温度センサの種類とその特長【初級編】

2020年の4月で入社2年目に突入しました、はかり商店店員4号です。

このコラムでは、温度計のセンサについてまとめてみました。まだまだ浅い知識ではございますが、私のように温度計センサって難しい！なにそれ！と思っている方にも読んでいただけるよう【初級編】として書いております。随時改善・改良していきますので、ぜひご覧ください。

記録に残っている最も古い温度計は、1592年にガリレオ・ガリレイによって発明されました。ガラス球を使用した、目盛りのない簡単な空気温度計で、温度変化の有無のみを測定する温度計だったそうです。

その後様々な発明を経て、現在は温度センサを使用したデジタル温度計が数多く生み出されています。物体の温度や気温・湿度を測ったりするだけでなく、家電が稼働するうえでも温度の測定は欠かせないと考えると、温度センサがいかに身近で重要なのかが分かりますね。

そして温度センサにはいくつか種類があり、それにより特性・適した用途が異なります。次の段落で、代表的な温度センサを1つ1つ見ていきましょう。

【熱電対】

『熱電対＝ねつでんつい』と読みます。

とても簡単にですが、仕組みを図で描いてみました。異なる2種類の金属線AとBを接続して1つの回路（熱電対）を作り、この２つの接点１と２に温度の差が生じると、回路に電圧が発生し、電流が流れます。2つの接点の温度に差がなく等しい場合は、電流は流れません。

この現象を発見したのが、ドイツ人科学者のゼーベックで、その名前からとって「ゼーベック効果」と呼ばれています。この温度差による電流を起こす電力を「熱起電力」（ねつきでんりょく）といいます。

熱電対を温度センサとして利用し温度を測る場合は、この接点の片方を計測器に接続します。そして、2種類の金属線の接点と、計測器側の接点の温度差によって生じる電圧を測定することで、温度計測に利用されています。

この熱電対、産業界で最も多く使われている温度センサだそうです。2種類の金属の構成材料によって8タイプに分けられており、種類によって特徴・メリット/デメリットが異なるため、測定範囲や測定対象に合わせて選択することになります。

K熱電対は、工業用として最も普及しており、比較的安価かつ耐熱・耐食性に優れているのが特長。

特に高精度で測定したい場合はE熱電対、高温域で精度よく測定するならR/S熱電対、というように使われています。

熱電対の寿命は、B、R、S（貴金属熱電対）は約2000時間。N、K、E、J、T（卑金属熱電対）は約1万時間程度が目安とされています。寿命が近くなってくると、正しく温度を示さなくなったり、断線したりするので、使用する際は注意が必要です。

【サーミスタ】

　サーミスタ（Thermistor）：Thermally sensitive Resistor（熱に敏感な抵抗体）

サーミスタは、温度の変化によって電気の流れにくさ＝抵抗値が大きく変化する電子部品のことです。温度が高くなると電気が流れやすくなり（抵抗値が下がる）、温度が低くなると電気が流れにくくなる（抵抗値が上がる）という特性から、サーミスタの電気の流れを見ることで温度を知ることができるという仕組みです。

サーミスタは、小形かつ感度がとてもよいため、私達の身の回りの家電や精密機器などによく使用されています。写真のような温度測定器はもちろん、エアコンの室内外の温度を測り温度コントロールをするのにも、スマホなどの精密機器の内部温度を測定するのにも使われており、私達の生活を見えないところで支えてくれているセンサなんですね。

そして、サーミスタは温度特性によって3つに分けることができます。

◇NTCサーミスタ…Negative Temperature Coefficient＝温度が高くなると抵抗値が下がる
◇PTCサーミスタ…Positive Temperature Coefficient＝温度が高くなると抵抗値が上がる
◇CTRサーミスタ…Critical Temperature Resistor

このうち、温度測定によく使用されるサーミスタは「NTCサーミスタ」で、一般的にはこの「NTCサーミスタ」がサーミスタと呼ばれています。サーミスタといえばこれ！という感じでしょうか。使用温度範囲は-50℃～400℃ほど。材料はマンガン (Mn) 、ニッケル (Ni) 、コバルト (Co) などの金属酸化物を成分としています。