市場で最も一般的なタイプの温度センサの1つはサーミスタであり、これは「感熱抵抗器」の短縮バージョンです。 サーミスタは、非常に堅牢で堅牢な低コストのセンサです。 サーミスタは、高感度と高精度が要求される用途に最適な温度センサです。 サーミスタは、温度に対する非線形応答のため、小さな動作温度範囲のアプリケーションに制限されています。
建設
サーミスタは、様々な用途をサポートするためにいくつかのパッケージタイプで利用可能な焼結金属酸化物からなる2つのワイヤ構成要素である。 最も一般的なサーミスタ・パッケージは、直径0.5〜5mmの2本のワイヤーを備えた小さなガラスビーズです。 サーミスタは表面実装パッケージ、ディスク、管状金属プローブに埋め込まれています。 ガラスビーズサーミスタは非常に頑丈で堅牢で、最も一般的な破壊モードは2本のリード線に損傷を与えます。 しかし、より大きな耐久性を必要とする用途の場合、金属管プローブ型サーミスタはより大きな保護を提供する。
利点
サーミスタには、精度、感度、安定性、迅速な応答時間、簡単なエレクトロニクス、低コストなど、いくつかの利点があります。 サーミスタとのインタフェース回路は、プルアップ抵抗と同じくらい単純でサーミスタ両端の電圧を測定することができます。 しかしながら、温度に対するサーミスタの応答は非常に非線形であり、線形化回路または他の補償技術が使用されない限り、小さいウィンドウに対してその精度を制限する小さな温度範囲に調整されることが多い。 非線形応答はサーミスタを温度変化に対して非常に敏感にします。 また、サーミスタのサイズおよび質量が小さいため、サーミスタの温度変化に迅速に対応することができる小さな熱質量が与えられます。
動作
サーミスタには、負または正の温度係数（NTCまたはPTC）があります。 負の温度係数を有するサーミスタは、温度が上昇するにつれて抵抗が小さくなり、正の温度係数を有するサーミスタは、温度が上昇するにつれて抵抗が増加する。 PTCサーミスタは、電流サージが損傷する可能性のある部品と直列に使用されることがよくあります。 抵抗成分として、電流が流れるとサーミスタが発熱して抵抗値が変化します。 サーミスタは電流源または電圧源が動作することを必要とするので、サーミスタでは自己発熱による抵抗変化が避けられない現実です。 ほとんどの場合、自己発熱の影響は最小限であり、高い精度が要求される場合にのみ補償が必要です。
動作モード
サーミスタは、代表的な抵抗対温度動作モードを超える2つの動作モードで使用されます 。 電圧対電流モードは、自己発熱、定常状態の状態でサーミスタを使用します。 このモードは、サーミスタを横切る流体の流れの変化が、サーミスタによって消費される電力の変化、その抵抗、およびそれがどのように駆動されるかに依存する電流または電圧を引き起こす流量計にしばしば使用される。 サーミスタは、サーミスタが電流を受ける電流オーバー時間モードで動作させることもできます。 電流によってサーミスタが自己発熱し、NTCサーミスタの場合に抵抗が増加し、回路が高電圧スパイクから保護されます。 あるいは、同じアプリケーションのPTCサーミスタを使用して、高電流サージから保護することもできます。
アプリケーション
サーミスタには幅広い用途があり、最も一般的なものは直接温度検出とサージ抑制です。 NTCおよびPTCサーミスタの特性は、次のようなアプリケーションに適しています。
- 液体レベルインジケータ
- 温度補償
- 流量測定
- 真空ゲージ
- 熱保護
- アンペア・ゲイン・コントロール
- 時間遅延回路
- サーマルスイッチ
線形化
サーミスタの非線形応答のために、線形化回路は、しばしば、ある範囲の温度にわたって良好な精度を提供することが要求される。 サーミスタの温度に対する非線形抵抗応答は、温度曲線適合に良好な抵抗を与えるSteinhart-Hart方程式によって与えられます。 しかし、非線形特性は、高分解能のアナログ/デジタル変換が使用されない限り、実際の精度が悪くなる。 サーミスタとの並列、直列または並列および直列抵抗の単純なハードウェア線形化を実現することにより、サーミスタ応答の直線性が大幅に改善され、サーミスタの動作温度ウィンドウがある程度の精度で拡張されます。 線形化回路で使用される抵抗値は、最大の有効性を得るために温度ウィンドウを中心にするように選択する必要があります。