作動温度

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動作温度は、電気的または機械的デバイスが動作するローカル周囲環境の許容温度範囲です。デバイスは、デバイスの機能とアプリケーションのコンテキストに基づいて変化する指定された温度範囲内で効果的に動作し、最小動作温度から最大動作温度（またはピーク動作温度）までの範囲です。この安全な動作温度の範囲外では、デバイスが故障する可能性があります。

これは、信頼性工学の1つのコンポーネントです。

同様に、生物学的システムには、「動作温度」と呼ばれる可能性のある実行可能な温度範囲があります。

範囲

ほとんどのデバイスは、いくつかの温度グレードで製造されています。広く受け入れられているグレード[1]は次のとおりです。

  • コマーシャル：0°から70°C
  • 工業用：-40°から85°C
  • ミリタリー：-55°〜125°C

それにもかかわらず、各メーカーは独自の温度グレードを定義しているため、設計者は実際のデータシートの仕様に細心の注意を払う必要があります。たとえば、Maxim Integratedは、製品に5つの温度グレードを使用しています。[2]

  • フルミリタリー：-55°Cから125°C
  • 自動車：-40°Cから125°C
  • AEC-Q100レベル2：-40°C〜105°C
  • 拡張工業用：-40°Cから85°C
  • 工業用：-20°Cから85°C

このようなグレードを使用することで、デバイスがその用途に適しており、使用される環境条件に耐えることができます。通常の動作温度範囲は、デバイスの消費電力など、いくつかの要因の影響を受けます。[3]これらの要素は、デバイスの「しきい値温度」、つまり、デバイスの通常の最大動作温度と、それを超えるとデバイスが機能しなくなる最大動作温度を定義するために使用されます。これらの2つの温度の間では、デバイスは非ピークレベルで動作します。[4]たとえば、抵抗器のしきい値温度は70°C、最高温度は155°Cであり、その間で熱ディレーティングが発生します。[3]

電気デバイスの場合、動作温度は、デバイス内の半導体の接合部温度（T J）である可能性があります。接合部温度は周囲温度の影響を受け、集積回路の場合、次の式で与えられます。[5]

ここで、T Jは接合部温度（°C）、T aは周囲温度（°C）、P Dは集積回路の消費電力（W）、R jaは接合部と周囲の熱抵抗（°C / W）です。 。

航空宇宙および軍事

軍事および航空宇宙アプリケーションで使用される電気および機械装置は、温度範囲を含む、より大きな環境変動に耐える必要がある場合があります。

では、米国国防総省が規定されており、米国軍用規格を米軍が使用するすべての製品のために。製品の環境設計および耐用年数を通じて受ける条件に対する試験限界は、MIL-STD-810、環境工学の考慮事項および実験室試験のための国防総省試験方法基準で指定されています。[6]

MIL-STD-810G規格では、「動作温度の安定化は、サーマルラグが最も長いと見なされるテスト項目の機能部分の温度が2.0°C（ 3.6°F）/時間。」[6]また、極端な温度負荷に対する材料の性能を評価する手順も指定します。[7]

軍用エンジンのタービンブレードは、通常の使用中に2つの大きな変形応力、クリープと熱疲労を経験します。[8]材料のクリープ寿命は「動作温度に大きく依存」し[8]、したがってクリープ解析は設計検証の重要な部分です。クリープと熱疲労の影響の一部は、冷却システムをデバイスの設計に統合し、金属が受けるピーク温度を下げることで軽減できます。[8]

商業および小売

商業用および小売用の製品は、軍事および航空宇宙用途の製品よりも厳しい要件に基づいて製造されています。たとえば、Intel Corporationによって製造されたマイクロプロセッサは、商用、産業用、および拡張用の3つのグレードに製造されています。[9]

一部のデバイスは動作中に熱を発生するため、指定された動作温度範囲内にあることを確認するために熱管理が必要になる場合があります。具体的には、デバイスの最大動作温度以下で動作していること。[10] 一般的な商用または小売りの構成で取り付けられたマイクロプロセッサを冷却するには、「プロセッサに適切に取り付けられたヒートシンクと、システムシャーシを通る効果的な空気の流れ」が必要です。 [10]システムは、「通常の周囲温度よりも高い、またはシステムの熱管理コンポーネント（システムファンなど）の障害」などの異常な動作条件からプロセッサを保護するように設計されています[10]。ただし、「適切に設計されたシステムでは、この機能がアクティブになることはありません」。[10]冷却およびその他の熱管理技術は、パフォーマンスとノイズレベルに影響を与える可能性があります。[10] 騒音レベルが不快にならないようにするために、住宅用途では 騒音緩和戦略が必要になる場合があります。

バッテリーの寿命と有効性は、動作温度の影響を受けます。[11]有効性は、バッテリーによって達成された耐用年数を、20°Cで達成された耐用年数と温度のパーセンテージとして比較することによって決定されます。オーミック負荷と動作温度は、多くの場合、バッテリーの放電率を共同で決定します。[12]さらに、一次電池の予想動作温度が通常の10°Cから25°Cの範囲から外れる場合、動作温度は「アプリケーションに選択される電池のタイプに影響を与えることがよくあります」。[13]部分的に消耗したリチウム硫黄二酸化物電池からのエネルギー回収「バッテリーの動作温度を適切に上げる」と改善することが示されています。[14]

生物学

哺乳類は、哺乳類の恒常性の一部である体温調節によって、さまざまな条件下で快適な体温を維持しようとします。哺乳類の最低常温である基礎体温は、睡眠中に達成されます。女性では、排卵の影響を受け、出産する意識の構成要素として使用される可能性のある二相性のパターンを引き起こします。

ヒトでは、視床下部が代謝を調節し、したがって基礎代謝率を調節します。その機能の中には体温の調節があります。中核体温は、個人の概日リズムのタイミングを測定するための古典的な位相マーカーの1つでもあります。[15]

正常な人体温度の変化は不快感をもたらす可能性があります。最も一般的なそのような変化は発熱であり、体温調節の設定値の一時的な上昇であり、通常は約1〜2°C（1.8〜3.6°F）です。低体温症は、体が放散できる以上の熱を吸収することによって引き起こされる急性状態ですが、低体温症は、体の中心部の温度が正常な代謝に必要な温度を下回り、体が熱を補給できないことによって引き起こされます。環境に失われています。[16]

メモ

  1. ^ https://www.cactus-tech.com/wp-content/uploads/2019/03/Commercial-and-Industrial-Grade-Products.pdf
  2. ^ https://www.maximintegrated.com/en/markets/military-aerospace.html
  3. ^ ab アナログデバイス。
  4. ^ アナログ・デバイセズ、消費電力。
  5. ^ Vassighi＆Sachdev 2006、p。32。
  6. ^ ab 米国国防総省。
  7. ^ 米国国防総省、セクション2.1.1。
  8. ^ a b c Branco、Ritchie＆Sklenička1996。
  9. ^ Pentiumプロセッサパッキング識別コードIntelのパッケージは、「Q」（商用グレード）、「I」（工業用グレード）、および「L」または「T」（拡張グレード）のグレードでプロセッサの動作温度範囲を示します。自動車グレード「A」もあります
  10. ^ a b c d e IntelCorporation。
  11. ^ クロンプトン2000。
  12. ^ Crompton 2000、p。図30.33。
  13. ^ Crompton 2000、p。2/5、セクション2.1。
  14. ^ Dougal、Gao＆Jiang2005。
  15. ^ Benloucif etal。2005。
  16. ^ マルクス2010、p。1870年。

参考文献

  • Benloucif、S。; ギコ、MJ; リード、KJ; ウルフ、LF; L'Hermite-Baleriaux、M。; ジー、PC（2005）。「概日位相マーカーとしてのメラトニンと温度の安定性およびそれらのヒトの睡眠時間との関係」。Journal of BiologicalRhythms。SAGE出版物。20（2）：178–188。CiteSeerX10.1.1.851.1161 。_ 土井：10.1177 / 0748730404273983。ISSN0748-7304 。_ PMID15834114 。_ S2CID36360463 。_
  • ブランコ、カルロス・モウラ; リッチー、ロバートO。; Sklenička、Václav（1996）。高温での材料の機械的挙動。スプリンガー。ISBN 978-0-7923-4113-0。
  • クロンプトン、トーマスロイ（2000）。「動作温度が耐用年数に及ぼす影響」。バッテリーリファレンスブック。ニューンズ。ISBN 978-0-7506-4625-3。
  • ダガル、ロバートA。; Gao、Lijun; Jiang、Zhenhua（2005年2月2日）。「部分的に消耗したバッテリーからのエネルギー再生の有効性分析」。ジャーナルオブパワーソース。Elsevier BV 140（2）：409–415。Bibcode：2005JPS ... 140..409D。土井：10.1016 /j.jpowsour.2004.08.037。
  • マルクス、ジョン（2010）。ローゼンの救急医学：概念と臨床実践（第7版）。ペンシルベニア州フィラデルフィア：モスビー/エルゼビア。ISBN 978-0-323-05472-0。
  • ターナー、マーティンJL（2009）。ロケットと宇宙船の推進力：原理、実践、そして新しい開発。Springer Praxis Books /宇宙工学。スプリンガー。ISBN 978-3-540-69202-7。OCLC475771458 。_
  • Vassighi、Arman; Sachdev、Manoj（2006）。集積回路の熱および電力管理。集積回路およびシステム。ISBN 9780387257624。
  • 「強化された温度装置のサポート」。アルテラ株式会社。2014年2月27日取得。
  • 「アナログ回路の抵抗器」。アナログ・デバイセズ。2014年2月27日取得。
  • 「IntelXeonプロセッサ—熱管理」。インテルコーポレーション。2010年1月27日取得。
  • 「IntelPentiumプロセッサパッキング識別コード」。インテルコーポレーション。2004-05-12 。2010年1月27日取得。
  • 「MIL-STD-810G：環境工学の考慮事項および実験室試験のための試験方法標準」 （PDF）。アメリカ合衆国国防総省。2008-10-31。2011年9月27日にオリジナル （PDF）からアーカイブされました。
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