サーミスタとは何か

サーミスタとは何か

サーミスタの定義

サーミスタ（または熱抵抗）は、温度の変化に応じて電気抵抗が大幅に変化する抵抗器として定義されます。

サーミスタは回路におけるパッシブコンポーネントとして機能します。正確で安価かつ堅牢な温度測定方法です。

サーミスタは極端な温度では効果的ではありませんが、多くの用途で好まれるセンサーです。

サーミスタは、正確な温度読み取りが必要な場合に理想的です。サーミスタの回路記号は以下の通りです：

サーミスタの使用法

サーミスタにはさまざまな用途があります。多くの液体や環境空気の環境でサーミスタ温度計として温度を測定するために広く使用されています。サーミスタの最も一般的な使用例は以下の通りです：

• デジタル温度計（サーモスタット）

• 自動車アプリケーション（車両やトラックのオイルと冷却液の温度測定）

• 家庭用電化製品（電子レンジ、冷蔵庫、オーブンなど）

• 回路保護（つまりサージ保護）

• 充電式バッテリー（適切なバッテリ温度を維持するため）

• 電気材料の熱伝導率を測定するため

• 多くの基本的な電子回路（例えば初心者向けArduinoキットの一部として）

• 温度補償（つまり、回路の他の部分で温度変化により生じる影響を補うために抵抗を維持する）

• ホイートストンブリッジ回路での使用

動作原理

サーミスタの動作原理は、その抵抗が温度に依存することです。オームメーターを使用してサーミスタの抵抗を測定できます。

温度の変化がサーミスタの抵抗にどのように影響を与えるかを理解することで、抵抗を測定して温度を決定することができます。

抵抗がどれだけ変化するかは、サーミスタに使用される材料の種類によって異なります。サーミスタの温度と抵抗の関係は非線形です。典型的なサーミスタグラフは以下の通りです：

上記の温度グラフを持つサーミスタがある場合、オームメーターで測定された抵抗値とグラフ上の温度を照合することができます。

y軸上の抵抗から水平線を引いて、この水平線がグラフと交差する点から垂直線を下に引くことで、サーミスタの温度を導き出すことができます。

サーミスタの種類

サーミスタには2つの種類があります：

• 負温度係数（NTC）サーミスタ

• 正温度係数（PTC）サーミスタ

NTCサーミスタ

NTCサーミスタでは、温度が上昇すると抵抗が減少し、逆もまた然りです。この逆の関係により、NTCサーミスタは最も一般的なタイプとなります。

NTCサーミスタの抵抗と温度の関係は以下の式で表されます：

• RTは温度T（K）での抵抗

• R0は温度T0（K）での抵抗

• T0は基準温度（通常25oC）

• βは定数であり、その値は材料の特性に依存します。標準的な値は4000です。

βの値が高いほど、抵抗-温度の関係が良好になります。βの値が高いということは、同じ温度上昇に対して抵抗の変化が大きくなるため、サーミスタの感度（そして精度）が向上します。

この式から、サーミスタの感度を示す抵抗温度係数を決定することができます。

上記のαTには負の符号があります。この負の符号は、NTCサーミスタの負の抵抗-温度特性を示しています。

β = 4000 K かつ T = 298 K の場合、αT = –0.0045/oK です。これはプラチナRTDの感度よりもずっと高い値です。これにより非常に小さな温度変化を測定することができます。

しかし、現在では高コストながら正温度係数を持つ重いドープされたサーミスタも利用可能です。

式 (1) は、非常に狭い温度範囲でも曲線の線形近似が不可能であるため、サーミスタは明確に非線形センサーです。

PTCサーミスタ

PTCサーミスタでは、温度と抵抗の間の関係が逆になります。温度が上昇すると、抵抗も上昇します。

温度が低下すると、抵抗も低下します。したがって、PTCサーミスタでは温度と抵抗は逆比例します。

PTCサーミスタはNTCサーミスタほど一般的ではありませんが、回路保護の形式として頻繁に使用されます。ヒューズのような機能を持ち、PTCサーミスタは電流制限装置として作用します。

電流がデバイスを通ると、少量の抵抗熱が発生します。電流が十分に大きければ、デバイスが周囲に失う以上の熱が発生し、デバイスは加熱されます。

PTCサーミスタでは、この加熱により抵抗も増加します。これにより自己強化効果が発生し、抵抗が上昇します。これにより電流が制限され、回路を保護します。

サーミスタの特性

サーミスタの特性を規定する関係は以下の通りです：

• R1 = 絶対温度T1[^oK]でのサーミスタの抵抗

• R2 = 温度T2 [^oK]でのサーミスタの抵抗

• β = 材料の種類に依存する定数（例えば、振動子トランスデューサー）

上記の式から、温度と抵抗の関係は非常に非線形であることがわかります。標準的なNTCサーミスタは通常、約0.05/^oCの負の熱抵抗温度係数を有します。

サーミスタの構造

サーミスタを作るには、2つ以上の金属酸化物粉末をバインダーと混ぜてスラリーを作ります。

このスラリーの小さな滴をリードワイヤーに形成します。乾燥のために、これを焼結炉に入れます。

この過程で、スラリーはリードワイヤーに縮小して電気接続を作ります。

この処理された金属酸化物はガラスコーティングを施すことによって密封されます。このガラスコーティングはサーミスタに防水性を与え、安定性を向上させます。

市場にはさまざまな形状とサイズのサーミスタが存在します。小さなサーミスタは直径0.15ミリメートルから1.5ミリメートルのビーズの形をしています。

サーミスタはまた、ディスクやワッシャーの形をしており、高圧力で平らな円筒形に押し出されます。直径は3ミリメートルから25ミリメートルです。