放射温度センサーとは
放射温度センサーとは、物質から発せられる赤外線を感知して温度を測定する装置です。
あらゆる物質は温度の高低にしたがって赤外線を放射されるため、赤外線量を検知して温度を測定する仕組みです。物質内部の温度や気体の温度は測定できませんが、物体に触れず瞬時に温度を測定することができます。
測定可能範囲 (スポット径) と測定距離が機器によって決まっており、状況に応じて選定します。
放射温度センサーの使用用途
放射温度センサーは高速に温度測定ができるほか、直接触れずに非接触での温度測定も可能です。そのため、移動・回転する物体やセンサーの接触で温度が変化する小熱容量物体の温度測定に適しています。
産業プロセスや研究分野などと、広範囲で用いられています。以下の場合は、放射温度センサーの活用が有効です。
- 対象物が動いている場合
- 電磁界によって囲まれている場合
- 対象物が真空あるいはその他調節空気内にある場合
放射温度センサーの原理
人間を含め、全ての物質は赤外線を放出しています。手のひらを頬に近づけると温かさを感じますが、これは、頬から発せられている赤外線を手の皮膚が感知しているためです。一般に、物質の温度が高いほど放出される赤外線量は多くなります。
放射温度センサーは、まず物質から放出された赤外線をサーモパイルと呼ばれる検出素子に集めます。サーモパイルとは吸収した赤外線によって電気信号を発する検出素子です。
サーモパイル内では複数の熱電対が温接点を中心部に向けた状態で直列接続されており、その温接点が向かう中心部には赤外線吸収膜が設置されます。レンズで集められた光は温接点部分にのみ当たるため、外側にある冷接点側との間に温度差が生じます。これによりゼーベック効果によって電圧差が生まれ、温度測定ができる仕組みです。
赤外線放射とは電磁スペクトルの一部であり、その周波数は可視光と電波の間程度です。この周波数範囲において、0.7ミクロンから20ミクロンの周波数のみが実用的な温度測定に用いられます。
放射温度センサーのその他情報
1. 放射温度センサーの精度
放射温度センサーは汎用品で±1℃以内と高い精度です。ただし、実際の測定時に機器の測定条件を正しく守らなければ測定誤差が生じるため注意が必要です。測定精度を決める条件は下記3点です。
測定ポイント
測定対象からの距離に従い測定範囲 (またはスポット径) が異なります。一般に測定距離が離れるにつれて測定範囲が大きくなります。 放射温度センサーの種類により測定距離と測定できる範囲が変わるため、この2つの条件を確認します。
温度ドリフト
放射温度センサーの環境温度を急激に変化させると温度変化によって測定値が変化する場合があります。 したがって、環境温度を急変させないように保ちます。
測定する表面の放射率
放射温度センサーは測定対象の物体表面から放たれる赤外線の強度を測定して温度を測定します。その際、測定対象から 放射された赤外線の強度は測定対象の温度だけでなく、放射率と呼ばれる係数によって決定されます。 したがって、温度測定の際は放射率による補正が必要です。
2. 放射温度センサーによる体温測定
近年、衛生意識向上の影響で体温を放射温度センサーで測定するケースが増加傾向です。一般に外部温度が体温より低いケースで体温測定をすると、外気温の影響で体温が低く表示されることがあります。
反対に、ヒーターの近くのような外気温が高いケースでは、高い温度表示がされることがあるため注意が必要です。体温測定の際は、放射温度センサーの取扱説明書を確認して、正しい外部環境で測定します。
3. サーモグラフィーについて
非接触で温度を測定する装置にサーモグラフィーがあります。サーモグラフィーは測定対象全体の表面温度を色の濃淡で色別し、視覚的に見易くした装置です。具体的な使用例は以下です。
- 人の体表面温度分布
- 手足の血流による温度分布
- 機械装置の異常温度部の検出
- 暗視カメラでの動物行動追尾
サーモグラフィーの内部には放射温度センサーが使用されています。
参考文献
https://www.jp.omega.com/technical-learning/infrared-temperature-measurement-theory-application.html
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https://www.testo.com/ja-JP/products/pyrometer
https://www.horiba.com/jp/process-environmental/products-jp/thermometry/how-to-select-a-thermometer/
https://www.japansensor.co.jp/faq/1014/index.html