構使われています。(ゲルマニウム、カーボングラス、セルノックス(商品名)などあります。)

QNTCサーミスタの原理

なぜ温度が上がれば抵抗が小さくなるのでしょうか。
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Q反射型フォトセンサの原理

こんばんは、いつもお世話になっています。
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説明の程度に窮するのですが...
反射型の光電センサ(光電管)に付いては
1.反射光の捕らえ方で
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  間に検出検出物が入り光を遮断する事により検出します。
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1-2.拡散反射型は、検出物に投光器の光が当たり拡散反射する、
  反射光を捕らえて被検出物を検出するものです。 
  ミラー型と比べると、反射板を設置するという手間と場所が省略出来ます。
  反面、検出距離は短くなります。
  数cm~1m前後の検出距離があります。
2.別の区分けでは、
  ファイバー型、レーザー型、発光ダイオードタイプ、白熱電球タイプ
  固定焦点タイプ、スポットタイプ、焦点可変タイプ等など
  色々あります。

詳しい事は、センサメーカのWEBを参照されるとよろしいかと思います。

QLM35DZの出力電圧について

簡易な温度センサーを製作しています。
そこで温度センサーIC、LM35DZを使用しています。
しかし出力電圧がざっくり見積もって6℃(60mV)程高めに出ています。
数個購入し試した結果、すべて同じ傾向があります。

データシートにはリニア10mV、精度25℃で0.5℃以内とあります。
そうすると自分の回路がおかしいとなりますが、単純に電源を
入れて出力を計測してもやはり高めに出ています。
テスターも較正が必要な程間違っていないようです。

使用したことのある方々、何か思い当たる点などありましたら
ご教授お願いいたします。

Aベストアンサー

たぶん発振しています。
そうなると、かなり高めに出ます。
アプリケーションにあるように
1マイクロのコンデンサーをいれてみて
ください。

Qサーミスタから出力される電圧から温度を出したいのですが・・・

サーミスタを用いて気温を測れる装置を作ろうと思っています。
しかし,ウェブや本等を調べてみたのですが,電圧から温度を出す方法がいまいちわかりません。

サーミスタの抵抗値は25℃で100kΩです。
B定数は4178Kです。
入力電圧は3.3Vで,出力電圧は2V前後です。

調べが足りなかったのかもしれませんが,何かわかる方がいらっしゃいましたら,回答よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

以前作ったことがあります.
やり方は;
ここの「サーミスタの特性」のところに式が載っています.
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%83%9F%E3%82%B9%E3%82%BF
ただし温度の単位は[K]ですから,25℃なら25+273.15=298.15Kと絶対温度に変換する必要があります.

電源Vcc(3.3V)と1端をグラウンドに接続したサーミスタRの間に抵抗Rsを接続します.
サーミスタに加わる電圧はV= VccR/(R+Rs)となり,これをマイコン内蔵のA/Dコンバータで測定します.
A/Dコンバータの分解能から,10ビットなら0~1023,8ビットなら0~255の数値に対応する温度を計算で求めます.
式を求めてEXCELで計算させれば簡単です.
求めたA/Dコンバータの測定値と温度データをテーブルにおきます.
A/D変換結果からテーブル参照命令を使えば,温度になります.
これを表示すればOKです.

マイコンは,今ならNECのオールフラッシュが簡単でしょう.

以前作ったことがあります.
やり方は;
ここの「サーミスタの特性」のところに式が載っています.
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%83%9F%E3%82%B9%E3%82%BF
ただし温度の単位は[K]ですから,25℃なら25+273.15=298.15Kと絶対温度に変換する必要があります.

電源Vcc(3.3V)と1端をグラウンドに接続したサーミスタRの間に抵抗Rsを接続します.
サーミスタに加わる電圧はV= VccR/(R+Rs)となり,これをマイコン内蔵のA/Dコンバータで測定します.
A/Dコンバータの分解能から,10ビッ...続きを読む

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

QVccとVddの違い

トランジスタのバイアス電圧などでよくVccとかVddとかかかれているのをみます。
Vccのccとは何の略で、Vddのddとは何の略なのでしょうか?
また使い分け方を教えて下さい。

Aベストアンサー

cはコレクタ,dはドレインの略です.
Vcと表記すると該当のトランジスタ1個のコレクタ電圧を指しますよね.
Vccという表記は,それと明確に区別するために使われていると思います.
ccで,複数のトランジスタのコレクタを意味しているのでしょう.
つまり,ccは「コレクタ側電圧(電源)」,ddは「ドレイン側電圧(電源)」
と考えればよいでしょう.
ちなみに,Veeでエミッタ側のマイナス電源(NPNの場合)を表します.
それと,ccとかddとかは,大文字でCC,DDと表記することが決まっている
はすです.小文字の場合は「小信号」を意味するからです.
IEEEやJEDECで表記の規則が手に入るはずです.

Qダイオードの温度特性について

ダイオードは温度が高くなると、順方向電圧Vdが小さくなる特性を持ち、その傾きは-2mV/℃といわれています。

トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
下記の値を入れて計算すると絶対温度Tが上昇するとVdも上昇する式になってしまいます。
どうしてでしょうか?

Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
  = 1.785e-3*T

K:ボルツマン定数=1.38e-23[J/K]
q:電子の電荷:=1.602e-19[c]
Id:順方向電流=1e-3[A]
Is:飽和電流=1e-14[A]
T:絶対温度

Aベストアンサー

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流です。 Egはシリコンのバンドギャップエネルギ、kTは温度Tの熱エネルギです。 Is の成分の詳細説明は専門書にゆずるとして、大局的には
  Is = A・exp(-Eg/kT) …(2)
と書けます。
係数 A は今は定数とします。(2)を(1)に入れると、
  I = A・exp(-Eg/kT)・exp(qV/kT) …(3)
両辺をAで割って 両辺を対数取って V=の形にすると、
  V = (1/q){ kT・ln(I/A)+Eg } …(4)
あなたが載せたVdの式より 少し詳しく求まりました。


 さて、
温度係数の定義は 『Tだけが変化する』 です。そのとき I は(何らかの手段で)一定に保たれてるとします。すると(4)式はT以外すべて定数となるので単純に微分できて、
  ∂V/∂T = (1/q)k・ln(I/A) …(5)
これが疑問への答です。これに(3)式を入れると、
  ∂V/∂T = (1/T){ V-Eg/q } …(6)
温度とバンドギャップと電子電荷だけの式になりました。Eg/q は次元が電圧で、バンドギャップ電圧と呼ばれたりします、その値はシリコンで約 1.11[V] です、この機会に暗記しましょう。(6)式を言葉で書くと

  温度係数=(順電圧-1.11 )÷温度 …(7)
  温度300k,順電圧 0.65V のとき、-1.5 mV/K ほど。
  温度300k,順電圧 0.51V のとき、-2 mV/K ほど。

変動は、電流が小さいほど(=順電圧が小さいほど)□□く、高温ほど□□いんですね。このように 使用温度、使用電流、品種、製造ロットによって変わるものなのだ、と覚えてください。



 余談;
詳しく言えば切りがないのですが、 Egそのものも温度Tの関数です。係数Aは回路シミュレータでは温度の3乗がよく使われます。SI単位系に慣れましょう。
それから、他人が書いた式を眺めてるだけでは自分の力が付きません、ぜひ式変形を自分の手で最後までやってみましょう。
 
 

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流...続きを読む

QCdsセルの動作原理について

フォトダイオードやフォトトランジスタ、Cdsセルについて調べているのですが、Cdsセルの動作原理がよく分からないのです。
もしよろしければ、このことについて詳しく説明してください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

CdSは半導体の一つです。
半導体とは、通常「伝導帯」には電子が無く「価電子帯」にのみ電子が存在します。
そのため、抵抗が大きいのです。
しかし、光が入ると電子は励起されて伝導帯にうつり、固体の中を自由に動き回れます。
これにより、電気抵抗値が下がるのです。

更に詳しい説明が欲しいのであれば参考URLをご覧下さい。

参考URL:http://um.phys.konan-u.ac.jp/edu/smcnbg.html#半導体と光の相互作用


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