金属皮膜抵抗温度係数 - グラフ版まとめ
金属皮膜抵抗の温度係数について引き続き調査中です。と言ってもあんまり進んでいませんが、kmnkさんからいただいたデータがあるのでそれもまとめてグラフにしてみました。
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細かいデータがあるものについては
「金属皮膜抵抗と炭素皮膜抵抗の温度係数を測ってみた - まとめ」
にありますが、今回はひとまず温度係数の値が出ているのはぜんぶプロットしてみました。
温度係数が小さいものがほしければそれなりのスペックのものを買えばいいわけですが、そういうものはやっぱりそれなりのお値段となりますので“選別”してどうにかならないかなあ、ということになります。
全体的に仕様値(?)よりずっと小さいものが多いです。特に利久電器は100ppm/Kがそうで、今のところ±20ppm/Kに収まっています。
温度係数はもちろん小さい方がいいのですが、“次善の策”として多少大きくても温度係数が同じものが使えれば済むケースもあります。
ロットが同じであれば同じくらいの温度係数と漠然と考えていたのですが、こうやって見ていると実際どうなのかよくわかりません。もう少しデータを増やして行きたいと思っています。
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セッピーナさん、ご無沙汰してます。
ずっと、温度係数測定の自動化のため、DMMや電源のPC制御で苦闘してました。
232C接続だから何とかなると思ったのが大間違いで、
古い測定装置の232Cによる制御は厄介です。
複数の機器があると、全部違う232C結線が必要になるありさまです。
・ HWフロー制御が、RTS/CTSだったりDTR/DSRだったり、
・ クロスだったりストレートだったり、
・ オスだったりメスだったり、
同じAgilentでも違ってたりするので、232Cモニタ見ながらじゃないとつなげられません。
やっとこの問題が解決したので、新たに計測したデータをお出しできるめどが立ちました。
セッピーナさんに触発されて、温度計測用に白金抵抗体も手に入れましたが
とりあえず、秋月のNTCサーミスタで測ってます（安いので、埋め込むとか、気にせず使える）。
作成したアルミパイプの恒温槽もどき
（セッピーナさんの熱電対を入れているパイプと同じ太さみたい）は、
1Wのヒータ電力で、100℃(室温+70℃)になります。
この中に計測対象の抵抗を入れると、抵抗のリード線から熱が逃げるため、
もう少しヒータ電力を増やさないと、100℃にはなりませんし、
抵抗に密着したサーミスタとアルミパイプに密着したサーミスタは
およそ10℃の温度差が出ています。
恒温槽制御のために、試しに、計測対象の抵抗を入れずに、
100秒きざみで疑似乱数（PRBS7)によって電源電圧を振って、
その時のパイプの温度変化データを採取しました。
このデータから、
・ 「入力電力⇒温度」の周波数位相応答が求まる。
・ 最適な温度制御ができる。
・ 熱抵抗の等価電気回路も作れる。
などという皮算用はできますが、なかなか時間が取れなくって。
とはいうものの、時系列で温度が取れるようになったので、定温にせずとも、
時間で温度を変化させて動的な変化を記録するというセッピーナさんの
方法が堅実なのではないかと思ってます。
投稿: kmnk | 2015年7月 8日 (水) 17時06分
なんだかむちゃくちゃ本格的になってきていませんか (^^)
測温抵抗体はNTCサーミスタ校正用ということでいいんじゃないでしょうか。
こういうのをやるときリード線の熱抵抗（というか熱伝導率）は侮れないんですよね。
確かさんざん断熱材を巻いたのに熱の半分がリード線を通して逃げているということがありました (^^;;
温度を変化させながらデータをとるというのは意外と合理的な方法だということに最近気がつきました。
恒温槽で温度を一定にした（なった）だけでは温度計と測定対象にどのくらいの温度差があるかわかりませんから。
新しい“システム”での測定結果、期待しています。
投稿: セッピーナ | 2015年7月 8日 (水) 20時22分
セッピーナさん
試しに、「なんちゃって恒温槽」を使って、温度系数が大
きかったKOAの500KΩと、温度系数が一番小さかった利久の
2KΩの特性を測って見ました。
500KΩの温度係数は、ほぼ+50ppm/℃で、規格ギリギリでした。
一方、利久の2KΩの計測ではよくわからないことが起きて
いるので解釈に困ってます。温度系数だけ言うと+4ppm近辺
ですが、妙なヒステリシスが見えるのです。
常温(27℃)から、20分掛けて120℃まで上げたあと、同じ程
度の時間かけて常温まで戻しましたが、元の抵抗値に戻ら
ないというよりも、元の値より小さくなってしまったのです。
その後3時間ぐらい掛けて徐々に元の抵抗値に戻って行き
ました。時間軸で見ると温度を下げて常温にした時に抵抗値が
オーバーシュートしているように見えます。
このオーバーシュート量が、結構大きいのです
(-0.15Ω程度 = -75ppmぐらい)。このため、
行きの温度上昇の過程の係数が+7.8ppm/℃、
帰りの温度低下の過程の係数が+9.5ppm/℃
となりました。
感覚的には、抵抗に何かの物理的な変化（歪？
相転移？）が生じて、3 時間ぐらい掛けて徐々に元に戻っ
た。とみえます。
高精度な物を作る場合、ICでも抵抗でも、ハンダ付け等の
ストレスを加えたあと、長時間変化し続けると聞いた
ことがありますから、こういう現象が起きてもおかしくは
ないですが、もう少し調べてみます。
投稿: kmnk | 2015年7月10日 (金) 07時51分
私は室温＋αでやっているので経験はないのですが、あってもおかしくはない現象みたいに見えますね。
そう言えばOPA277PAのオフセットがやけに大きいのですがはんだ付けを何度もしたせいっぽいです (^^;;
精密な抵抗ほどだいじに扱わなければいけないということなんでしょうね。精密な抵抗はストレスに強く作ってある、ということならいいのですが。
あるいは何度かストレスをかけてあげればだんだん安定してくるとか....
投稿: セッピーナ | 2015年7月10日 (金) 10時48分
セッピーナさん、
小さな温度係数を期待して買った利久の15KΩの温度特性を何本か測ってみました。
測定は、だいたい1000秒で常温からほぼ100℃に上昇させ、その後100秒程度の時間で
常温に戻すという温度変化を与えました
驚いたことに、4本測ったら、温度特性は全部違いました。
４本のうち、常温を基準として、最大変動が+400ppmのものとか-1000ppmのものがあるだけでなく、変動が小さかった２本は、１次の項ではなく、二次の項が支配的な抵抗変化をしてます。
さらに、温度変化に対して、抵抗値変化に遅れがみられるのですが、
その遅れ時間が抵抗ごとに違うように見えるのです。
これは、参った。
急激な温度変化が起きると、抵抗の値がどのように動くか
全く予想できない状態です。
抵抗値の電圧依存性ってこんな所からも生まれるんでしょうね。
従来、抵抗値で選別してきたのですが、最初に温度係数で選別してから
抵抗値で使い分けるという方法をとらないと、精密な分圧器が作れそうもない
ので、まず１０本ぐらいざっと測定しようと思います。
投稿: kmnk | 2015年7月13日 (月) 20時29分
同じ袋に入っているということは同じロットだろうからそんなに特性は変わらないだろうと思っていたのですが、そんなに甘いものじゃないんですね。
私の方はやっと温度計と測定対象の温度差が正確に評価できるようになったのでそろそろ1kΩか20kΩで同一ロットの抵抗の特性がどの程度違うものか調べてみようと思っているところです。
でもやっぱりそれなりのお金を払ってそれなりの抵抗を買うべきなのでしょうか。
以前紹介していただいたRSオンラインのを買ってしまうかも (^^;;
投稿: セッピーナ | 2015年7月13日 (月) 21時01分
"それなりのお金を払ってそれなりの抵抗を買うべき"
と言いたいところなのですが、それなりのお金を払って買ったのに、
それなりのものが手に入らなかったといって怒ってる人もいますからねえ。
http://ko4bb.com/dokuwiki/doku.php?id=test_equipment:precision_z-foil_vishay_resistors
0.05ppm/Kを期待したのに、微分温度係数が-0.5ppm ～-2.6ppmだったみたいです。
vishayに文句を言ったけど、「規格内」とそっけなく言われたようです。
Vishayの定義するTCRは(Rx-R25)/(Tx-T25)であって、微係数じゃないことが
混乱をおこしたようです。
この抵抗は、調べても価格がよくわからないのですけど、少なくとも$50以上のようです。
なお、ko4bbのサイトはルビジウム発振器とかの情報も
あったりして、この手の人の集まる場所のようです。
# うちにも、ルビジウム発振器が数個あったりするから、、、
投稿: kmnk | 2015年7月13日 (月) 21時39分
さっき書いた、温度変化のプロファイルが間違ってました。
1000秒で100℃にあげ、ほぼ同じ時間で室温まで戻します。
実際には、強制的に冷やしてるわけじゃないので、
室温近くで温度がなかなか下がらなくなります。
投稿: kmnk | 2015年7月13日 (月) 22時32分
メーカーはT.C.Rしか規定していなんじゃないでしょうか。
資料を見ると25℃での微分温度係数がゼロになるように作ってあるようなので私はアルファ・エレクトロニクスのを買ったのですが、これにしても単なる参考資料であってそれを保証するということではないと思います。
今は実測する気力・実験環境がないのですが調べておいた方がいいのかなあ....
投稿: セッピーナ | 2015年7月14日 (火) 08時48分
セッピーナさん、
分圧器作成のため、利久の15kΩを20本ほどを、温度による
抵抗値変化をラフに計測しました。
（温度係数とは呼べないような計測です）
スクリーニングのつもりでやってみたものです。
今回の計測は、常温時と、100度に保ったアルミパイプの中に入れた時の
抵抗値の違いを3分程度で観測しているため、時間的ヒステリシスが影響
しにくい状況で観測しています。
結果は、
室温(30℃)⇒ほぼ100℃の温度変化に対し、
-900ppmから+1400ｐｐｍ変化まで、ほぼ一様にばらつきました。
中には、50ppmぐらいしか変化しないものもあります。
# 時系列で抵抗値変化と、密着させたサーミスタの抵抗を測っており、
# 抵抗値変化は、だいたい指数減衰っぽい動きになってます。
このぐらい変化に差があると、100度まで加熱しなくても、
手で触った時に、手の温度で変化が見える抵抗と、変化が見えない
抵抗というぐらいの差で見えてきます。
同じ袋の中でも温度係数はずいぶん違うように思います。
もう少し高安定な抵抗を使った方が良い気がしてきました。
投稿: kmnk | 2015年7月20日 (月) 19時22分
同じ袋＝同じロットでしょうから、ちょっと困った結果ですね。
抵抗の選別をするときは抵抗値だけでなくて温度係数もチェックする必要があるということですか。
私のいちばんシビアな用途は定電流電源で、電流値がドリフトするのは前提とした測定を行っているのですが、もし温度係数が抵抗ごとに違うと等価並列抵抗が温度によって変化することになり測定対象によっては深刻な影響が出ます orz
経時変化も心配になってきました.。
投稿: セッピーナ | 2015年7月21日 (火) 06時12分