温度センサや湿度センサの原理ってどうなっているの？

質問

温度センサや湿度センサの原理ってどうなっているの？
ある実験を行っている最中に疑問が浮かびました。
マイコンボードに温度センサをつかって温度を測るということをしたのですが
あの小さい体でどうして温度を測れるのか不思議でたまりません。
一応ググって調べたのですがいまいちぱっとしない説明しか調べられませんでした。
どなたかわかりやすい解説をお願いできないでしょうか。
ちなみにその時の温度センサは　”LM35”　というものです。

回答No.2

geshon · ベストアンサー

まず、金属の抵抗は温度に関係します。
一般的に温度が高くなるほど抵抗値が高くなります。

身近な例では電球のフィラメントが顕著でしょう。
懐中電灯の明かりが電池の電位が低くても比較的明るいのは、
電流が流れなくなって発熱が低くなることで抵抗が下がるからです。

これは、原子の振動が温度上昇によって大きくなるため電子が通りにくくなるためと
考えてください（高校の物理の範囲）。
しかし、その抵抗の差は非常に小さいものです。逆にいえば、その性質さえうまく捉えれば
高精度の温度計になります。白金膜温度センサなどはこの原理です。

しかし、金属に不純物を混ぜたり性質の異なる半導体を接触させたりすると
その温度特性や抵抗成分は劇的に変わります。

金属に不純物を混ぜてその温度による抵抗特性を劇的に大きくしたのがサーミスタです。
しかしその抵抗値は、温度に対して対数関数を変形したような形になり、
今が何度かを読み取るのには不便です。
通常は、ある温度を境に動作を変えるような場合に使用されます。

LM35 はサーミスタではなく、ダイオード（サーマルダイオード）を用いています。
ダイオードはある電位差が起きると一定方向に電気を流す性質がありますが、
ある特定の環境と電源条件で、温度とその電位差が比例関係になります。
LM35は １℃で１０mV 電位が上がる比例関係になっていて、温度を簡単に電位から
読み取れます。内部回路は、ダイオードとある特定の電源環境を作りだす構成に
なっています。
最近のパソコン用のCPUやチップセットやマザーボードは温度を読み取れますが、
ほぼ全て、サーマルダイオード（実際はトランジスタの場合も多い）を用いて
います。

なお、LM35は　National Semiconductor社にデータシートとアプリケーションノート
（内部回路の動作原理など）があります。難しいですが日本語ですので、読んでみても
いいかと思います。
http://www.national.com/mpf/LM/LM35.html#Documents

熱電対は、ある異なる金属を接触させることで熱による起電力の差が電位となって
生じ、その電位差を読み取ることで熱（温度）を測定します。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E9%9B%BB%E5%AF%BE

湿度センサーは、あまり詳しくありませんが、空気は湿度によって誘電率が
変わるで電極間の静電容量を測ることで湿度がわかるものがあります。
他の原理を応用して湿度を測定するものもあります。
一般的に、温度も同時に図り補正が必要なことが多いです。

LM35はモノリシックで設計されているのでサーミスタを使用してはいないし、
サーミスタを半導体と言い切るのは違和感を覚えるし、原理を聞いているのに
性質しか回答していないのしかないのは、ちょっとひどすぎると思います。

参考URL：

http://www.national.com/mpf/LM/LM35.html#Documents

お礼

詳しい説明ありがとうございました。
おかげで原理なども理解できてきたと思います。

回答No.1

tpg0

LM35はIC温度センサーです。
サーミスタという半導体は温度によって電気抵抗値が変化します。
この特性を利用した温度センサーは多いですが、抵抗値の変化を電気出力に変換したICです。
他の温度センサーに熱電対がありますが、高価なので精度を必要とするに場合等に使用します。

湿度センサーも湿度で電気抵抗値が変化するタイプや静電容量が変化するタイプがあります。