正しく圧力センサを選択する

圧力センサの選択には、各センサに対応する3種類の圧力があることを考慮する必要があります。 一般的な圧力センサは、ダイアフラムの曲げを介し圧力を測定します。 ダイアフラムには2つの面があり、2つ目の面には別の圧力がかかり、測定された歪みは2面間の圧力差というです。 この「基準」圧力に応じて、3種類の圧力とセンサーが存在します:

• 絶対圧力：絶対圧力センサでは、ダイアフラムの片側は真空になっており、その歪みは測定された圧力と一致します。
• 相対圧力：相対圧力センサでは、ダイアフラムの片側は大気圧にさらされ、その歪みは測定圧力と周囲圧力の差と一致します。
• 差圧：差圧センサには2つの導入孔があり、ダイアフラムの各面に1つずつあります。そのため歪みは2つの導入孔の圧力差に一致します。

絶対圧力センサと相対圧力センサの違いを思い出してください。 絶対圧センサは真空を基準にしており、真空に対する差圧を測定します。 相対圧力センサは大気圧を基準にし、処理圧力と大気圧の差を測定します。

従ってセンサの選択は主に基準点に依存します。大気圧に対する圧力を知りたい場合、大気圧の測定ができるのは唯一絶対圧力センサなので、それを使い気圧を測定することができます。 高度が変化した時の大気圧の差に基づく高度測定があります。

大気圧は気象の変化により、センサの高度が変化すると約30mbarから約200mbar（海抜2000m）まで変化します。 従って測定された圧力の同じ値に対して、相対圧力センサは大気圧の変動に起因する測定誤差を有する可能性があります。 この誤差は、高圧力を測定する場合には無視できますが、低圧測定には重要です。 低圧測定の場合には、絶対圧力センサの使用が好ましいです。

絶対圧力センサと相対圧力センサの違いを思い出してください。 絶対圧センサは真空を基準にしており、真空に対する差圧を測定します。 相対圧力センサは環境大気圧を基準としており、処理圧力と大気圧の差を測定します。

従ってセンサの選択は主に基準点に依存します。大気圧に対する圧力を知りたいですか？

相対圧力センサーは、大気圧が測定に及ぼす影響を排除したい場合におすすめです。 例えば液面が大気圧の影響を受ける、タンク内の液体の静水圧を圧力センサで測定する際、相対圧力センサは大気圧の変動を避けて静水圧を測定することができます。

差圧力センサには2つの導入孔があり、2点間の圧力差を知りたい時に使用されます。 例えば減圧装置による流量測定に使用することができます。

測定したい圧力のタイプを決定したら、センサー技術をチェックします。

ピエゾ抵抗圧力センサでは、圧力が感知素子に力を及ぼし抵抗の変化が生じます。 ピエゾ抵抗型圧力センサは高感度であり、頑丈で耐熱性が良好ですがその出力信号は弱いです。

圧電型圧力センサでは、 圧力が圧電材料の素子に力を及ぼし、それによって素子の両端に電圧を発生させます。 これらのセンサは広範囲に測定でき、耐熱性も非常に良好です。 一方で出力信号は弱く、ピエゾ抵抗センサより正確ではありません。

静電容量型圧力センサ では、ダイアフラムがコンデンサのプレートの一枚を構成します。 圧力の影響で膜は変形しコンデンサの容量が変化します。 これらのセンサは優れた精密さと感度を提供し、おおよそ1ミリバ－ルの低圧を測定することができます。 しかし測定値を不安定にする可能性があるため、振動を好みません。

測定する圧力のタイプ(絶対圧、相対圧、差圧)を決め、センサ技術を決めたら次の基準に基づいて適切なモデルを選択する必要があります:

• まず通常の状態と圧力変動を考慮して、測定範囲が測定したい圧力範囲に対応するセンサを選択することが重要です。
• 動作温度も重要です。 通常センサは、マイナス25℃から100℃の範囲で動作します。 それを超える場合は、より高い温度に耐えられるセンサを選択する必要があります。
• 他のセンサと同様に、出力信号が測定ループまたは制御ループに対応する圧力センサを選択する必要があります。
• 最後の重要な選択基準は、センサの構成と測定部分への取り付け方法です。 大半のセンサはねじ込み式で、パイプ、タンクなどに取り付けられたステッチに簡単に取り付けることができます。またフランジを備えたセンサやプリント回路基板に溶接できる小型センサなどがあります。フラッシュダイアフラムセンサの取り付けも簡単です。 この構成では、ダイアフラムセンサがパイプの壁と同一面にあり、流れのない領域に材料が蓄積することによる目詰まりの問題を回避します。 この構成は充填流体、特に食品産業で非常に便利です。