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トランスデューサーは、物理的、化学的、電気的な量を記録し、それを使用可能な電気信号に変換する技術装置である。

この信号は、制御システム、表示装置、データ収集システムなどで処理される。したがって、センサーは、現実世界とデジタル世界の間のリンクを作成するため、現代の測定および自動化技術の中心にあります。

以下では、トランスデューサの基本原理と動作モード、さまざまな種類とその測定変数、信号の種類とインターフェース、さらにその使用法の概要と最新の設計要件について説明します：

変換器の基本原理と動作モード

変換器の機能は3つの基本ステップから構成される：

1. 測定変数の取得：
   測定変数の取得：これは、変形、温度変化、磁界、光吸収など、測定変数と物理的に相互作用するセンサー要素によって行われます。
2. 電気信号への変換：
   測定された変数は、電圧、電流、周波数などの電気変数に変換される。
3. 信号処理：
   生信号を増幅、フィルタリング、線形化、デジタル化し、下流のシステムで使用できるようにする。

変換原理の種類は、機械式、光学式、圧電式、磁気式、化学式など、それぞれの測定変数によって異なります。

変換器の種類と測定対象：

変換器は高度に専門化されており、それぞれの測定対象によって細分化される：

1. 機械量
   a.圧力センサー：a.圧力センサー：液体や気体の静圧や動圧を測定するもので、ピエゾ抵抗素子や静電容量素子を使用することが多い。
   b.力センサー：機械的な力を電気信号に変換するもので、多くの場合ストレインゲージを使用する。
   c.変位・距離センサー：光学式、誘導式、静電容量式、または超音波式を利用して位置を測定する。
   d.トルクセンサ：シャフトのねじれを測定し、多くの場合、ひずみゲージまたは磁気法を使用する。
2. 熱変数：
   a.温度センサー：熱電対、測温抵抗体、半導体温度センサー、赤外線センサーなど。
   b.熱流センサー：b.熱流センサー：材料の層を通る熱の流れを測定するもので、熱電原理を利用することが多い。
3. 電気量と磁気量
   a.電流・電圧変換器：電源、回路、システムの電気量を測定する。
   b.磁場センサー：b. 磁界センサー：ホール効果または磁気抵抗原理を利用して磁界の強さを測定する。
4. 化学量および物理化学量
   a.ガスセンサー：a. ガスセンサー：電気化学的、光学的または半導体的方法を用いて、特定のガス（例：酸素、CO₂、アンモニア）の濃度を検出する。
   b. pHセンサーと導電率センサー：プロセスおよび環境測定技術において、液体の化学的特性を測定するために使用される。
   c.湿度センサー：空気または物質中の相対湿度または絶対湿度を測定する。

変換器の信号タイプとインターフェース：

最近の変換器のほとんどは、標準化された出力信号を提供する：

1. アナログ信号：多くの場合4～20mAまたは0～10Vで、単純な伝送経路に適している。
2. デジタルインターフェース：I²C、SPI、CAN、Modbus、IO-Linkなど、追加機能を持つインテリジェント・センサ向け。
3. フィールドバスシステム：産業オートメーションにおけるProfibus、EtherCAT、Profinetなど。

アプリケーションによっては、センサーはすでに内部校正、温度補償、自己診断が可能です。

変換器の使用：

変換器はほとんど全ての技術分野で使用されています。最も重要な応用分野は以下の通りです：

1.オートメーション技術：
オートメーション技術：工業生産プラントでは、センサーが圧力、温度、位置、速度、流量、その他のプロセス変数を継続的にモニターしている。
この信号は、調節、制御、安全のために使用されます。

2.エネルギー技術：
変換器は、エネルギー配給システム、変電所、変圧器において、電流、電圧、周波数、電力、絶縁値などのパラメーターを記録します。

3.自動車工学：
車両運動制御、エアバッグ、エンジン制御、排気ガス測定、バッテリー管理システムなどでは、変換器が不可欠です。

4.医療技術：
血圧、体温、グルコースレベル、呼吸ガスなどの重要なパラメータを測定するために、生体適合性センサーが使用されています。

5.建築技術：
暖房、空調、換気システムでは、センサーが温度、湿度、CO₂含有量、照度を測定し、快適性とエネルギー効率を制御する。

6.環境測定技術：
気象データ、大気質、水質分析、排出ガスの記録には、特殊な変換器が使用される。

最新の変換器の要件

• 精度と再現性：品質保証や管理技術において特に重要。
• 長期安定性：エネルギーシステムや環境ステーションなど、長年にわたる連続測定に重要。
• 高速応答時間：特に動的なプロセス（爆発検知や衝撃測定など）。
• 堅牢性：ほこり、水、振動、化学的影響、温度に対する保護。
• 校正性：国家標準への測定値のトレーサビリティ。

変換器は、ほとんどすべての技術的、工業的、科学的用途において不可欠なコンポーネントです。その主な役割は、実変数を正確に記録し、使用可能な信号に変換することです。利用可能な技術の多様性により、幅広い測定タスクに正確に適応することができます。インテリジェントセンサー（スマートセンサー）の登場とデジタルシステムへの統合により、インダストリー4.0とモノのインターネット（IoT）の時代において、変換器はますます重要なコンポーネントとなりつつあります。

ここでは、変換器を購入する際に考慮すべき最も重要なポイントを概観する。

機械的、熱的、電気的、化学的物理的変数を記録するための変換器を購入するには、技術的、用途別、経済的基準を総合的に考慮する必要があります。純粋な測定機能だけでなく、精度、堅牢性、統合性、校正、システムの互換性などの相互作用も重要です。

• 最初のステップは、どの物理量をどのような条件で測定するかを正確に定義することです：
• 機械的変数：力、圧力、トルク、重量
• 熱変数：温度、熱流
• 電気量：電圧、電流、抵抗、容量
• 化学的・物理的変数：pH値、導電率、濃度、湿度
• これらの変数には、それぞれ異なるセンサー技術が必要であり、したがって設計、信号処理、材料の点で異なる要件が求められます。
• 目的の測定値を記録するには、適切な測定原理を選択することが重要です：
• ひずみゲージ（DMS）：力や圧力などの機械的変数用
• 熱電対またはRTD（Pt100）：温度測定用
• ホール効果または誘導方式：電気・磁気変数用
• イオン選択性電極または光化学センサー：化学的・物理的測定変数用
• 測定原理の選択は、感度、ロバスト性、信号処理を決定する。
• センサーの選択は、予想される測定範囲に適合していなければなりません-大きすぎても（分解能の低下）小さすぎても（過負荷の危険性）いけません。
• 同時に、大まかなプロセス監視用か高精度の実験室用かによって、望ましい分解能と精度をチェックする必要があります。
• 変換器が機械的に設置状況に合っていることが特に重要です：
• サイズと形状：サイズと形状：既存のシステムに組み込めること
• 設置位置：水平、垂直、回転対称
• 取り付けオプションフランジ、ネジ止め、プラグインシステム
• ケーブル配線とコネクタータイプ現場のケーブル配線に合わせる
• 環境によっては、センサーは特に頑丈でなければなりません：
• 耐腐食性：耐腐食性： 化学プロセスや屋外など
• 温度耐性：高温アプリケーションまたは極低温用
• 気密性（IP保護等級）：例：湿気や汚れに対するIP67以上
• 機械的負荷容量振動、衝撃、圧力パルス
• トランスデューサは、既存の評価技術やオートメーション環境に適していなければなりません：
• アナログ信号： mV/V、0-10 V、4-20 mAなど
• デジタルインターフェース： CANopen、Modbus、EtherCAT、IO-Linkなど
• 制御システムやデータロガーとの互換性
• EMC保護と耐干渉性：電気的または工業的環境において特に重要
• 校正されたセンサのみが信頼できる測定値を提供するため、テストレポート付きの工場校正が最低要件となります。
• DAkkS校正または同等の校正は、ISO 9001のQS、自動車、医薬品など、最高レベルの要件に対応します。
• 国家標準へのトレーサビリティは、比較可能性を保証する。再校正の周期は、使用強度に応じて定める必要があります。
• 変換器は長年にわたって安定した測定を行う必要があります：
• 従って、ゼロ点とセンサーのドリフトは、温度、経年変化、機械的ストレスの関数として評価されるべきである。
• 一定荷重下でのクリープ挙動を考慮する必要がある。特に機械的変数について。
• 適合性は、特に工業環境または安全関連環境において極めて重要です：
• CEマーキングと製品固有のEU指令。
• 爆発の危険性のある雰囲気に対するATEX承認。
• RoHSおよびREACHへの適合。
• GMP（製薬）、HACCP（食品）、SIL（プロセス産業）などの特定の産業要件。
• トランスデューサの品質は、メーカーの経験とリファレンス、テクニカルサポート、アプリケーションアドバイスと密接に関連しています。
• 決定的なのは単価だけではなく、総合的な費用対効果です。

明確に定義されたアプリケーション、適切な測定原理の選択、測定チェーンへの適切な統合、経験豊富なメーカーによるサポートが特に重要です。これが、機械的な力、温度、電気的な変数、化学的・物理的なパラメータの測定にかかわらず、恒久的に正確で安定した、メンテナンスの少ない測定システムを構築する唯一の方法です。

変換器は様々なサプライヤーから入手できます。世界中の変換器メーカーおよびサプライヤーに関する総合的な情報は、エクスポートページで見つけることができます。