熱電対列

温度センサ

トレンド

デジタル熱電対列に関するトレンド ペーパー

デジタル センサ: OEM のニーズや市場の需要に応える

概要

熱電対列センサの主な機能は、物体から放出される熱放射を出力信号に変換することです。このセンサ技術は、家電製品 (電子レンジ、衣料乾燥器、自動調理器)、医療機器 (耳温度計、額温度計)、自動車 (車内の温度調整、座席占有状況検知、死角検出警告、路上の薄氷警告)、消費者向け製品 (プリンタ、コピー機、携帯電話)、その他、ペーパー ウェブ、ブラスチック部品などの多数の産業用途に利用されています。

赤外線温度の測定

すべての物体は赤外線を放射します。表面温度が上昇するほど、放射エネルギーも大きくなります。熱電対列はこの関係に基づいて放射エネルギーを測定することで、この物体の温度を正確に判定できます。

熱電対列赤外線センサは、次の 2 つの物理的効果に基づいて機能します。

• 黒体からの放射: 0 K 超の温度を持つすべての物体は、プランクの法則に従い電磁波を放射します。プランク曲線に対する積分をステファン・ボルツマンの法則と呼び、合計放射量を表します。

P = A * e * s*T4
P = 放射量、A = 表面積、e = 表面の放射率、
s = ステファン・ボルツマン定数 = 5.67·10-8W/(m2·K4)、T = 絶対温度 (単位: K)

• 表面温度<700°C this infrared radiation only. If the surface temperature exceeds 700°C an increasing part of the emitted radiation is visible light, e.g. glowing steel, incandescent lamp etc.
• ゼーベック効果: 種類の異なる 2 つの導体をつなげ、その両接点に温度差を与えると、電圧差が生じます。

熱電対列センサの機能

熱電対列赤外線センサには吸収体が組み込まれています。この吸収体はフレームから熱的に分離され、熱電対に直列に接続されています。吸収体を、自身とは温度の異なる物体の方向に向けた場合、この物体から放射されるエネルギーと吸収体から放射されるエネルギーも異なります。吸収体から入出力される熱フローにより、吸収体が加熱または冷却されます。この結果、吸収体とフレーム間で生じた温度差が、熱電対列によって電圧に変換されます (定義 1 に従う)。フレームの温度も測定する場合は (NTC サーミスタなどを使用)、物体の温度はステファン・ボルツマンの法則を使用して計算できます。

熱電対列チップの構成
熱電対列チップの構成
熱電対列センサの断面図
熱電対列センサの断面図

輸送時の推奨事項

• シリコン ウィンドウに触れないこと
• シリコン ウィンドウを汚染しないこと
• シリコン ウィンドウを損傷しないこと (傷など)
• ピンを変形させないこと
• コンポーネント ハウジングを圧縮しないこと

クリーニングに関する推奨事項

• イソプロパノール (別名イソプロピルアルコール [IPA]、2-プロパノール)。
医療グレード、分析用グレード以上の純度のものを使用すること
• 傷や糸屑の生じないクリーニング ティッシュ (Bemcot M-3II など)

ウェット ティッシュを使用:
ウィンドウまたはレンズの中心から外側に向かって拭き取ります。
熱電対列の金属ケースと光学部とのわずかな高低差の部分も注意して拭き取ります。

• ウェット クリーニング後の汚れを確認し、必要に応じてウェット クリーニングを繰り返します。
• ウェット クリーニング後の糸屑の有無を確認し、必要に応じて乾いたティッシュで糸屑を拭き取ります。
• 注意:
綿棒には、棒の部分に綿が糊付けされているものがあります。この糊がイソプロパノールによって溶解し、光学部に付着物が残ることがあります。この場合、付着物によって赤外線が吸収され、校正が適切に行われなくなる可能性があります。

はんだ付けに関する推奨事項

プロセス

温度

最長時間 (秒) 

コメント

ウェーブはんだ付け1

260°C ±5°C

10

AOI 推奨

手動はんだ付け1

375°C ±10°C

4

フラックス残渣、その他 PCBA 表面上の汚染を管理することを推奨

リフローはんだ付け

非推奨

 

直射日光

ガラス窓越しに照射される太陽光が、測定の精度に影響を及ぼす可能性があります。これを回避するため、熱電対列センサには長波フィルタが取り付けられています。フィルタ特性により、照射光のごく一部が物体の放射量に加算されます。直射日光に曝露された場合、この誤差は最大 +0.2°C になります。

センサ キャップとの接触

使用時にセンサのキャップに触れないようにしてください。センサの温度が急速に変化した後は、測定偏差が生じます。

接続のセットアップ

次に、接続のセットアップ例を示します。

接続のセットアップ

視野

熱電対列の視野は、対象となる物体の表面に直接向けられている必要があります。物体の表面 (表面径) との距離は、センサの視野が物体によって完全に覆われるように調整する必要があります。下図の例を参照してください。

視野

放射率

すべての物体は、その温度に応じた赤外線エネルギーを放射します。放射率は、理想的な黒体からの放射量を基準とした、物体からの放射量の比率です。液体、布、人間の皮膚、食物といった一般的な物質の放射係数は >0.90 であり、センサの仕様を設定しなくてもきわめて正確に測定できます。

放射率が著しく低い物体の測定値を補償するには、ADCobj を調整する必要があります。

名前

説明

フォーマット

範囲

最小値

最大値

ADCobj

223 シフトした ADC 物体温度 (0 は 8,388,608 を表す)

INT24

0

16,777,216