熱センサーは、産業、医療、家電、セキュリティ、エンターテイメントなどの分野で一般的に使用されており、特に非接触センサーは制限が少なく、用途が広くなっています。非接触型熱センサーを使用して体温を検出し、人体の存在を感知することが、市場での一般的な需要となっています。この記事では、熱センサーの種類と動作原理、および関連するソリューションについて紹介します。
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熱センサーの用途は比較的広範囲にわたります。これらは体温測定に使用されるだけでなく、工業、医療、家電、セキュリティ、エンターテインメントなどの分野でも使用できます。 例えば、熱センサーは、工業プロセスで生産される部品の温度をチェックするために使用できます。医療の観点では、患者の生理学的状態の監視に使用できます。家電製品の観点では、空調システムの温度と人の存在を検知できます。セキュリティの観点では、人体の存在と動きを検知するために使用できます。エンターテイメントの観点では、プレーヤーの動きを感知するために使用できます。 アプリケーションのリストはどんどん増えていきます。
熱センサーは接触型と非接触型の2種類に分けられます。 以下のコンテンツには、それらの違いの簡単な概要と、非接触型熱センサーを対象とするより詳しい紹介が含まれています。
名前が示すように、接触型熱センサーではテスト対象物の接触が必要です。 これは、センサーと対象物または流体との間に良好な熱接触が維持される必要があることを意味し、センサーが、それらの間の温度が同程度の物体または流体に接触しているか、または近接している必要があることを示しています。 つまり、センサーはテスト対象物と熱平衡に達する必要があります。 さらに、テスト対象物の予想温度は、1700℃（3092℉）未満、または約-40℃（-40℉）以上である必要があります。 °°°°これは、1700℃ではプラチナ合金熱電対の校正が急速に失われ始め、ワイヤと絶縁材が柔らかくなり始める可能性が高いためです。 ° -40 ℃未満の温度では、問題が発生し始め°、多くの接触型熱センサーはその温度以下でも動作しますが、その精度は影響を受けます 。さらに、接触型熱センサーはテスト対象物よりも小さく、溶接、はんだ付け、クランプ、接着によってテスト対象物に固定し、信頼性の高い方法で物理的な接触を維持する必要があります。
最も一般的な接触型熱センサーは、ガラス内液体温度計、熱電対、抵抗温度検出器 (RTD)、サーミスタです。 これらは通常、サーモウェルと呼ばれる保護用の金属またはセラミックのシースに収められており、プロセスバリアを貫通することができ、プロセスやメンテナンス担当者を悪条件にさらすことなく、校正やメンテナンスのために簡単に引き出すことができます。 非接触型熱センサーの応用範囲は、カテゴリが多様化するにつれて広がります。 非接触型熱センサーにはさまざまなスタイルとタイプがあり、さまざまな名前が付けられていますが、マックス・プランクの熱放射の法則に従って動作するものはすべて放射温度計として分類されます。 これらは、 放射高温計、赤外線高温計、光高温計、赤外線温度計、 サーマルイメージャーなどと呼ばれます。これらは、バッテリー駆動のポータブルデバイス、固定マウント、またはオンライン処理監視デバイスになります。
非接触型熱センサーの温度は対象物の温度と同じである必要がないため、その応用範囲は接触型熱センサーよりもはるかに広くなります。 非接触型熱センサは、移動する物体の検出、接触中に対象物またはセンサの損傷が発生する可能性がある場合（非常に高温、腐食性、または摩耗性のある条件）、接触中に対象物の明らかな温度変化がある場合、測定領域が大きく観察可能な場合、または対象物が遠すぎる場合や近づくのが困難な場合（例：例えば 特殊な大気 や宇宙（ 星や銀河の観測など ）など。
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以下のコンテンツでは、オムロンの非接触型マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）温度センサー「D6Tシリーズ」を例に、その機能と特徴を紹介します。 MEMS温度センサーのD6Tシリーズは、シリコン レンズが取り付けられた小型の回路基板、サーモパイル センサー、専用のアナログ回路、デジタル温度値に変換する論理回路で構成されています。 これらのモジュールを組み合わせるには、コネクタが1つだけ必要です。 D6Tシリーズ 回路基板 のサイズは 14mm x 18mm で、よりコンパクトな 11.6 mm x 12 mm バージョンも用意されています。
D6TシリーズMEMS熱センサーの動作原理は、物体から発生した放射熱 (遠赤外線) をシリコン レンズを通してモジュールのサーモパイル センサーに集中させることです。 サーモパイルセンサーは、集光された放射エネルギー（遠赤外線）に応じて起電力を発生させ、起電力の値を測定するとともに、内部温度センサーとして機能します。 デバイスは、測定値と内部に保存されているルックアップテーブルを比較する補間計算によって測定値（物体温度）を計算できます。 測定値はI2Cバス経由で出力され、ホストシステムで読み取られます。
MEMS熱センサーを使用して人の動きを検出すると、従来の焦電センサーが直面していた問題を解消できます。 これは、焦電センサーが赤外線の状態の変化を検知する原理に基づいているためであり、人体が活動していないと、測定信号が失われるからです。 ただし、熱センサーは動きがない場合でも測定信号を生成できます。
非接触型熱センサーは人体の存在検知に非常に適しています。これらは家電製品アプリケーションでは非常に一般的です。例えば、空調システムやファンで人体の存在を感知し、相対的な反応を起こすために使用されます。市場の需要は日々増加しています。製品開発に投資する価値はあります。
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