温度センサLM61C用直流増幅器

この記事は meyon's STUDY に投稿した記事の抜粋です。

「オペアンプで温度センサ用 DC 増幅器を作る」

汎用オペアンプ LM358 を使用した温度センサ LM61C 用の直流増幅器です。0~50℃ のアナログ信号をArduino UNO(R3) へ入力します。

https://meyon.gonna.jp/study/electronic/12530/

温度センサ出力

温度センサ LM61C の出力電圧は、温度 -30℃ のとき +300mV、+100℃ のとき +1600mV で、1℃ あたり 10mV の検出感度です。したがって、温度を $T$ [℃] とすると出力電圧 $V_I$ [V] は、

$V_I=0.01 \cdot T+0.6$

の式で表されます。

増幅率とバイアス電圧

Arduino UNO (R3) の AD コンバータの分解能は 10 ビット、入力電圧は 0~5V です。そこで、0~50℃ の温度信号を 0.5~4.5V の電圧にして入力することにします。
LM61C から出力される電圧は 0℃ のとき 0.6V、50℃ のとき 1.1V です。これを 0.5~4.5V にするので増幅率 $G_V$ は、

$G_V= \frac{\Delta V_O}{\Delta V_I}=\frac{4.5-0.5}{1.1-0.6}=8$

出力電圧 $V_O$ と入力電圧 $V_I$ の関係式は、

$V_O=8 \cdot V_I-4.3$

となるので、出力電圧 $V_O=0$ のときの入力電圧 $V_I$

$V_I= \frac {V_O+4.3} {8}=0.54 \space [V]$

がバイアス電圧となります。

AD コンバータの出力数値と温度算出式

増幅回路から出力された 0.5~4.5V の電圧 $V_O$ を Arduino UNO (R3) のアナログピンに入力します。AD コンバータの LSB (最小分解能) は 5/1024 ですので、デジタル変換された数値 $DV$ は、

$DV=\frac{1024} {5} \cdot V_O$

これに上の式を代入して温度 T [℃] を求めると、

$DV=16.384 \cdot T+102.4$

$T= \frac {DV-102.4} {16.384}$

Arduino UNO (R3) のスケッチでこの式を計算すれば、温度が算出されます。

回路定数計算、サンプルスケッチ、調整方法などについては meyon's STUDY を参照ください。