ダイオード温度計

概要

温度計を自作する場合、一般的には、次のような高精度IC温度センサを利用します。

LM35DZ(0~100℃、10.0mV/℃ )

S8100B(:-40~+100℃、-8.0mV/℃ )

今回は、シリコンダイオードの温度特性を利用した温度計を作成してみました。

動作原理

シリコンダイオードの順方向電圧は、接合部の温度が変化すると-2mV/℃の割合で変化します。 通常20℃の順方向電圧は、約600mVです。 測定可能な温度範囲は、ダイオードの種類にもよりますが、約-20℃から150℃まで可能です。 但し、温度変化の割合は必ずしも直線的ではないので、誤差がでますので、厳密な計測には向きません。

今回の温度計では、この電圧の変化を計測し、温度として表示しています。 ダイオードを5個直列に接続することにより、温度の変化による、電圧の変化量を-10mV/℃としました。

<シリコンダイオードの特性>

シリコン半導体の接合電圧(順方向電圧)は、通常0.5~0.9Vの範囲で使用される。

その接合電圧の温度係数は、負の値を持っており、約-1.7~-2.2mV/℃の値が示されることが多い。

また接合電圧の温度係数は、接合電圧に大きく依存し、接合電圧が大きくなると温度係数は小さくなる。

ダイオードに流す電流に応じて接合電圧が変化する。

高電流密度になれば負の温度係数の絶対値は小さくなる。

接合電圧が、0.65Vで温度係数は、約-2mV/℃になる。

電流が小さければ温度係数の絶対値はもっと大きくなる。

回路図

ソースコード

//********************************************************************** /* 『温度計（シリコンダイオード使用）』 */ //********************************************************************** unsigned int measurement() { unsigned int ad, cnt; // ad = 0; for (cnt = 0; cnt < 60; cnt++) { ad += Adc_Read(1); } return (ad / 60); } //********************************************************************** void main() { static unsigned char buf[6], cnt; static unsigned int ad; // OSCCON = 0b01110000; // クロックは8Mhz CMCON = 0b00000111; // コンパレータは使用しない。 // Ａ／Ｄ変換を使用する。 ANSEL = 0b00000010; // ポートを初期化する。 TRISA = 0b00111010; TRISB = 0b00001111; // 入力割り込みの設定 INTCON.INTE = 1; INTCON.INTF = 0; OPTION_REG.INTEDG = 1; // ＬＣＤを初期化する。 Lcd_Custom_Config(&PORTB,4,5,6,7,&PORTA,0,7,6); Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR); Lcd_Custom_Out(1, 1, "ThermoMeter3"); Delay_ms(500); Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR); // INTCON.PEIE = 1; // これ以降の処理で割り込みを許可する。 INTCON.GIE = 1; // これ以降の処理で割り込みを許可する。 // while (1) { ad = measurement(); ad = (double)ad * 4.8828125; WordToStr(ad, buf); Lcd_Custom_Out(2, 1, buf); Lcd_Custom_Out(2, 6, "mV"); // WordToStr(100.0 - (((double)ad - 1380.0) / 10.0), buf); Lcd_Custom_Out(1, 1, buf); Lcd_Custom_Out(1, 6, "ﾟC"); } } //**********************************************************************

動作確認

いつものブレッドボードで確認しました。 上の白い温度計は市販のものです。 シリコンダイオードを5個直列にした、温度センサー部分です。 市販の温度計よりも、温度変化に敏感に反応します。 上:温度を表示 下:5個のダイオードの両端電圧です。

調整

ダイオードに流す電流によって、温度係数の絶対値が変わってきますので、使用するダイオードに応じて、 バイアス用の抵抗、回路図では、100kを調整し、プログラム上の100℃のときの電圧や1℃あたりの温度 計数(10mV)の単位を調整することにより、更に精度を高めることが可能となります。