- 発行日 2024年4月26日
- 最終変更日 2024年4月26日
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サーミスタとは？
温度を変化させるデバイスの電流調整に不可欠なサーミスタは、様々な産業用電化製品に使われています。
サーミスタとは？その用途は？この重要な電子部品に関する基礎知識やよくある質問から、その仕組みの詳細まで、サーミスタについて詳しく見ていきましょう。
サーミスタは、感知している温度が変化すると回路の抵抗値が変化する電子部品です。その名前は、サーマル（熱に関係する）とレジスター（電流の流れを制限する標準的な電子部品）に由来しています。サーミスタは、温度センサーとして広く使用されており、多くの産業や電子機器で温度測定に利用されています。
サーミスタの種類
サーミスタには、主に負温度係数（NTC）と正温度係数（PTC）の2種類があります。
NTCサーミスタとは？
YouNTCの場合、温度が高いほどサーミスタの抵抗値は小さくなり、温度が低いほど抵抗値は大きくなる。NTCは最もよく使われているサーミスタです。
PTCサーミスタとは？
PTCは逆の特性を持ちます。高い温度は高い抵抗をもたらし、低い温度は低い抵抗を意味します。
適切なサーミスタの選択が重要
言うまでもなく適切なタイプを選ぶことが重要です。それが冷凍、周囲温度制御、または加熱アプリケーションで使用されているかどうかにかかわらず、抵抗は、多くの場合、自動的に何らかの温度調整装置を制御するために使用されます。他のフェイルセーフ対策がない場合、間違ったタイプを使用すると、間違った方向に修正しようとするため、例えば冷却すべき時に熱を加え続けるなど、壊滅的な動作が起こる可能性があります。
サーミスタとサーモスタット、温度計、熱電対の比較
サーミスタと似た温度制御・監視デバイスはいくつかありますが、それぞれ異なる用途があります。
サーモスタットは、温度によって回路のオン／オフスイッチを作動させる装置です。ほとんどの家庭用セントラルヒーティングでは、温度が一定以下になるとセントラルヒーティングのスイッチが入り、部屋が希望の温度になると再びスイッチが切れるようになっています。一方、サーミスタは、単純なオン／オフシステムではなく、連続的に作動するため、より精巧に制御を行う装置です。サーモスタットでは、デバイスが熱源にスイッチのオン・オフを指示するのに対し、温度が常に変動する中で、サーミスタは、温度を制御するデバイスに常に情報をフィードバックできるため、より安定した温度を維持できるのです。
温度計は、温度を測定し、それを何らかの読み取り可能な形で表示する装置です。その表示方法には、水銀のチューブ、針、LCDディスプレイ、またはデジタル信号を遠隔地のコンピューターに送るなど、さまざまなものがあります。一方、サーミスタは、可動部も表示部も持たず、測定対象機器に接続された回路内の抵抗を単純に上下させるだけです。
熱電対は、非常に正確な温度計の一種であり、通常、2つの異なる金属のプローブを使用しています。これらのプローブが接触する点で電圧を生成します。この電圧は温度差に依存するため、温度を計算するために使用できます。熱電対（および他のタイプの温度計）の読み取り値は、コンピューターや物理的装置によって解釈されるように設計されているため、バルブ、ポンプ、または電気抵抗をフィードバック・ループで制御するために使用できます。
サーミスタの仕組み
異種導電材料は温度によって抵抗が変化するため、サーミスタは物理的には比較的単純なデバイスです。サーミスタのビーズが温かくなったり冷たくなったりすると、その回路を流れる電流は抵抗値の変化に応じて変化します。抵抗が増加すると、減少する電流を測定し、元の電流が既知であるため、その差を使って温度を測定することができます。
複雑なのは、どの材料を使用するかです。温度に対する反応はそれぞれ異なるため、メーカーはさまざまな温度範囲に対応するさまざまなサーミスタを製造できます。また、NTCとPTCは熱に対して正反対の反応を示すため、どちらの製品を作ることも可能です。
サーミスタは何でできている？
NTCサーミスタは、クロム、マンガン、コバルト、鉄、ニッケルなどの金属の酸化物から作られています。一方、PTCサーミスタはチタン化合物を使用し、通常はバリウム、ストロンチウム、鉛が含まれます。これらの化合物は通常、保護と正確性のためにエポキシやガラス層でカプセル化されます。
サーミスタの回路内での役割は？
サーミスタは、回路的には基本的に、ノブやスライダーではなく、温度によって自動的に制御される可変抵抗器として機能します。
サーミスタの回路記号は？
サーミスタの回路記号は、一般的には次のように表されます：
- NTC（負温度係数）サーミスタの回路記号：t°の前に負の記号（-）が付きます。
- PTC（正温度係数）サーミスタの回路記号：t°の前に正の記号（+）が付きます。
サーミスタの用途は？
サーミスタは温度が重要な要素となる場面で幅広く活用されます。食品調理機器や化学製造プロセス、エンジニアリング・アプリケーション、冷凍装置など、さまざまな場所に設置されます。サーミスタは温度変化を監視し、それに応じて対応する役割を果たします。単に温度を表示するだけでなく、測定された温度に基づいてバルブ、ポンプ、インレット、流量などをコンピューターや電子制御で制御し、冷却や加熱を行う自動制御システムの一部として機能することもあります。
サーミスタの校正方法
サーミスタの校正は、制御された環境下（例えば、密閉された、断熱された、液体やガスで満たされたタンクやチャンバーなどが最適です）で行います。校正済みの温度センサーと並べて配置し、温度を調整して、異なる温度範囲でのサーミスタの応答を記録します。テストは、サーミスタが使用される予定の温度範囲内で行う必要があります。使用温度範囲を知ることで、購入するサーミスタの適切なタイプを選択することができます。
サーミスタは直線的な経路をたどりませんので、温度と抵抗の組み合わせが2つしか知られていなくても、残りの値を温度範囲全体で補間するのは不十分です。したがって、サーミスタの特性を正確に把握するためには、少なくとも5つの点（できればそれ以上）で温度と抵抗の曲線をプロットする必要があります。また、温度と抵抗の曲線が急峻になる温度範囲があるため、わずかな温度変化でも精度が低下します。非常に温度に敏感なアプリケーションでは、その範囲内で最も正確なサーミスタを選択することが重要です。