9.センサ | 電気電子の基礎講座

みなさんこんにちは！

計測に必要な電気・電子の基礎講座へようこそ。

これまでに、電圧測定と電流測定を学びました。

今回は、測定で使用するセンサにについて学びます。

それでは、始めます。

センサとは、センサの諸特性

センサに求められる特性について説明します。

電流を測定するときには、抵抗を利用して電圧を測定して、電流値を得ます。
このようにある量を測るときに別の量を測り換算して値を求める方法を間接測定といいます。間接測定における検出体（および周辺回路含めて）を「センサ」と呼びます。電流センサの例としては「シャント抵抗」という物が市販されています。

電流測定に限らず、世の中には様々なセンサが存在します。センサには精度良く測定するために様々な特性が求められます。

主な特性を以下に列挙します。

• 変換式（ゲイン、オフセット、直線性）：感度や誤差に影響します。
• 上限下限：センサがあつかえる範囲です。
• 分解能：どれだけ細かい変化が観測できるかです。
• 再現性：繰返し精度に関係します。
• 応答性や周波数特性：センサの追従速度が影響します。
• ドリフト：時間が経つとずれてしまうことです。
• 雑音：測定チに余分な成分が乗ることです。
• 維持、保管：センサの寿命などに関係します。

他にも様々な特性があります。特性を意識して取扱説明書を必ず確認しましょう。

接地

接地について説明します。

これは電圧測定や電流測定を危険にしたり難しくする問題です。

電圧や電流を測定するとき、センサを用いて測定するときには、接地（アース）経路に注意しなければなりません。

日本の電灯線は単相三線式が採用されていて、中性線（ニュートラル）は電柱側で地面に繋がっています。地面は電気を通します。このように電線を地面に繋ぐことを接地、アースと言います。

この図にありますように、洗濯機や冷蔵庫は接地することが望ましいとされています。万一漏電した際に人間が感電することを防止するためです。

しかし、電圧や電流測定をする時には思わぬ電流経路によって漏電・停電リスクが高まってしまいます。注意しましょう。感電は生死に関わるので絶対にふせがなくてはいけません。

漏電は火災の恐れがありますが、一般的には漏電遮断器が働き、停電ですみます。

プログラミング会社や工場であればソフトウェアが消失したり、生産ぶつが破損する程度の被害ですむことが多いと思われます。いずれにしても事故は避けたいものです。

例題

下図に従いエアコンRの電源電圧[V]を測定するとどうなるでしょうか？

解答例

エアコンＲの電源電圧を測定しようとして電線を接続すると、漏電遮断器が働いてオフになります。つまり停電してしまいます。

測定器の接地（アース）を無しにするのは解決策の一つです。

しかし、感電リスクが非常に高くなるので、安全規格に適合した測定器を使用したり、感電防止手袋の着用を講じる必要があります。

エアコンＲの電源経路に絶縁トランスを入れるのも解決策の一つです。トランスの二次側は非接地系になりますので感電リスクと漏電リスクの両方を下げることができます。しかしトランス代金がコストアップになります。

安全性、利便性、経済性を考慮して計測をしなければなりません。

まとめ

電圧測定や電流測定をするときには、測定器の内部抵抗を意識して、相応しい測定器やセンサを使いましょう。
高精度ならDMM、時間変化はオシロスコープ、多チャンネルならデータロガー　等々。さらに接地・アースに注意しましょう。