【入門編】機械設計者向けセンサーがどんなものかわかりやすく解説!

設計
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こんにちは!

今回は機械設計者向けにセンサーの記事を作成しました。

機械設計をしていると金属材料や樹脂材料、構造部などの知識はどんどんついていきますが、電気系の知識はなかなかつきません。

僕自身、筐体設計をメインに仕事をしていたときはセンサーはぼんやりとしかイメージできませんでした。

本音はセンサーってなに?ぐらいの感じでした笑

最近の機械設計で電気やセンサーを使わないものはほとんど無いでしょう。これからの機械エンジニアもセンサーの基礎知識は持っておきましょう。

この記事を読むとこんなことがわかります!

  • センサーで何ができるのか
  • どんなところにセンサーが使われているのか
  • センサーの仕組み

自分の設計に合わせてセンサーの選定までできるようになるといいですね。

センサーで何ができるの?

センサーはある物理量を電気信号に変える役割をするものです。物理量とは温度、光、圧力、磁気、速度、加速度 などさまざまなものがあります。

センサーはタイミングを測ったり、人間には判断できない物理量の変化を数値化するのに不可欠です。

そしてセンサーは物理量を信号に変えて機器に出力します。

身近なエアコンについている温度センサーについて考えてみると、温度センサーは温度という物理量を信号に変えて上位の制御機器に伝達します。

上位の制御機器は信号で温度を判断してヒーターON/OFFを制御し温度を一定にさせたり、一定の温度を超えるとアラームを出したりできます。

他にもひずみゲージはひずみを測るセンサーです。前職では電子基板に張り付けて基板を筐体にネジ止めしたとき、どれだけ基板がひずむか確認していました。あまりひずむと電子部品が外れたり割れたりするためです。

測定したい物の表面に張り付けることでそのものが変形したときにひずみを測ることができます。PCやデータロガーにつなぐことで目視ではわからないような微小変形もわかりますし、数値化できるので設計に反映させることができます。

入出力の話にも関わるのでどのセンサーをどのようにして使うかは電気屋さんと相談して決めましょう。

最近では良く見かける手をかざすとアルコールが噴出される機器にも手を検知するためのセンサがついています。

センサーの仕組み

どうやって物理量を電気信号に変換しているかは各社のノウハウであったりセンサーによって異なりますが、選定するときでない限りそこまで気にする必要はありません。

基本的にセンサーの中には物理量によって変化する物質(金属や液体)が入っています。

その物質が外部の物理量によって変形したり性質が変わります。電気を流すと物理量の変化によって電流値や電圧値が変わります。

物理量は連続したアナログ値なのでデジタル変換した電流・電圧値の変化を読み取って数値化しています。私も詳細まで理解しているわけではありません。

アナログとかデジタルとかNPNとかPNPとかの記事もそのうち作成できたらなと思います。

まとめ

センサーは機械や装置、システムを作る上で欠かせません。

電気側のイメージが強く機械エンジニアは苦手にしていたり、我関せずという人が多いですが、機械を上位を設計するうえでは機械設計者も理解しておくに越したことはありません。

電気はなかなかイメージがわきにくいので慣れるまで苦労しますが、基本的な部分は理解できるようにしたいうものですね!

今後も機械設計者向けの電気の基礎的な部分の記事を作成していきたいと思います。では!

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