サーミスタを使った温度測定: Arduinoステップバイステップガイド

部品と材料

部品	数量
サーミスタ NTC 10K	1
抵抗 10kΩ	1
Arduino UNO	1
ジャンパーワイヤー (汎用)	1セット
ブレッドボード (汎用)	1

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プロジェクト概要

サーミスタとは？

サーミスタ (Thermistor) は、温度によって抵抗値が変化する抵抗器の一種です。主に2種類あります：

• PTC (Positive Temperature Coefficient): 温度上昇で抵抗増加
• NTC (Negative Temperature Coefficient): 温度上昇で抵抗減少

本記事では NTC タイプを使用します。

少しの数学: 温度計算の原理

NTCサーミスタの抵抗値から温度を求めるには、B定数式 (parameter B equation) を使用します：

R_T = R_0 * exp(B * (1/T - 1/T_0))

各パラメータ：

• e: 自然対数の底
• R_0: 基準温度 T_0 での抵抗値
• B: 材料固有の定数 (単位: K)、データシートに記載

実際の回路では分圧回路を構成し、オームの法則でサーミスタ抵抗 R_T を求めます：

R_T = V_RT / ( (V_CC - V_RT) / R )

ここで V_RT はサーミスタ両端電圧、V_CC は電源電圧、R は既知の分圧抵抗 (10kΩ) です。

最終的に温度 T (ケルビン) を計算：

T = 1 / ( (ln(R_T / R_0) / B) + (1 / T_0) )

注意: すべての温度パラメータ (T_0 等) は計算前にケルビン (℃ + 273.15) に変換してください。結果もケルビンで得られます。

実装結果

ブレッドボード上で回路を組み、シリアルモニターに温度 (℃, K, ℉) を500ms間隔で出力する様子を写真で確認できます。

コード

// サーミスタ温度計
/* サーミスタパラメータ (データシート記載値):
 * RT0: 10,000 Ω
 * B: 3977 K ±0.75%
 * T0: 25 ℃
 * ±5%
 */
#define RT0 10000   // Ω
#define B   3977    // K
//--------------------------------------
#define VCC 5       // 電源電圧
#define R   10000   // 分圧抵抗 10kΩ

float RT, VR, ln, TX, T0, VRT;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  T0 = 25 + 273.15; // データシートのT0をケルビン変換
}

void loop() {
  VRT = analogRead(A0);                    // A0ピンのアナログ値取得 (0-1023)
  VRT = (5.00 / 1023.00) * VRT;            // 電圧値に変換 (0-5V)
  VR = VCC - VRT;                          // 分圧抵抗の電圧降下
  RT = VRT / (VR / R);                     // サーミスタ抵抗値計算
  ln = log(RT / RT0);                      // 自然対数
  TX = (1 / ((ln / B) + (1 / T0)));        // ケルビン温度計算
  TX = TX - 273.15;                        // 摂氏変換

  Serial.print("Temperature:");
  Serial.print("\t");
  Serial.print(TX);
  Serial.print("C\t\t");
  Serial.print(TX + 273.15);               // ケルビン
  Serial.print("K\t\t");
  Serial.print((TX * 1.8) + 32);           // 華氏
  Serial.println("F");
  delay(500);
}

回路図

ブレッドボード配線図と回路図が提供されています。サーミスタと10kΩ抵抗で分圧回路を構成し、接点をArduino A0ピンに接続します。