【温度センサーIC－1】温度センサーICを使い温度測定をする方法

この記事わかること

温度センサーICの温度測定についての基本的な仕組みを説明します。
例として、温度センサーIC Texas Instruments（ Ti ）製 型番：LM61を示し、説明します。

半導体温度センサーとは

トランジスタやダイオードの温度特性を利用したセンサー。アナログ出力（電圧）とデジタル出力タイプがある。IC化されているので簡単に使用でき、デジタル出力タイプはマイコンとの通信も容易。温度測定に加えて、サーモスタット機能、携帯機器への使用を見込んだ省電力モードなどの付加機能のバリエーションを持つ。

温度対温度センサーIC電圧出力特性のグラフは、一次関数の関係が成り立ちます。

例：IC温度センサーの温度仕様（一部抜粋）

Ti製 型番：LM61仕様

型番	LM61
会社名	Ti（Texas Instruments)
温度測定範囲	-25℃～85℃
精度	±3℃
勾配（傾き）	10ｍV/℃
電源電圧	2.7V～10V
切片（0℃の電圧）	600ｍV
出力インピーダンス	800Ω

Ti製、型番：LM61のデータシートより一部抜粋しました。

温度センサーから温度値を算出

下記に、温度センサーICから温度値決定までの概略図を示します。

図－1：温度センサーから温度値決定まので概略図

Temperature sensor-IC：温度センサーIC部品。例えば、Ti製 LM61、Micro chip製 MCP9700A
A/D converter：アナログ/デジタル 変換部品
MPU：マイコン部品

緑色：ハード部品
緑枠、内橙色：ハード部品＋ソフト

注意：
Analog-out Voltagaeの電圧値を大きくする時には、”温度センサーIC部品”と”A/D変換部品” 間に増幅回路（4倍等）を追加します。

以下の説明では、増幅回路が無い構成とした計算式です。
（アナログ出力電圧倍率無しの計算式）

説明：
温度センサーICは、温度に沿った電圧（Analog-out Voltage：紫色）を出力します。
この時、温度センサーICの出力電圧と温度値に規則的な特性があります。
（この規則的な特性が、一次関数式：y=ax+bと成ります。
　各部品仕様により、”a:勾配”と”b：切片”は決まります。）
温度センサーICのアナログ出力信号をマイコンに取り入れるために、A/D変換してデジタルデータ（digital-out Voltage：水色）にします。
このデジタルデータをマイコン（MPU）のソフトを使い温度値を計算します。このソフトの計算アルゴリズムが一次関数式です。

勾配（傾き）【ｍV/℃】、切片【ｍV】は、各部品仕様によります。
例えば、LM61では、勾配（傾き）：10ｍV/℃、切片（0℃の電圧値）：600mVです。

　

LM61の温度対出力電圧の特性（イメージ図）は、下記となります。
温度センサーICの温度と出力電圧関係がリニア（緑実線、緑破線は誤差）となります。

図－２：LM61の温度対出力電圧の特性（イメージ図）

LM61を使用した時のソフトの温度計算アルゴリズムは、下記となります。

注意：上記式は、アナログ出力電圧の倍率無しの計算式です。

上記グラフ（赤字）例では、温度センサーIC Analog-out voltage：900mVの場合、上記式で計算すると、Temperature：30℃となります。

　

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温度測定全体の精度について説明していません：

温度センサーICには、必ず精度があり、本温度センサーICの精度は、-25℃～85℃ ±3℃です。
更に、精度に関わる要因としてA/D変換部品の精度が有ります。（増幅回路の付加の場合は、この誤差も追加）
これらの精度に関する要因を含み、マイコン内で温度値に変換されます。