圧力センサに関するレポート

2025年5月6日 2025年5月18日

圧力センサとは、気体や液体の圧力をダイヤフラム（薄い膜状の部品）を介して検知し、電気信号に変換して出力する装置です。本レポートでは、圧力センサの歴史から選定方法、使い方まで幅広く解説します。

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1. 圧力センサの歴史

1.1 圧力計測の起源

圧力計測の起源は17世紀、イタリアのエヴァンジェリスタ・トリチェリ（1608-1647）が発明した「水銀気圧計」にさかのぼります。トリチェリは一端を閉じたガラス管に水銀を入れ、それを水銀の入った鉢に逆さに立てる実験を行い、世界で初めて真空の実在を科学的に証明しました2。この発明により、トリチェリは「真空の父」と呼ばれ、真空の単位「トル（Torr）」も彼の名に由来しています。

1.2 圧力計測技術の発展

18世紀から19世紀にかけて、圧力計測技術は大きく発展しました。ドイツでは「重錘形圧力計」（ピストンと重錘でシリンダに圧力を発生させる装置）が開発され、フランスでは金属の弾性を利用した「アネロイド形気圧計」と「ブルドン管圧力計」が発明されました。イギリスではピストンとばねを用いた記録式圧力計「エンジンインジケータ」の原型が開発されました2。

1.3 半導体圧力センサの誕生

現代の圧力センサの原点となる半導体圧力センサの歴史は、1964年に豊田中央研究所の五十嵐らによって発表されたゲルマニウム半導体ひずみゲージを金属ダイヤフラムに接着し、圧力変化によって発生するひずみの変化を電気信号に変換する装置が始まりとされています18 19。

当初は金属ダイヤフラムに半導体ひずみゲージを有機接着剤で接着し、リード線取出しをはんだ付けで行うなど信頼性には課題がありましたが、小型・高感度化の可能性を示しました18。

1.4 MEMS技術への発展

1980年代以降、シリコンプレーナ技術を応用し、複数の半導体ひずみゲージ（ピエゾ抵抗素子）をシリコン基板上に集積する拡散型圧力センサが開発されました18。これは現在のMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術の原点とも言えるものです。圧力センサは「最初のMEMS」であると考えられています19。

2. 圧力センサの種類

圧力センサには、測定原理や構造の違いによって様々な種類があります。それぞれ特徴があり、用途に応じて選択されています。

2.1 測定原理による分類

2.1.1 抵抗膜方式（ひずみゲージ式）

測定媒体の圧力変化をダイアフラムに取り付けた歪みゲージの電気抵抗の変化によって測定する方式です。歪みゲージには、金属抵抗素子、セラミック抵抗素子、ピエゾ抵抗素子などが用いられます3。

金属抵抗素子はセラミック抵抗素子に比べて高い圧力範囲を測定でき、耐久性に優れています。ピエゾ抵抗素子は金属抵抗素子よりも小さな圧力変化を測定できるため、低い圧力範囲で用いられます3。

2.1.2 静電容量方式

圧力変化によってたわんだ板の静電容量の変化によって圧力を測定する方式です。静電容量形圧力センサは、ガラスの固定極とシリコンの可動極を対向させてコンデンサを形成し、外部からの力（圧力）によって可動極が変形して発生する静電容量の変化を電気信号に変換しています4。

抵抗膜方式に比べると高感度で100Pa以下の微小な圧力変化を測定できる一方で、70MPaくらいまでの幅広い圧力を測定できます。しかし、材料や接合・シールなどの制約があり、用途が限定されることがあります3。

2.1.3 圧電素子方式

水晶など圧力をかけると表面に電荷が発生する圧電体を利用した方式です。電荷の大きさは加えられた力に比例し、極性はその方向を表します。電荷は圧力の変化に応じて素早く蓄積・消滅するため、高速で変化する動圧でも正確に測定できます3。

圧電素子方式には、低消費電力で耐久性に優れているほか、高温にも耐えられる素材であるという利点があります。一方で、振動や加速度変化に対して敏感なので、用途が制限されてしまうという欠点があります3。

2.1.4 光学方式

干渉計を利用して光ファイバーの圧力変化を測定する方式です。電磁波の干渉を受けないので、騒音の多い環境や放射線撮影装置などの発生源の近くで使用するのに適しています3。

光学方式の圧力センサは、小型で柔軟性があるため、他の技術では設置が困難な場所にも設置できるという利点があります。また、電源確保が困難な場面でも活躍できます。一方で、サイズが小さいため、他のセンサに比べて堅牢性・耐久性に欠けるという欠点があります。また、高感度であるがゆえに、音響振動や機械振動の影響を受けやすくなります3。

2.2 圧力の種類による分類

2.2.1 ゲージ圧センサ

大気圧を基準（ゼロ点）として、それより高い圧力（正圧）または低い圧力（負圧）を測定するセンサです。一般的な用途に最も広く使われています4 9。

2.2.2 絶対圧センサ

完全真空（絶対零圧）を基準として測定するセンサです。大気圧の影響を受けない測定が必要な場合に使用されます4 9。

2.2.3 差圧センサ

二つの圧力の差を測定するセンサです。流量計測や液面レベル測定などに使用されます9。

2.3 構造・形状による分類

2.3.1 汎用ダイアフラム形

一般的な圧力測定に用いられる標準的な形状のセンサです。様々な圧力範囲に対応しています8。

2.3.2 先端ダイアフラム形

測定ポイントが狭い場所や、固形物を含む測定対象に適した形状のセンサです8。

2.3.3 サニタリ形

食品・飲料・医薬品など衛生管理が重要な分野で使用される、洗浄が容易な構造のセンサです9。

2.3.4 MEMS形

MEMSはMicro Electro-Mechanical Systemsの略で、圧電素子や静電容量方式の圧力検出機構をシリコンチップ上にミクロン単位で設置した超小型の圧力センサです。一般的には2～3mm程度の小さな表面に実装されます3。

MEMSセンサは、小型で消費電力をおさえることができ、小型バッテリーによって数年間駆動させることもできます。サイズが非常に小さくでき、わずかな圧力の変化にも素早く反応することができるほか、埋め込み型医療機器などの分野にも応用できる圧力センサです3。

3. 圧力センサの原理

圧力センサの動作原理は、使用されている検出方式によって異なります。以下では、主要な圧力センサの動作原理について説明します。

3.1 ピエゾ抵抗効果の原理

ピエゾ抵抗効果とは、機械的な力が加わることで、電気抵抗値が変わる現象を指します。導体の電気抵抗値Rは、R＝ρ＊L/S（ρ：電気抵抗率、L：導体の長さ、S：導体の断面積）と表されます4。

この導体を左右に引っ張ると長さは長く、断面積は小さくなるため、電気抵抗値は増加します。この原理を利用して、圧力によるダイアフラムの変形を電気抵抗の変化として検出します4。

3.2 ひずみゲージ式圧力センサの原理

半導体ひずみゲージの構造では、ダイアフラムの表面に半導体ひずみゲージを形成していて、外部からの力（圧力）によってダイアフラムが変形して発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換しています4。

例えば、圧力センサチップは、不純物拡散により、4ヶ所かつ同一方向に短冊状のゲージが形成され、ダイアフラム加工されたシリコンがガラス台座に接合されています5。

3.3 静電容量式圧力センサの原理

静電容量形圧力センサは、ガラスの固定極とシリコンの可動極を対向させてコンデンサを形成し、外部からの力（圧力）によって可動極が変形して発生する静電容量の変化を電気信号に変換しています4。

この方式は、微小な圧力変化にも高い感度を持ち、幅広い圧力範囲での測定が可能です3。

3.4 圧電素子式圧力センサの原理

圧電素子式圧力センサは、水晶などの圧電体に圧力をかけると表面に電荷が発生する特性を利用しています。電荷の大きさは加えられた力に比例し、極性はその方向を表します3。

圧電効果によって発生する電荷信号は、チャージアンプによって電圧信号に変換されます。圧電素子式センサは、動的な圧力変化の測定に特に優れています12。

3.5 光学式圧力センサの原理

光学式圧力センサは、干渉計を利用して光ファイバーの圧力変化を測定します。圧力によってファイバー内の光の経路長や反射・透過特性が変化することを利用して圧力を検知します3。

この方式は電磁干渉を受けにくく、危険な環境や特殊な条件下での測定に適しています3。

4. 圧力センサの構造

圧力センサの基本構造は、圧力を受けて変形する「受圧部」と、その変形を電気信号に変換する「検出部」から成り立っています。ここでは、代表的な圧力センサの構造について説明します。

4.1 ダイアフラム構造

圧力センサの多くは「ダイアフラム」と呼ばれる薄い膜を使用しています。ダイアフラムは圧力を受けると変形し、その変形量が圧力に比例するという特性を持っています4。

材料としてはシリコンが主流ですが、金属やセラミック、ポリマーなども使用されます。シリコンダイアフラムは微細加工が容易で、半導体プロセスとの親和性が高いため、広く採用されています19。

4.2 半導体ひずみゲージの構造

半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサでは、ダイアフラムの表面に半導体ひずみゲージを形成しています。一般的には、4か所にゲージを配置し、ホイートストンブリッジ回路を構成します5。

これにより、温度変化の影響を相殺しつつ、圧力によるダイアフラムの変形を高感度に検出することができます4。

4.3 静電容量式圧力センサの構造

静電容量式圧力センサは、固定電極と可動電極（ダイアフラム）の間に形成される静電容量の変化を利用します。圧力によってダイアフラムが変形すると、電極間の距離が変化し、それに伴って静電容量も変化します4。

この変化を電気回路で検出し、圧力値に変換します。静電容量式は高感度であり、微小圧力の測定に適しています3。

4.4 圧電素子式圧力センサの構造

圧電素子式圧力センサは、圧電体（水晶やチタン酸ジルコン酸鉛など）に直接圧力を加えるか、ダイアフラムなどを介して間接的に圧力を加える構造となっています12。

圧力によって圧電体に発生する電荷を検出する「電荷出力型（PE）」と、内蔵アンプによって電圧信号に変換する「電圧出力型（IEPE）」の2種類があります12。

4.5 MEMS圧力センサの構造

MEMS圧力センサは、シリコンチップ上に微細加工技術を用いてダイアフラムや検出素子を形成しています。一般的には2～3mm程度の小さなパッケージに実装されます3。

MEMSチップの薄膜（ダイヤフラム）上に、ピエゾ抵抗が配置されブリッジ回路を形成しているものが多いですが、静電容量式のMEMSセンサも存在します14。

5. 圧力センサの出力

圧力センサからの出力信号には様々な形式があります。用途や接続する機器に応じて適切な出力形式のセンサを選択する必要があります。

5.1 アナログ出力

5.1.1 電圧出力

電圧出力は、圧力に比例した電圧値（例：1～5V DC、0～5V DCなど）を出力します。配線が簡単で、多くの計測機器と直接接続できるという利点があります8 15。

例えば、0～100kPaの圧力範囲で1～5V出力のセンサの場合、0kPaで1V、50kPaで3V、100kPaで5Vのように、圧力に比例した電圧が出力されます。

5.1.2 電流出力

電流出力は、圧力に比例した電流値（例：4～20mA DC）を出力します。工業用途では電流出力が広く使用されており、長距離伝送に適しています8 15。

例えば、0～100kPaの圧力範囲で4～20mA出力のセンサの場合、0kPaで4mA、50kPaで12mA、100kPaで20mAのように、圧力に比例した電流が出力されます。

5.2 デジタル出力

5.2.1 シリアル通信出力

SPI（Serial Peripheral Interface）やI²C（Inter-Integrated Circuit）などのシリアル通信プロトコルを使用して、デジタル信号で圧力値を出力します。マイコンやコンピュータとの接続に適しています14。

デジタル出力の利点は、アナログ信号のようなノイズの影響を受けにくく、高精度な値を伝送できることです。また、一つの通信ラインで複数のセンサを接続できる場合もあります。

5.3 スイッチ出力

設定した閾値（しきい値）を超えたことを検知し、スイッチ信号（ON/OFF）を出力します。圧力スイッチとも呼ばれ、特定の圧力に達したかどうかを監視するのに適しています15。

例えば、機械の保護のために圧力が一定値を超えるとアラームを作動させたり、ポンプを停止させたりするような用途に使われます。

5.4 特殊な出力

5.4.1 電荷出力（PE型圧電式センサ）

圧電素子を使用したセンサのうち、外部にチャージアンプを必要とするタイプは、圧力変化に応じた電荷信号を出力します。感度は単位圧力あたりのピコクーロン（pC/bar、pC/psiなど）で表されます12。

電荷出力型は、準静的圧力測定や極端な温度環境での使用に適していますが、特殊な低ノイズケーブルを必要とします12。

5.4.2 電圧出力（IEPE型圧電式センサ）

内蔵アンプを持つ圧電式センサは、圧力変化に応じた電圧信号を出力します。感度は単位圧力あたりのミリボルト（mV/bar、mV/psiなど）で表されます12。

電圧出力型は標準的なケーブルが使用でき、取り扱いが容易ですが、温度範囲や測定範囲に制限があります12。

6. 圧力センサの利用用途・利用分野

圧力センサは様々な産業分野で活用されています。以下では、主な利用分野と具体的な用途について説明します。

6.1 自動車産業

自動車産業では、以下のような場面で圧力センサが利用されています3：

エンジン制御：燃料圧力、排気圧力、吸気圧力などの測定により、エンジンの効率や排出ガスを制御
ブレーキシステム：油圧ブレーキの圧力監視や異常検知
タイヤ空気圧モニタリング：適正空気圧の維持による燃費向上と安全性確保
エアバッグシステム：衝突時の圧力変化を検知してエアバッグを作動

例えば、現代の自動車エンジンでは、コモンレール式燃料噴射装置の高圧燃料圧力を正確に測定するために、高精度の圧力センサが不可欠となっています20。

6.2 医療機器

医療分野では、精度、信頼性、安定性、サイズなど、他の業界に比べてより高い要件が圧力センサに課せられます3：

血圧計：カフ圧の測定
人工呼吸器：患者への適切な空気圧制御
点滴装置：適切な流量制御
医療用カテーテル：血管内圧の測定
透析装置：透析液や血液の圧力監視

例えば、血圧計では腕を締める圧力を測りながら、脈動による圧力変化の有無を検知するため、高精度の圧力センサが使用されています7。

6.3 産業機器

産業分野では多様な用途で圧力センサが活用されています：

空調・冷凍装置：冷媒圧力の監視や制御
油圧・空圧機器：作動油や圧縮空気の圧力制御
工業プロセス：各種タンクやパイプラインの圧力監視
半導体製造：ガス供給ラインやチャンバーの圧力制御

例えば、半導体製造工程では、微小な圧力変化を高精度に制御するために、特殊な圧力センサが使用されています14。

6.4 環境・気象観測

環境や気象の観測にも圧力センサは欠かせません：

気象観測：大気圧の測定による天候予測
高度計：気圧変化から高度を算出
水位計：液体の圧力から水位を測定
環境モニタリング：大気汚染物質の圧力測定

例えば、スマートフォンに内蔵された気圧センサは、高度計としても機能し、フィットネスアプリなどで階段の上り下りを検出するのに利用されています7。

6.5 食品・薬品産業

食品や薬品の製造過程では、衛生管理が重要なため、特殊な圧力センサが使用されます：

殺菌処理：滅菌プロセスの圧力管理
発酵タンク：発酵過程の圧力監視
充填機：適切な充填圧力の制御
真空パッケージ：包装内の真空度チェック

例えば、サニタリ圧力センサは、食品・飲料向けに封入液レスのタイプが開発されており、SIP（蒸気殺菌）やCIP（定置洗浄）に対応するため、高温仕様になっています9。

6.6 安全機器・防災設備

安全確保や防災のためにも圧力センサは重要な役割を果たします：

消火設備：消火剤の供給圧力監視
ガス漏れ検知：微小な圧力変化の検出
構造物の荷重監視：建物や橋の圧力分布測定
セキュリティシステム：圧力変化による侵入検知

例えば、ガスメーターでは漏れ検知や異常圧検知のために高感度の圧力センサが採用されています14。

7. 圧力センサの仕様・性能

圧力センサを選定する際には、様々な仕様や性能指標を理解することが重要です。ここでは主要な性能パラメータについて説明します。

7.1 測定範囲

圧力センサが測定できる圧力の最小値と最大値を示します。例えば、「0～100kPa」、「-100～100kPa」などと表記されます。測定対象の圧力範囲に適したセンサを選ぶ必要があります8。

横河電機の小形圧力センサの例では、測定範囲は-10k～10kPaの微圧から0～35MPaの高圧まで多岐にわたります8。適切な測定範囲のセンサを選ばないと、測定誤差が大きくなったり、センサが破損したりする可能性があります。

7.2 精度

センサの測定値が実際の圧力値にどれだけ近いかを示す指標です。通常は「フルスケールに対する誤差の割合（% of F.S.）」として表されます8。

例えば、「±0.25% of F.S.」という精度のセンサで、測定範囲が0～100kPaの場合、誤差は最大で±0.25kPaとなります。高精度が要求される用途では±0.1%以下の精度を持つセンサが使用されます8。

7.3 分解能

センサが検出できる最小の圧力変化を示します。例えば、「3.3Pa（0.025mmHg）」のように表記されます14。

高い分解能は微小な圧力変化の検出に重要です。例えば、微圧センサでは従来の圧力センサの圧力測定誤差が±266Paに対し、±40Paとより高い精度での測定が可能になっています14。

7.4 温度特性

温度変化によるセンサ出力への影響を示します。主に「ゼロ点の温度係数」と「スパンの温度係数」があります8。

例えば、「温度特性（ゼロ点）±0.03% of span/°C」という仕様は、1°Cの温度変化に対して出力のゼロ点が測定スパンの±0.03%変動することを意味します。温度変化の大きい環境ではこの特性が重要となります8。

7.5 応答速度

圧力変化に対してセンサが応答する速さを示します。一般的には、ステップ状の圧力変化に対して出力が最終値の63%に達するまでの時間（時定数）で表されます。

応答速度が重要となるのは、エアバッグシステムや爆発圧などの瞬間的な圧力変化を測定する場合です。圧電素子方式のセンサは特に高速応答性に優れています12。

7.6 許容過大圧

センサが破損せずに耐えられる最大の圧力を示します。測定範囲の上限を超える圧力が一時的にかかっても、センサが破損しない余裕度を表します8。

例えば、測定範囲0～200kPaのセンサで、許容過大圧が800kPaの場合、一時的に800kPaまでの圧力がかかっても破損しないことを意味します8。

7.7 耐環境性能

7.7.1 動作温度範囲

センサが正常に動作する温度の範囲を示します。例えば「-25～75°C」のように表記されます8。

7.7.2 防水・防塵性能

IPコード（International Protection Code）で表される防水・防塵性能。例えば「IP67」は防塵性と一時的な水没に耐える能力を示します8。

7.7.3 耐薬品性

測定対象の流体に含まれる化学物質に対する耐性を示します。特に腐食性のある流体を測定する場合に重要です。

8. 圧力センサの選定方法

適切な圧力センサを選定するためには、以下の要素を考慮する必要があります。

8.1 圧力の種類とレンジ

まず、測定したい圧力の種類（ゲージ圧、絶対圧、差圧）と測定範囲を確認します。測定範囲は実際に測定したい範囲の1.5～2倍程度の余裕を持たせるのが一般的です9。

例えば、通常0～50kPaの範囲で使用する場合、0～100kPaくらいの測定範囲を持つセンサを選ぶと、一時的な圧力上昇にも対応できます。

8.2 測定対象の種類

測定対象が気体か液体か、また腐食性や爆発性の有無によってセンサの材質や構造を選定します9。

例えば、腐食性の強い液体を測定する場合は、接液部にハステロイなどの耐食性材料を使用したセンサが必要です。食品や医薬品を扱う場合は、サニタリ仕様のセンサが適しています。

8.3 出力信号の種類

接続する機器やシステムに合わせて、適切な出力信号（4-20mA、1-5V、デジタル信号など）を選びます9。

例えば、長距離伝送が必要な工場内では4-20mAの電流出力が適しており、マイコンと直接接続する場合はSPIやI²Cなどのデジタル出力が便利です。

8.4 環境条件

使用環境の温度範囲、振動、衝撃、電磁ノイズなどの条件を考慮して、適切な保護等級と性能を持つセンサを選びます9。

例えば、屋外で使用する場合は防水性能（IP67以上）が必要であり、温度変化の激しい場所では温度特性の優れたセンサを選ぶべきです。

8.5 機械的接続方法

取り付け方法（ねじ込み式、フランジ式、サニタリクランプなど）と接続サイズを確認します9。

例えば、日本では主にRcやG（管用平行ねじ）、NPT（管用テーパねじ）などが使用されており、用途に応じて適切なものを選ぶ必要があります。

8.6 必要な性能仕様

精度、分解能、応答速度など、用途に応じて必要な性能を検討します9。

例えば、プロセス制御では通常±0.5%程度の精度で十分ですが、標準器として使用する場合は±0.1%以下の高精度が求められます。

8.7 コストと信頼性のバランス

予算内で最適な性能と信頼性を持つセンサを選ぶことが重要です。低コストのセンサは初期投資は少なくて済みますが、精度や耐久性に問題があると、長期的にはより高いコストがかかる可能性があります。

例えば、重要なプロセスでは信頼性の高いセンサを選び、そうでない用途では経済的なセンサを使用するといった使い分けが必要です。

9. 圧力センサの使い方

圧力センサを正しく使用するためには、適切な取り付け、配線、設定が必要です。ここでは、圧力センサの基本的な使い方について説明します。

9.1 取り付け方法

9.1.1 取り付け位置の選定

圧力センサは、測定対象の圧力を正確に捉えられる場所に取り付けます。また、メンテナンスのしやすさも考慮する必要があります。

例えば、配管の圧力を測定する場合、曲がり部分の直後は乱流が発生するため避け、直線部分に取り付けるのが望ましいです。

9.1.2 取り付け向き

センサの種類によっては、取り付け方向が性能に影響する場合があります。特に液体を測定する場合、気泡の影響を避けるために上向きではなく横向きや下向きに取り付けることが推奨されます。

9.1.3 シール材の使用

ねじ込み型のセンサを取り付ける際は、適切なシール材（テフロンテープ、Oリングなど）を使用して漏れを防止します。ただし、シール材が測定孔を塞がないように注意が必要です。

9.2 配線方法

9.2.1 電源の接続

圧力センサには適切な電源電圧を供給する必要があります。一般的には、DC24V、DC12V、DC5Vなどが使用されます。電源の極性を間違えると、センサが故障する恐れがあるので注意が必要です。

9.2.2 出力信号の接続

出力信号のタイプに応じた正しい接続を行います：

電圧出力（1-5V、0-5V等）：高入力インピーダンスの計測機器に接続
電流出力（4-20mA）：適切な負荷抵抗（通常250Ω～500Ω）を接続
デジタル出力（SPI、I²C等）：適切な通信プロトコルで接続

9.2.3 ノイズ対策

工場など電気的ノイズの多い環境では、シールド線の使用や適切な接地を行うことが重要です。特に長距離配線の場合、ノイズの影響を受けやすいので注意が必要です。

電圧出力よりも電流出力の方がノイズの影響を受けにくいという特徴があります。

9.3 校正と調整

9.3.1 初期校正

多くの圧力センサは出荷時に校正されていますが、長期間使用する場合や高精度が要求される用途では、定期的な校正が必要です。校正には標準圧力源と比較する方法が一般的です。

9.3.2 ゼロ点調整

多くのセンサにはゼロ点調整機能があり、圧力をかけない状態で出力を調整できます。例えば、ゲージ圧センサの場合、大気開放状態で出力が4mAや1Vになるように調整します。

9.3.3 スパン調整

スパン調整は、センサの感度を調整するもので、定格圧力をかけたときに出力が正しい値（例：20mAや5V）になるように調整します。

9.4 データ処理

9.4.1 信号変換

センサからの出力信号を実際の圧力値に変換するには、変換式を使用します。
例えば、4-20mA出力の0-100kPaセンサの場合：
圧力[kPa] = (測定電流[mA] - 4) × 100 ÷ 16

9.4.2 フィルタリング

圧力信号にノイズや一時的な変動がある場合、移動平均や低域通過フィルタなどの手法でデータを平滑化することができます。

9.4.3 異常値の検出

センサの故障や配管の異常を早期に発見するため、出力値の監視と異常値の検出を行うことが重要です。例えば、急激な圧力変化や範囲外の値が検出された場合にアラームを発する仕組みを設けます。

10. 圧力センサ使用上の注意点

圧力センサを長期間安定して使用するためには、以下の注意点に留意する必要があります。

10.1 過負荷の防止

10.1.1 許容過大圧の遵守

センサの許容過大圧を超える圧力をかけないよう注意が必要です。過大な圧力はセンサのダイアフラムを変形させ、特性の変化や故障の原因となります8。

例えば、ウォーターハンマー（水撃作用）のような急激な圧力上昇が発生する可能性がある場合は、スナバ（圧力緩衝装置）を設置するなどの対策が必要です。

10.1.2 圧力変動への対応

急激な圧力変動がある場合は、オリフィスやスナバーなどを使って変動を緩和することが効果的です。

10.2 環境条件への配慮

10.2.1 温度の影響

多くの圧力センサは温度によって特性が変化します。動作温度範囲内で使用することはもちろん、急激な温度変化も避けるべきです8。

温度による誤差が問題となる場合は、温度補償機能を持つセンサを選択するか、外部で温度補償を行う必要があります。

10.2.2 振動・衝撃の影響

強い振動や衝撃はセンサの特性に影響を与えたり、内部構造を損傷させたりする可能性があります。特に圧電素子方式のセンサは振動に敏感です3。

振動の多い環境では、センサを柔軟に固定したり、振動吸収材を使用したりするなどの対策が必要です。

10.2.3 電磁ノイズの影響

強い電磁ノイズがある環境では、シールドケーブルの使用や適切な接地、フィルタの設置などが重要です。特に電圧出力タイプのセンサはノイズの影響を受けやすいです。

10.3 測定対象物への配慮

10.3.1 腐食性物質への対応

測定対象に腐食性物質が含まれる場合は、それに耐える材質のセンサを選ぶか、ダイアフラムシールなどを使用して直接接触を避ける必要があります9。

例えば、強酸性の液体を測定する場合は、接液部にハステロイなどの耐食性材料を使用したセンサが適しています。

10.3.2 粘性物質・固形物への対応

粘性の高い物質や固形物を含む流体を測定する場合、センサポートの詰まりや汚れによる誤差が生じる可能性があります。

このような場合は、フラッシュダイアフラム型のセンサを使用したり、定期的な洗浄・メンテナンスを行ったりすることが重要です。

10.4 メンテナンスと定期点検

10.4.1 定期校正

長期間使用するセンサは、経年変化によって特性が変わる可能性があります。そのため、定期的な校正を行い、精度を維持することが重要です。

校正の頻度は用途によって異なりますが、一般的には半年から1年に1回程度行います。高精度を要求される用途ではより頻繁な校正が必要です。

10.4.2 洗浄と点検

接液部が汚れると特性が変化することがあるため、定期的な洗浄と点検が必要です。特に食品・医薬品用途では衛生面からも重要です。

10.4.3 交換部品の準備

シール材やOリングなどの消耗品は定期的な交換が必要です。重要なプロセスでは、予備のセンサを用意しておくことも検討すべきです。

10.5 取り付け・取り外し時の注意

10.5.1 適切な工具の使用

センサの取り付け・取り外しには適切な工具を使用し、過度な力をかけないようにします。特に六角部分に無理な力をかけると、センサ内部に応力がかかり特性に影響を与える可能性があります。

10.5.2 シール方法

ねじ部のシールには適切な方法（テフロンテープ、シール剤など）を使用し、漏れを防止します。ただし、シール材が圧力ポートに入り込まないように注意が必要です。

11. まとめ

圧力センサは、気体や液体の圧力を電気信号に変換する重要なデバイスであり、自動車、医療、産業機器など幅広い分野で活用されています。

11.1 圧力センサの発展と重要性

圧力測定の歴史は17世紀のトリチェリの水銀気圧計に始まり、半導体技術の発展とともに1960年代から半導体圧力センサが開発されました2 18 19。現在では、MEMS技術を用いた小型・高性能なセンサが広く普及しています3 14。

圧力センサは様々な機器やシステムの中で重要な役割を果たしており、工業プロセスの制御、安全監視、医療機器、環境計測など、現代社会のインフラを支える不可欠な要素となっています。

11.2 圧力センサの選択の重要性

圧力センサにはピエゾ抵抗式、静電容量式、圧電素子式、光学式など様々な種類があり、それぞれ特徴と適した用途があります3 4。センサの選定には測定範囲、精度、応答速度、耐環境性など多くの要素を考慮する必要があります9。

適切なセンサの選択は測定の精度と信頼性に直結するため、用途に最適なセンサを選ぶことが重要です。コストだけでなく、長期的な安定性や信頼性も考慮に入れるべきです。

11.3 適切な使用方法と注意点

圧力センサを効果的に使用するためには、正しい取り付け方法、配線、校正などの基本的な知識が必要です。また、過負荷の防止、環境条件への配慮、定期的なメンテナンスなど、様々な注意点にも留意する必要があります。

センサの能力を最大限に引き出し、長期間安定して使用するためには、これらの点に注意することが重要です。

11.4 今後の展望

圧力センサ技術は今後も進化し続けると予想されます。小型化、低消費電力化、高精度化、多機能化などが進み、IoT（Internet of Things）時代における重要なセンシングデバイスとしての役割がさらに拡大していくでしょう。

また、人工知能（AI）との組み合わせにより、センサデータからより高度な情報抽出や予測が可能になると考えられます。例えば、圧力パターンの分析による機器の故障予知や、プロセスの最適化などが実現するでしょう。

圧力センサは単なる測定装置から、スマートセンシングシステムの中核へと進化を続けていくと考えられます。