(アルミ管入り)サーミスタの自己発熱・熱放散係数を測ってみた

今回の対象も空気中においたNTCサーミスタがアルミ管に封入したものです。

アルミ管入のサーミスタが売っているわけではなくこうやって作ったものです。


単に封入するだけだと熱がこもると思いますが適当な金属片等を入れてアルミ管との熱抵抗ができるだけ小さくなるように作ってあります。これはもちろんレスポンスをよくするためですが熱放散係数を小さくする＝自己発熱を小さくする＝効果もあるはずです。

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測り方は前回の「サーミスタの自己発熱・熱放散係数を測ってみた」と同じでこんな回路を使います。


スイッチS1のON/OFFでサーミスタに流れる電流を変化させ自己発熱量をコントロールします。ツェナーの記号は実際には基準電圧源です。

「サーミスタや白金抵抗温度計の自己発熱の影響を補正する方法」に書いたようにこういうときは電流を√2倍にするというのが“実用向き”なのですが、電流を√2倍する仕組みを作るのがめんどうなので適当にやります。

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電圧の変化です。


スイッチを閉じると電流が増えるのでサーミスタの端子電圧は増えます。

基準電圧からこの電圧を引いて抵抗（R2+R3またはR2のみ）の値で割ると流れている電流がわかります。電流がわかったらサーミスタの端子電圧をその電流で割ればサーミスタの抵抗値が求められます。


最初急激に（と言っても2%くらいですが）抵抗値が減っていますが、これは窓が開いているのに気がついて閉めたためでしょう。

抵抗値から温度への変換は

　　Th_T = 1/(log(R1/Rr) / B + 1/298.15) - 273.15;

を使います。R1が測定したサーミスタの抵抗値、Rrが基準になる抵抗値（25℃での抵抗値）、BはB定数です。RrとBはデータシートにある

　　Rr = 10kΩ±1%
　　B = 3380K±1%　　（25℃～50℃の値）

を使います。

念のために書いておくと上の式は近似式（というのか、二つの温度でだけ正しさが保証される式）でこれでRr、Bの誤差に応じた確度の温度が求まるというわけでもありません。とは言ってもそれなりの確度のある温度が得られますし今はそこが問題ではないのでそのまま使いますが、こういうことに興味がある方は「サーミスタで正確な温度を測るコツ - 基準抵抗(R0)、B定数、熱拡散係数、...」を参考にしていただければいいと思います。



これまたちょっとあやしいですが、電流の増減にしたがって温度が0.04度変化しているようです。
なお今回は温度変化が小さいので温度の縮尺は2倍にしてあります。またノイズっぽい動きは前回ほど見られません。室内の空気というのは微妙な温度変化があったのかもしれません。

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それぞれの電流での発熱量（消費電力） P = RI^2 を求めます。

　　I=0.061mAのとき　　P=0.041[mW]
　　I=0.121mAのとき　　P=0.161[mW]

0.12mWに対して0.04℃上昇したわけですから

　　熱拡散係数 = 0.12/0.04  = 3[mW/K]

となります。データシートによれば静止した空気中では 1.5[mW/℃] ですから熱拡散係数は1/2になったことになります。

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得られた熱拡散係数から 161μWに対する温度上昇を求めると

　　0.16 / 3 = 0.05[℃]

で0.05度ということになります。

この程度の電流で測定した場合温度測定に対する影響は0.1度以下ですから、サーミスタによる温度測定の確度を考えるともう無視していいくらいになります。

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