Ｄｕｒｏｎ　ＣＰＵの裏面温度測定

２００1年1月１３日掲載
２００1年３月１０日追記

　Ｄｕｒｏｎ　ＣＰＵは、コア温度測定用のサーマルダイオードを内臓していないので、マザーボードの温度センサー（サーミスター）による測定となり、実際のコア温度より低い表示となりがちです。
　そこで、Ｃｅｌｅｒｏｎの裏面温度の測定経験から、コア温度にもっとも近いと思われるＣＰＵ裏面の温度を測定できるように、秋月温度計センサーを取り付けて温度を測定してみました。（ＥＰ−8ＫＴＡ＋では付属ＵＳＤＭモニターとＣＰＵ裏面温度の差は無負荷で7.1℃ありました）

1.秋月温度計センサーの取り付け
　秋月温度計センサーＳＥＩＫＯ S-8100BをＤｕｒｏｎの裏側に貼り付けて、ソッケトと基板の隙間からリード線を取り出そうとトライしたのですが、手持ちの耐熱電子ワイヤーＬ-10は0.6ミリあり、リード線を取り出すことができません。
　思案の結果、ＣＰＵのピンの間を通して、ソケットとＣＰＵではさむ形で取り出すことにしました。CPUがソッケトから０．６ミリ浮く格好となるので少し不安もありましたが、レバーを倒すとしっかり固定します。反対側の2箇所にも線をかまし、3点支持でソッケトと平行になるように取り付けました。
　ＣＰＵクーラーを取り付けて、電源ＯＮ。　ピポ。　成功です。よっしゃ！

裏面にセンサーを置く

アルミテープで貼りつけ

表面にもサーミスターを貼りつけ

2.秋月温度計での計測
　Ｄｕｒｏｎを取り付けて、秋月温度計とＣｏｍｐｕＮｕｒｓｅで、それぞれの温度を測定してみました。やはり、裏と表では3℃程度の差が見られます。
　なお、秋月の温度計は、室温でＣｏｍｐｕＮｕｒｓｅに合わせています。

3.リアルタイムに温度を計測
　この温度計センサー S-8100Bの電圧を温度表示に変換する方法を考案しました。
　Ｓ-8100Ｂは-8.0ｍＶ/°Kの温度係数を持つ出力電圧が得られる高精度温度センサーです。入力電圧によって出力電圧は変わりますが、秋月温度計では3Vの入力電圧がかかっています。この時の出力電圧は、S-8100Bセンサーカタログによると下表のとおりです。

　つまり、０℃の時の電圧を定数にすれば、測定電圧から簡単に温度が求められると考えました。
　測定温度＝（定数−測定電圧）/0.008となると考え、定数を秋月温度計の読みと、その時のセンサー電圧から1.7713Ｖとはじき出しました。（実測で、30.5℃の時電圧は1.5273Ｖであった。30.5℃での電圧変化は：30.5℃×0.008V＝0.244Vとなる。0℃での出力電圧は：0℃：1.5273+0.244＝1.7713V）
　以下、Ｍｅｔｅｘマルチメーターによる電圧取り込み写真と、エクセルによる温度変換グラフです。

電源ＯＦＦの状態

マルチメーターの電圧取り込み画面（この画像は後日取ったもの）

Ｅｘｃｅｌ　による温度変換

excel による温度変化グラフ （Ｄｕｒｏｎ600＠107*9=963　Ｃｏｒｅ1.8Ｖ　室温１４℃）

4.センサー電圧と温度変換に関する考察
　ここまでの実験では、ＣｏｍｐｕＮｕｒｓｅ温度計で秋月温度計を15℃近辺で校正したもので、絶対値温度としてはあまり正確ではありません。また、出力電圧もS8100Bセンサーカタログ値より0.039V（温度換算4.9℃）高くなっています。（カタログ：30℃=1.484Vが実測：1.523V）
　そこで、S8100Bセンサーカタログの入力-出力電圧から、エクセルで散布図を作り一時回帰線（近似線）と計算式を求めてみました。この結果、1℃あたりの温度係数は-0.0081V（-8.1ｍV）となりました。また、0℃の時の電圧は1.7236Vとなります。
　下図の式　y=-0.0081ｘ+1.7236は、Ｅｘｅｃｌの散布図から近似式を自動的に求めたものです。

秋月温度計の校正と、計算式の定数を変えて、再度実験を行なう予定です。

２００1年３月１０日追記

5.秋月温度計の校正
秋月温度計の校正を、簡易恒温ボックス（おのさんのthermal diodeの温度特性を参考に製作）で、熱電対温度計、電子体温計を使って校正しました。
秋月温度計の高温側（１００℃）の校正は熱伝対温度計で、低温側（３７℃）は電子体温計に校正しました。
身近にある最も正確な絶対温度計としては、電子体温計が一番かと思います。また、熱電対温度計はデジタルマルチメーターに付属のもので、Ｋ型熱電対と温度補償センサー（0〜40℃）の組み込まれたものです。

簡易恒温ボックス：クーラーに白熱球を取り付けたもの

デジタルマルチメーター ＧＢＷ9000Ａ −５０℃〜４００℃：±３℃

オムロン電子体温計 測定範囲：３２℃〜４２℃ 測定精度：±０．１℃

6.温度計の誤差比較とＳ8100Ｂセンサー出力電圧の測定
校正後、秋月温度計を基準に、マザーツールＤＭＡ001Ｃ、ＣｏｍｐｕＮｕｒｓｅ、熱電対温度計の温度と秋月温度計のセンサー出力電圧を測ってみました。
この結果、どの温度計も通常使用する３０〜６０℃の範囲では大きな差はありませんでした。ただし、ＣｏｍｐｕＮｕｒｓｅは８個買ったのですが室温で１℃程度のバラツキがあり、秋月温度計に一番近いもので計測しています。

7.Ｓ8100Ｂセンサーの「温度係数」と「温度-電圧特性」
校正した秋月温度計のセンサー出力電圧から、「温度-電圧特性」グラフと「温度係数」を求めて見ました。
今回の実験では、S8100Bセンサー温度係数は-0.0079と公称の-8ｍｖより少し小さめですが、まあこんなものでしょう。ちなみに、S8100Bセンサーカタログ値で３０℃〜８０℃の範囲で式を求めると温度係数は-0.0083となりました。


また、この求めた計算式で温度を計算してみました。
この結果、温度係数を-0.00793にすると最も良いあてはまりとなります。
ただし、これらの実験結果を参考にする場合、計測器の誤差、センサーの熱応答性などの誤差要素を考慮しておくことが必要です。

8.Ｄｕｒｏｎの正確な温度
Ｄｕｒｏｎの裏面に貼り付けたＳ８１００Ｂセンサー電圧から、温度係数（-0.00793）と定数（1.7802）を使って、グラフにしてみました。
使用したベンチマークは、スーパーπ104万桁とＨｅａ0507で比較しています。
校正前と校正後の比較をすると約５℃高くなりました。
これは秋月温度計校正結果に基づき、温度変換への式を、y = -0.008x + 1.7713 から y = -0.00793x + 1.7802を採用したためです。

（Ｄｕｒｏｎ裏面温度　Ｄｕｒｏｎ600＠107*9=963　Ｃｏｒｅ1.8Ｖ　室温12.5℃　サイドＦＡＮ空冷）

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