圧力スイッチとは
圧力スイッチとは空気や液体などの流体による圧力を検出するセンサの一種です。圧力の絶対値の大小によってスイッチを動作させたり、任意の圧力値に対する変化量の大きさでスイッチを動作させたりします。
圧力スイッチのセンサには内蔵された圧電素子に流れる電流量、電圧の変化を元に圧力変化を検知する半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサと、可動極がついたコンデンサが内蔵されており外部からの圧力によるコンデンサの静電容量の変化から圧力変化を検知する静電容量形圧力センサがあります。
圧力スイッチの使用用途
圧力スイッチは様々な用途で用いられます。プレス機械や成形機器などの制御に用いられるほか、自動車のエンジンオイルであったり、電車のブレーキ圧の制御にも用いられます。
また、腐食性、毒性がある化学物質に接触する過酷な場所でも圧力スイッチは使用可能です。その他、可燃性物質を扱う場所で用いる防爆型の圧力スイッチも販売されています。化学業界、石油、ガス業界といった化学物質を日常的に扱う現場においてこれらの圧力スイッチは使用されます。
その他、エアコンのコンプレッサや冷却ガス、掃除機の吸込みなどの風量管理、生産装置におけるポンプやコンプレッサの圧力管理などにも圧力スイッチは利用されています。
圧力スイッチの原理
圧力スイッチは圧力の変化を電気信号に変換します。圧力の変化の表し方は3つあり、1つ目は大気圧を基準として正・負圧として表記する方法、2つ目は圧力の絶対値で表記する方法、3つ目は任意の圧力に対する変化である差圧として表記する方法です。
圧力を電気信号に変換する方法は2種類で、1つ目は半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサです。これは特定の物質に圧力を加えることで電圧が発生する「圧電効果」を利用したもので、圧力の変化量の大きさで電圧の変化量も決まるため、電圧変化から圧力の変化量を求めることが出来ます。2つ目の変換方法は静電容量形圧力センサで、センサの中に可動極がついたコンデンサが入っています。このセンサに圧力を加えると可動極が変形するため、コンデンサの静電容量が変化します。この変化量から圧力の変化量を求めることが出来ます。
圧力スイッチの種類
圧力スイッチは設置する環境、接触する流体の種類、検出したい圧力の大きさによって用いる機器が変わります。流体が空気の場合、空気用の圧力スイッチを用い、流体が液体の場合は汎用流体用の圧力スイッチを用います。また、有機溶媒、天然ガスのような可燃性物質と接触する環境においては防爆型圧力スイッチを用います。
その他、腐食性、毒性が高い物質と接触する環境では薬品耐性がある圧力スイッチを用います。有害性の高い物質が存在する場所で使用する場合、センサの中のみならず、スイッチの各部品の薬品耐性もあるか確認することを推奨します。
参考文献
https://www.fa.omron.co.jp/data_pdf/commentary/pressure_tg_j_3_3.pdf
https://www.smcworld.com/products/pickup/ja-jp/switch_sensor/pressure_sensor.html