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TE 製の信頼性の高い産業IoT用センサ

SamPresley
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FA産業プロセスは、物理世界を解釈し電気信号に変換するセンサ部品の働きに頼っている。センサはまさに産業プロセスの「眼」といえるだろう。機械はその電気信号を利用して、安全かつ効率的に動作するための判断を行う。IIoTでは機械とセンサデータの分析の中間に位置する通信テクノロジーにばかり注目が集まりがちだが、精度と信頼性の高いセンサがなければそのデータは役に立たない。   

TE Connectivityは、最も過酷な産業条件でも高い信頼性で動作する産業用センサ製品を、ユニット型から拡張ボードレベルのものまで、幅広く提供している。

この記事は、TEの産業用センシング製品を特集するシリーズ記事の第1回だ。今後の記事では、各種センシングテクノロジーを深く掘り下げていく。 

TEの産業用センシング機能テクノロジ

温度センサ 

温度センサは、産業プロセスの最適条件を維持し、機械を監視・保護し、スタッフの安全な作業環境を維持するのに不可欠だ。温度センサの選択に重要な要因はいくつかある。接触型か非接触型か、センサの動作温度範囲、精度、信頼性、感度、消費電力、そして価格だ。 

TE Connectivityは、産業センシング用途向けに以下の各種の温度センサを提供している 

  • NTCサーミスタセンサ及びプローブ 
  • デジタル温度センサ RTDセンサ及びプローブ
  • 熱電対センサ
  • サーモパイル赤外線センサ
  • サーモパイル赤外線デジタルセンサ

TE Connectivityの温度システムセンサ(TSYS)シリーズのデジタル温度センサ (187-9068) は非常に正確で、平均精度は+-0.1°Cだ。このため、TSYSセンサは、プロセスの温度を非常にすばやく検出する必要のある用途に極めて有用だ。超小型パッケージで提供されるため、スペースの限られた環境でも使用できます。センサの回路は、電池寿命を最大限伸ばすため超低消費電流に最適化されている。 

圧力センサ 

圧力センサは、さまざまな用途で液体又は気体の物理的圧力を電気信号に変換するために使用される。用途の分野は幅広く、人工呼吸器などの医療機器の気流測定から、航空機の高度測定や、潜水機の水深測定にまで及ぶ。 

TE Connectivityは、5mbar~7kbarの各種の測定範囲の測力センサを提供している。これらのセンサは、ピエゾ抵抗MEMS及びシリコンゲージテクノロジーに基づいている。用途に応じて測定範囲を特定のレンジに構成することも可能だ。TEの測力センサは、独自のOEM設計に統合できるボードレベルのデバイスとして、又は産業環境ですぐに使える完全にパッケージ化されたソリューションとして使用することができる。 

産業用途向け圧力センサの種類: 

  • ボードレベルデバイス – OEMデバイスにすぐに組み込めます。これらのデバイスは、使い方によっては外部環境からの保護が必要になる。 
  • OEM設計への統合用の媒体分離型モジュール – これらのデバイスは、センシング素子を過酷な条件から保護することで、設計を簡素化できる。 
  • 完全パッケージ化ワイヤレス圧力トランスデューサ – 設置にも統合にも対応するデバイスである。 
  • 完全パッケージ化有線トランスデューサ – 設置にも統合にも対応するデバイスである 。

データを迅速に捕捉する必要がある場合、TE M5600  (187-9061) 及びM3200シリーズが設置に対応した完全パッケージ化ソリューションだろう。M5600は、Bluetooth 4.0ワイヤレス圧力トランスデューサで、ステンレススチール及びポリカーボネート製のエンクロージャに収められ、過酷な産業環境要件を満たしている。M3200は気体又は液体の測定に適しており、特に汚染水、蒸気、機械内の軽度の腐食性流体など、取り扱いの難しい媒体に最適である。このデバイスはアナログ又はデジタル出力を備えているため、既存の設計にも新しい設計にも統合できる 

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位置センサ 

位置センサは、産業オートメーション・制御で、仕掛品の位置を検出し、検証するために使用される。信頼性の高い位置検出は、モータやアクチュエータを適時、適切に制御するために重要となる。位置検出は、選択した基準点に基づいて、コンポーネントの機械的位置を測定する。TE Connectivityの位置検出ソリューションには、線形センサ、回転センサ、傾斜センサ、液面センサがある。これらソリューションの基盤となっているのは、誘導性センシング、電位差センシング、磁気抵抗センシング、ホール効果センシング、リードスイッチセンシング、電解センシング、静電容量センシングなどのコアテクノロジーだ。 

産業用途向け位置センサの種類: 

  • 回転変位センサ 
  • 線形位置センサ 
  • 磁気センサ 
  • ロータリーエンコーダセンサ 
  • ケーブル作動式位置検出 

TEのキーソリューションの1つが異方性磁気抵抗(AMR)線形位置センサ (189-7256) 。この非接センシング技術は、泥・埃・油などが存在する過酷な環境や,他のセンシングテクノロジーでは対応が難しい過酷な条件に特に適している。この製品は、その他にも、線形用途で、µm以下の分解能で10~50µmの高い精度や、最大150°Cの高い温度範囲で動作できる能力などの特長がある。 

振動/力学/トルクセンサ

振動分析は、機器を正常に保ち、予期しないダウンタイムコストを避けるために不可欠なため、状態監視及び予測メンテナンスの一部として実装されるのが一般的だ。TEが提供する加速度センサは、堅牢で過酷な産業環境でも精度が高く、機械の性能を高い信頼性で測定することが可能となる。 

力学センサとトルクセンサは、ロボティックオートメーションや制御オペレーションの測定に使用される。TEでは、単独の部品として、又は統合デバイスとして、力学センサとトルクセンサを提供している。 

  • 組み込み加速度センサ 
  • プラグアンドプレイ加速度センサ 
  • トルクセンサ 
  • 荷重センサ素子
  • 荷重ロードセル 

TEでは、MEMS及び圧電テクノロジーに基づく、ACとDC両方の基板実装型加速度センサを提供している。TEのデバイスは、長期的な測定の安定性と過酷な環境に耐えるハーメチックシールパッケージを実証している。 

湿度センサ 

湿度センサは、湿度計とも呼ばれる、空気中の水蒸気の量を測定する電子デバイスである。特定の気温における実際の水蒸気分圧と最大水蒸気分圧の比率が相対湿度(RH)だ。湿度と温度が動作範囲内でない場合、産業環境の機械や機器は正常に動作できなくなるため、相対湿度は継続的な監視が必要な重要なパラメータである。 

HTU20D(F)は、TEの新しい温度出力付きのデジタル相対湿度センサだ。このコンパクトな(3 x 3 x 0.9mm)デバイスは、較正済みの線形化信号をデジタルのI²C形式で提供する。HTU20D(F)は自動化組み立てプロセスに対応しているため、大量低コストの産業用途に適している。具体的にはスペースの限られた印刷機器には、HTU20D(F)のようなコンパクトで低電力のセンサが最適だ。 

周辺光モジュールセンサ 

周辺光ライトセンサは、デバイスの環境に存在する光のレベルを測定するのに使用される。周辺光ライトセンサによって検出される値は照度と呼ばれている。照度はセンサの表面に達する光の量を検出することで測定される。 

環境に焦点を当てた取り組みに適合するため、暖房・冷却・照明コストの削減を試みる組織が増えている。スマートHVACシステムは、周辺光ライトセンサを効果的に利用して、ビルの占有率、外部の環境条件、昼夜の照明条件などを判断し、冷暖房や照明を効率的に制御する。 

TE Connectivityの最新製品、AmbiMateセンサモジュールMS4シリーズ (187-6131) は、周辺光ライトセンサに加えて、温度・湿度・モーションの3種のセンサを搭載している。さらに、カスタマイズして、VOC (揮発性有機化合物)、CO2、サウンドを検出するセンサも搭載できる。AmbiMateセンサモジュールでは、1枚の基板に業界標準のセンサを7つ搭載。ビルオートメーションやコネクテッドホームソリューションの設計サイクルを短縮する。 

 

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超音波センサ 

超音波センシングは、超音波がターゲットとの間を往復する時間の測定に基づいています。超音波センサの最も一般的な用途は物体間の距離の測定だが、同じ技術を利用して液体内の気泡を検出することもできる。輸液ポンプ・人工透析・血流監視などでは、気泡の存在が望ましくないだけでなく、危険である可能性がある。他にも同様の例は存在する。 

TE ConnectivityのAD-101気泡検出器 (187-9059) は、液体の非侵襲連続監視向けに特別に設計されている。このセンサは、チューブ径の70%のサイズの気泡を検出できる。標準チューブ径は4mmと6mmですが、3~10mmの範囲でカスタマイズすることも可能だ。AD-101気泡検出器は、使いやすいインターフェイス、2つのステータス(液体の流れに問題がなければ合格、気泡が存在すると不良)を出力するTTL (トランジスタ-トランジスタロジック)出力を備えている。デバイスによって電源オンテストと連続自己診断テストが実行され、デバイス自体の機能性が確保される。 

TEの産業用センシング 

用途にあわせた最適なセンサの選択は非常にむつかしい。しかしこの記事がTE Connectivity製品のテクノロジーの理解の助けになれば幸いだ。今後の記事では、各用途の詳細を見ていこうと思う。DesignSparkの記事にこれからもご注目いただきたい 

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Lead Inspiration Engineer @ RS Components and DesignSpark
DesignSpark Electrical Logolinkedin