【温度センサーIC】ー2 温度センサーICの出力電圧測定

この記事わかること

テキサス・インスツルメンツ（Ti）製の温度センサーIC 型式：LM61のVout出力電圧の評価試験を行いました。
LM61のデータシートに記述している、温度算出の式
”Vout出力電圧【mV】＝10【ｍV/℃】× 温度【℃】+ 600【mV】”に準じるかの評価しました。

結果として、
上記、温度算出の式に相等する事を確認しました。
仕様 精度：±3.0℃ に対し、 観測値 ±1.7℃ となり、仕様範囲で有ることを確認しました。

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測定環境は、個人的なレベル環境です。よって測定結果は、参考的なデータとなります。
測定装置（オシロスコープ、恒温槽、温度計）は、校正を行っていません。

温度センサーICの温度測定の基本知識については、ここを参照。

LM61の基本仕様

Ti製 型番：LM61基本仕様

表－1：温度センサーIC LM61の基本仕様

型番	LM61
会社名	Ti（Texas Instruments)
温度測定範囲	-25℃～85℃
精度	±3℃
温度勾配（傾き）	10ｍV/℃
切片（0℃の電圧）	600ｍV
電源電圧	2.7V～10V
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ICの温度対電圧特性

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。
評価結果は、下記の特性を期待する事になります。

図－1：LM61の温度対出力電圧の特性（イメージ図）

詳細は、ここを参照。

温度対電圧特性の測定

各温度設定時（室温、20℃代、30℃代、40℃代、50℃代　計8点）の温度センサーLM61 Vout出力波形から電圧値を測定します。

目的

市販の温度センサーIC LM61を使い温度測定をして、温度対出力電圧の特性を作成します。
本特性と仕様の乖離について確認します。
精度についての確認します。

M61のデータシートに記述している、温度算出の式
”Vout出力電圧【mV】＝10【ｍV/℃】× 温度【℃】+ 600【mV】”
室温～50℃代の温度精度±3℃です。

測定条件

恒温槽を測定する温度に設定、1分後に電源ON、約1分後にオシロスコープの波形で電圧測定します。

測定環境

以下に、温度センサーICと測定環境図を示します。

図－2：温度センサーICと測定環境図

LM61：Ti製 温度センサーIC　型式：LM61
C：1uF コンデンサー（ローパスフィルター用コンデンサー）データシートを参考
Temperature chamber：自作の恒温槽
Thermometer：温度計
Oscilloscope：オシロスコープ（電圧波形測定：RIGOL製 DS1202）
VDD：電源電圧（単一形乾電池 2個）
始めは、本ブログの為に購入した安定化電源（型式：SPPS-C3010W）を使いましたが、出力にノイズの発生が有り、本投稿の温度センサーICの電源には不採用としました。今回は、ノイズを最小化する電源として乾電池を採用しました。
この件については別投稿を予定しています。

GND：グランド
＋Vs： 温度センサーICの電源（3.25V（1.5V乾電池を直列））
Vout：温度センサーICの温度アナログ出力電圧

Vout出力線の線材は、データシートにてシールド付きケーブル線となっていますが、本報告では単線としています。
LM61のVout出力接続の単線の長は、50cm。
　
Vout出力とGND間に、コンデンサー C：1uFを接続します。データシートの素子と同じです。
LM61内に800Ω（VDD=3.25V）と外付けコンデンサーC:1uF接続で、ローパスフィルター（LPF）を構成します。
LPFのカットオフ周波数には、下記の公式を参照。

判定基準

1. 温度算出の式
   ”Vout出力電圧【mV】＝10【ｍV/℃】× 温度【℃】+ 600【mV】”になること又は、近似した式になること。
2. 測定した温度で温度精度：±3℃内になること。

結果

観測結果を下の記表に示します。

表－2： LM61の測定結果表

①：恒温槽内温度 [℃]	Vout [mV]	②：算出温度 [℃]	温度差（ ①ー② ）
19.1	788	18.8	0.3
27	876	27.6	-0.6
29.1	908	30.8	-1.7
36.4	960	36	0.4
44	1036	43.6	0.4
51.5	1100	50	1.5
55.2	1148	54.8	0.4
59.3	1176	57.8	1.7

恒温槽内の温度：
　各温度設定において安定した時点の温度としました。
　恒温槽は自作であり、決まった温度値にする事が難しい為です。
Vout：温度センサーIC Vout出力端子波形をオシロスコープで観測。
算出温度：Vout 出力値から温度を計算。詳細は、ここを参照。

温度差＝（ 恒温槽内温度ー算出温度）は、±1.7℃の範囲となりました。

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測定時の波形：29.1℃時のVout波形とVDD波形を下記に示します。

図－3：29.1℃ Vout出力とVDD波形

結果グラフ

図－4：温度対出力電圧の特性

青点：測定値
橙破線：測定値からの近似直線

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結果まとめ：

1. ”図－4：温度対出力電圧の特性”結果から、
   LM61のデータシートの温度値の計算式には、粗準じている事が分ります。
   計算式：”Vout出力電圧【mV】＝10【ｍV/℃】× 温度【℃】+ 600【mV】”
2. ”表－2： LM61の測定結果表”から
   19.1℃～59.3℃の範囲では、仕様 精度：±3.0℃ ＞ 観測 ±1.7℃ となりました。

所感

1個のサンプルでは有るが、仕様 精度：±3.0℃ に対し 観測の温度差 ±1.7℃内で有り、予想以上に精度が高いことが分りました。

1個のサンプルを使用した測定です。かつ測定環境も独自で個人的な測定評価です。