マイナス温度係数温度センサー

●サーミスタはファインセラミックス半導体の感熱素子です。

サーミスタは熱に敏感な抵抗体であり，その抵抗値は温度変化とともに著しく変化する半導体である。一般的な物質温度が上昇した場合、

抵抗値が漸増する。我々のNTCサーミスタの抵抗値は温度上昇とともに著しく減少した。

※マイナス温度係数（英語名：Negative Temperature Coefficient；英語略称：NTC）

以下の説明はNTCサーミスタに限る。

サーミスタはMn（マンガン），Ni（ニッケル），Co（コバルト）をはじめとする多種類の金属酸化物を原料として焼結した微細セラミック半導体の一種である。

感熱素子作業温度は-50～+500℃の間で、日常の温度制御に必要な温度範囲をカバーしています。サーミスタの体積が小さいので、また

安定性がよく、応答性が高いので、家庭用電気製品や工業機器の温度センサーや温度補償素子などに多く使われています。

●サーミスタの物理的性質

4つの定数でサーミスタ特性を決定します。

サーミスタ特性は、基本的に「抵抗値R」·[B値B]·[散逸定数δ]·[熱時間定数τ]の4つの定数で決まる。

この4つの定数を基本とし、また「電流電圧特性」と「抵抗温度係数」を補助として表示する場合があります。

1）抵抗値

サーミスタの抵抗値は以下の通りとなっています。

規定された環境温度では、抵抗体は検出電流自体の発熱による抵抗値の変化を受け、全体の検出誤差に対して無視できるほどの測定電力で測定されたサーマル抵抗の直流抵抗値を無視することができる。

通常は標準化された検査電流値と社内設計の超高精度恒温槽でサーミスタの抵抗値を測定します。

サーミスタは、通称NTCの「負温度係数のサーミスタ」で、温度上昇に伴う抵抗値の減少が特徴です。

サーミスタの「抵抗値R」と「絶対温度T」の関係は、近似的に下式で表現できます。

回路設計上理想的なサーミスタ特性は、動作温度範囲における抵抗値変化100Ω〜100 kΩであるため、様々な特性から適した仕様を選ぶ場合、この抵抗値を参考値とすることができます。

2）B値

B値は温度変化に対するサーミスタ感度を示す物性値である。

NTCサーミスタは温度上昇とともにその抵抗値が減少するのが特徴である。その抵抗値変化率はB値で表される。オンライン図の

傾斜も変化率を表します。

その傾きが大きい（つまりBの値が大きい）ということは、温度変化に対する感度が高いということです。

変化率を示すB値は二つの環境温度間の抵抗値変化で計算された。

B値と抵抗値が違います。サーミスタチップのサイズを変えてもB値の仕様は調整されません。

サーミスタチップの材料組成はB値規格を決定した。また、B値の大きいサーミスタは抵抗値も高いので、抵抗値とB値を自由に組み合わせられません。

例えば、抵抗値は非常に高いですが、B値が極端に小さいサーミスタは開発が難しいです。

私達のサーミスタの規格は抵抗値とB値の様々な組合せを備えています。

特注B値が必要でしたら、お問い合わせください。

B値0℃/100℃の計算例。

3）散逸定数

散逸定数δは、静止空気環境において、オン電気サーミスタ自身の発熱に応じて1℃上昇するときに必要な電力（mW／℃）である。

周囲温度Taに電力Wを印加すると、サーミスタ自体が発熱してやっと温度Tに達すると、次のような関係ができます。

散逸定数は，熱抵抗自身の温度に対して1℃の電気パワーを上昇させるのに相当する。しかし、この温度と周囲の環境温度の誤差も検出データに反映される。そのため、回路を設計する時は、検出の妨げにならない範囲内で印加電力を制御して自身の発熱を抑制するべきである。

散逸定数δは「自己発熱」と「放熱」のバランスで決まるので、サーミスタ周辺の環境によって著しく変化します。

熱伝導率の高い材料がサーミスタの周りに使用されると，放熱を助長し，その結果散逸定数δも増大する。逆に低放熱性構造の場合の散逸定数δは小さいかもしれないので，組立材料の選択は特に重要である。

組み立て後，実際の動作環境（空気，水，油，ホットプレートの接触など）において，散逸定数δを実際に検出し，実際の動作に一致するデータを得た。

4）熱時間定数

熱時間定数は，周囲の温度変化に追随するサーミスタの応答性の程度を示す。

サーミスタ周囲の環境温度がT 1からT 2に変化すると、時間t（sec.）とサーミスタ温度Tの間を経て以下の関係が成立します。

関係式におけるτ（sec.）は熱時間定数である。

t=τの場合、次のように表示されます。

サーミスタの温度変化を初期温度差の63.2%までの所要時間を熱時間定数τ（sec.）と定義した。

熱時間定数として定義された時間だけでは，サーミスタ温度は周囲の環境温度には到達しない。

熱時間定数τ（sec.）n倍時の温度変化率は以下の通りである。熱時間定数で

τ（sec.）の約7倍でサーミスタ温度は周囲環境温度に達する。

τ=63.2%、2τ=86.5%、3τ=95.0%、・・・7τ≒100%

サーミスタの体積が小さいほど応答速度が速いので、小型のサーミスタの熱時間定数τは小さい。また，サーミスタの組み立て構造により応答速度が著しく変化するので，動作環境に十分注意し，熱伝導率の高い材料を選ぶ必要がある。

5）電流電圧特性（I-V特性）

電流電圧特性（I-V特性）は、サーミスタが通電する時の電圧変化を示しています。

NTCサーミスタの電流電圧特性（I-V特性）は電流値が大きくなるにつれて電圧値も直線的に増加するのが特徴です。しかし

ある電流値に達すると電圧値が減り始めます。

通電後、サーミスタは自身の発熱を開始し、電流量が増加するにつれて、発熱量も引き続き増加している。

導線の発熱及びサーミスタ表面の発熱（放射線による）により、自身の発熱量が小さい時の発熱量は発熱量より大きいです。だから暑いです

抵抗は自身の発熱の温度変化によって発生しません。抵抗値も影響を受けません。オームの法則によれば，電流と電圧は比例関係である。

しかし発熱量が放熱量を超えると、自身の発熱によりサーミスタ温度が上昇し、その影響で抵抗値が減少して電流と電圧の割合が消滅します。このため境界値を越えると電圧値は徐々に減少します。

サーミスタ素子の電流電圧特性を以下の線図に示します。サーミスタ自体が発熱して抵抗値が変化する影響が小さい範囲（線図上に直線で表示されている領域内）では、通常使用されるべきです。

また、プロットの頂点を超えた印加電圧を使用すると、サーミスタが「暴走モード（抵抗値減少と自身発熱との間で継続的な重複）」に入り、短時間で熱により破損する恐れがありますので、十分注意してください。

6）抵抗温度係数α

抵抗温度係数は、サーミスタの1℃あたりの抵抗値変化率を示します。単位は%/℃。

抵抗温度係数αは。ここでは、サーミスタの抵抗値Rと絶対温度Tの関係式（抵抗値を参照してください）を、温度T微分を用いて、αを所望の式に代入して、次のように表します。

抵抗温度係数αの符号（－）は，温度上昇とともにサーミスタ抵抗値が減少することを示している。B値は3400 Kで、20℃近くの抵抗温度係数を求めると

抵抗温度係数α≒4%/℃

一般的に金属及び合金は温度が上がると抵抗値が高くなります。1℃の温度変化に対して，その温度係数は0.4%（金），0.39%（プラチナ）であり，

大きいのも0.66%（鉄）、0.67%（ニッケル）程度です。しかし、サーミスタの抵抗温度係数は約−4%である。つまり、微小な温度変化に対しても、

サーミスタの抵抗値は著しく変化します。サーミスタセンサーは精密温度測定と微小温度差制御に適していると言えます。

7）絶縁抵抗

サーミスタ素子の絶縁抵抗は「導線←→ガラス」間の絶縁性です。

耐久性の確保には、十分な絶縁性が重要です。私たちはすべてのサーミスタ製品に対して全数絶縁抵抗を測定します。

絶縁抵抗測定方法は下図の通りです。

金属製容器に電気伝導性の絶縁検査液を充填し、サーミスタをガラスの頭部に浸漬する。

まず、絶縁抵抗試験器の陽極（+）をサーミスタ導線に接続し、次に絶縁抵抗試験器の陰極（－）を金属製容器に接続し、

次に「導線←→ガラス」間の絶縁性を測定します。