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動作温度とは、電気機器または機械機器が動作する周囲環境の許容温度範囲のことです。機器は、その機能や用途に応じて変化する特定の温度範囲内で正常に動作します。この温度範囲は、最低動作温度から最高動作温度（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範囲外では、機器が故障する可能性があります。
これは信頼性工学の構成要素の一つである。
同様に、生物系は動作温度に相当する温度範囲内で生存可能である。
ほとんどの半導体デバイスは、複数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。
しかしながら、各メーカーは独自の温度等級を定義しているため、設計者はデータシートの仕様に注意を払う必要があります。たとえば、Maxim Integrated は製品に 5 つの温度等級を使用しています。[ 2 ]
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られることが保証されます。通常の動作温度範囲は、デバイスの電力損失など、いくつかの要因によって影響を受けます。[ 3 ]これらの要因は、デバイスの「しきい値温度」、つまり最大通常動作温度と、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 ]例えば、抵抗器のしきい値温度は70 °C (158 °F)で、最大温度は155 °C (311 °F)であり、その間は熱ディレーティングを示します。[ 3 ]
電気デバイスの場合、デバイス内の半導体の温度（接合部温度として知られる）は周囲温度の影響を受け、集積回路の場合は式[ 5 ]で与えられます。 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は接合部から周囲への熱抵抗(°C/W) である。
軍事および航空宇宙用途で使用される電気機器や機械機器は、温度範囲を含む、より厳しい環境変動に耐える必要がある場合がある。
米国国防総省は、米国軍が使用するすべての製品に対して米国軍事規格を定めています。製品の環境設計と、耐用期間中に製品が受ける条件に対する試験限界は、環境工学上の考慮事項と実験室試験に関する国防総省試験方法規格であるMIL-STD-810に規定されています。[ 6 ]
MIL-STD-810G規格では、「最も長い熱遅延があるとみなされる試験対象物の機能部分の温度が、1時間あたり2.0 ℃（3.6 °F）以下の速度で変化するときに、動作温度の安定化が達成される」と規定されています。 [ 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規定されています。[ 7 ]
軍用エンジンのタービンブレードは、通常の使用中にクリープと熱疲労という2つの大きな変形応力を受けます。[ 8 ]材料のクリープ寿命は「動作温度に大きく依存する」ため[ 8 ]、クリープ解析は設計検証の重要な部分となります。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組み込むことで緩和され、金属が受ける最高温度が低減されます。[ 8 ]
商用および小売製品は、軍事および航空宇宙用途向けの製品よりも厳しい要件が緩和されて製造されています。たとえば、インテル社が製造するマイクロプロセッサは、商用、産業用、拡張の3つのグレードで製造されています。[ 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、具体的にはデバイスの最大動作温度以下で動作するように、熱管理が必要になる場合があります。 [ 10 ]一般的な商用または小売構成で搭載さ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エアフロー」が必要です。[ 10 ]システムは、「通常より高い周囲温度やシステム熱管理コンポーネント（システムファンなど）の故障」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が、[ 10 ]「適切に設計されたシステムでは、この機能は決してアクティブになることはありません」。[ 10 ]冷却やその他の熱管理技術は、パフォーマンスと騒音レベルに影響を与える可能性があります。[ 10 ]住宅用途では、騒音レベルが不快にならないように、騒音軽減戦略が必要になる場合があります。
バッテリーの寿命と効率は動作温度によって影響を受けます。[ 11 ]効率は、 20 °C (68 °F)で達成されたバッテリーの寿命に対する割合として、バッテリーによって達成された寿命を温度と比較することによって決定されます。オーム負荷と動作温度は、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、一次バッテリーの想定される動作温度が一般的な 10 °C ～ 25 °C ( 50 ～ 77 °F ) の範囲から外れると、動作温度は「用途に合わせて選択されるバッテリーの種類に影響を与えることが多い」ことになります。[ 13 ]部分的に消耗したリチウム硫黄二酸化電池からのエネルギー回収は、「バッテリーの動作温度を適切に上げる」と改善されることが示されています。[ 14 ]
哺乳類は、体温調節によって様々な条件下で快適な体温を維持しようとします。これは哺乳類の恒常性の一部です。哺乳類の正常な最低体温である基礎体温は、睡眠中に達成されます。女性の場合、基礎体温は排卵の影響を受け、二相性のパターンを示します。このパターンは、妊孕性認識の要素として利用できる可能性があります。
ヒトでは、視床下部が代謝、ひいては基礎代謝率を調節します。その機能の一つに体温調節があります。体幹温度は、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一つでもあります。[ 15 ]
人間の正常な体温の変化は不快感を引き起こす可能性があります。最も一般的な変化は発熱であり、体温調節の基準点が一時的に上昇するもので、通常は約1～2 °C (1.8～3.6 °F)上昇します。高体温症は、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あり、低体温症は、体の深部温度が正常な代謝に必要な温度を下回る状態であり、環境に失われる熱を体が補充できないことによって引き起こされます。[ 16 ]
