テクノロジーに不慣れな方でも、プレッシャーを感じながら働いた経験のある方でも センサー 長年にわたり、圧力センサーの選択に関係する用語についてどの程度自信がありますか?今日は、アプリケーションに最適な圧力センサーの仕様を決定する過程で目にすることになる一般的な用語について復習します。
成長する 圧力センサー 市場の拡大と技術の応用範囲の拡大に伴い、エンジニアとして圧力センサーを扱うことになるのは必然です (まだ扱ったことがないなら)。最近発表されたZion Researchの市場レポートでは、圧力センサーの世界的な需要は2014年の65億ドルから2020年までに95億ドルに達すると予測されています。圧力センサーの主要市場は自動車、民生用電子機器、産業、医療、石油・ガスですが、この技術の応用は拡大し続けています。
圧力センサーがますます普及するにつれて、エンジニアが製品選択のための基本的な用語を知ることが重要になります。圧力センサーの選択に関連する一般的な用語と質問をいくつか確認してみましょう。
圧力センサーはどのように機能するのでしょうか?圧電抵抗センサ
汎用検出用の最も一般的なタイプの圧力センサーは、シリコンまたはステンレス鋼（より厳しい用途向け）製のダイヤフラムをひずみゲージとして使用します。これは、加えられた圧力の量に比例してたわむように設計された柔軟な材料を意味します。そのたわみは、センサーが解釈できる電気信号に変換される測定値です。センサー素子の仕組みについて技術的に深く掘り下げていくと、次のようなことを耳にするかもしれません。 圧電抵抗型 型圧力センサー。ピエゾはギリシャ語の「piezein」に由来し、「圧迫する」または「圧力をかける」という意味です。 圧電抵抗効果 圧電材料またはダイヤフラムにかかる機械的応力によって半導体材料の電気抵抗が変化することです。圧電抵抗型センサーは、変形したダイヤフラムからの機械的エネルギーを、それに比例したレベルの抵抗に変換します。 圧電 刺激を電荷または電圧に変換するセンサー。圧電抵抗センサーは通常、より多様なパッケージ オプションで利用でき、10 mV/Vを超える能力を指定します。圧電抵抗型圧力センサーの一例としては、TE Connectivityの 33A-015D が挙げられます。
圧力の測定方法
科学者たちは、空気圧、タイヤ圧、血圧などを他の測定値と比較して測定する方法を考案しました。多くの場合、測定対象によって選択する圧力測定システムが決まりますが、最も一般的なのは絶対圧とゲージ圧です。
絶対: 絶対圧力は絶対ゼロ圧力、つまり完全な真空で発生する圧力を基準として測定されます。絶対圧の最も良い例は気圧の測定であり、感知ダイヤフラムの負の側に高真空で製造されたセンサーを使用します。TE Connectivity の U5600-00000E-020BA は、0～20barを測定する絶対型産業用圧力センサーです。
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ゲージ: ゲージ圧力はシステムを周囲の大気と比較します。
周囲の大気圧を基準に測定するということは、気象条件や高度による変化が測定に直接影響することを意味します。ゲージ圧力が周囲圧力よりも高い場合、これは正圧とみなされます。ゲージ圧が大気圧より低い場合は、負圧、つまり真空圧になります。ゲージ測定の完璧な例は、車のタイヤ内部の圧力を外部の大気圧と比較するタイヤ空気圧ゲージです。ゲージ圧力センサーには通常、圧力ポートが1つだけあり、感知ダイヤフラムの負の側に通気口があり、周囲の気圧を基準にして測定できます。Amphenol Advanced Sensorsの NPA-700B-005G は、0～5psiを測定するゲージ タイプのボード マウント圧力センサーです。
密閉ゲージ: 次のセンサーは、通常、油圧などの高圧用途に使用され、自動車や農業用途に使用される頑丈な 産業用圧力センサー でこの用語が使われます。基本的に、ダイヤフラムの負圧側は大気圧ではなく一定の圧力で密閉されます。つまり、密封されたデバイスは、測定された圧力を、製造元によって決定され、製造時にデバイス内に密封された ゼロ ポイント または 設定ポイント と比較します。MLH200BSD01B は、 Honeywell Microelectronics & Precision Sensors の密閉ゲージ産業用圧力センサーです。
差動: 差動とは、センサーを使用して、ダイヤフラムの両側にある2つの圧力ポイント間の 差 を測定することを指します。技術的には、絶対圧力センサーとゲージ圧力センサーはどちらも実際には差圧センサーです。これは、それぞれのタイプが2つの圧力の差を測定するためです。違いは、この場合、ユーザーは大気圧または真空圧と比較するのではなく、感知ダイヤフラムの両側を決定することです。差圧センサーは、漏れ、詰まり、またはシステムの変化を検出するためによく使用され、問題を早期に検出するのに役立ちます。アプリケーションの例としては、オイル フィルターやエア フィルターを介した圧力降下の測定、液体ラインの上下の圧力を比較して液面レベルを測定すること、システム内の制限の前後の流量を測定することなどが挙げられます。オムロン の D6F-PH0025AD1 は、0～250 Paを検出する基板実装型差圧センサーです。
真空: この用語は、負のゲージ圧、つまり大気圧より低い圧力を測定するセンサーを表すためによく使用されます。この用語は、(この記事では) 絶対圧力センサーとみなされるセンサーを説明するために使用される場合があることに注意してください。76584-00000100-05 は Honeywell の産業用真空圧力センサーです。
ゲージ圧と絶対圧：それぞれの使い方
一般的に、大気圧の変化の影響を受ける圧力を測定または制御する場合は、ベントゲージ圧力を選択する必要があります。一例としては、開放型タンク内の液面の測定が挙げられます。ただし、完全に密閉された容器のリークテストなどの目的で影響を受けない測定が必要な場合は、絶対圧力を選択する必要があります。
差圧センサー: ウェットツーウェットおよびドライツードライ
前述のように、差圧は選択された2つの測定ポイント間の差です。ウェットツーウェット（W/W）セットアップでは、高圧ポートと低圧ポートの両方に液体が存在します。これには、単一の感知ダイヤフラムの両側に液体が押されることや、2つの別々のセンサーが比較計算を行って差異を判断することが含まれる場合があります。これらは、フィルターの状態、HVACチラーの効率、ポンプの吸引/排出、およびプロセスと加圧タンクのアプリケーションを監視する場合によく使用されます。ご想像のとおり、D/Dセットアップでは、単一の検知ダイヤフラムの高圧ポートと低圧ポートの両方で空気または非腐食性ガスのみを測定します。D/D差圧センサーは、フィルターや漏れ検出によく使用されます。あまり一般的ではないのは、空気または非腐食性ガスのドライポートと流体圧力のあるウェットポートを測定するW/D差動センサーです。
一方向圧力センサーと双方向圧力センサー
これらについて考える別の方法は、圧力センサーが正圧と負圧の両方を検出できるかどうか、または真空（負圧）のみ、または正圧のみを検出できるかどうかです。一方向差圧センサーには、一方向にのみ偏向するダイヤフラムが含まれています。正と負の差圧の両方を必要とするアプリケーションに誤って単方向センサーを指定すると、センサーが損傷する可能性が高くなります。双方向検出では、どちらの方向にも対称的に曲がることができるダイヤフラムが使用され、正圧と負圧の両方を監視できます。通常、双方向センサーを選択してもアプリケーションに悪影響はありませんが、双方向センサーを過剰に指定すると、ソリューションに不必要なコストが追加される可能性が高くなります。
ボードマウント 圧力センサーを指定する場合でも、産業用圧力センサーを指定する場合でも、同じ基本原理と用語が適用されます。特定の圧力センサー ファミリを絞り込む際に自問すべき主な質問は次のとおりです。
- このセンサーをどのように取り付ければよいですか (ボードマウント、Lブラケットなど)?
- 何を検出していますか (空気、非腐食性ガス、液体)?
- このセンサーが耐えられる圧力範囲はどのくらいですか?
- センサーに電力を供給するために使用できる供給電圧はどれくらいですか?
- 他に優先すべき仕様（応答時間、出力電圧など）はありますか？
- このセンサーはどのような環境（温度、破片、液体など）にさらされるのでしょうか?
上記の質問に答え、説明されている用語を理解できれば、アプリケーションに最適な圧力センサーの仕様を決定する準備が整います。