ガスセンサー種類と選択の原則

ガスセンサーは、あるガスの体積分率を対応する電気信号に変換するコンバーターの一種である。

プローブは、通常、不純物や干渉ガスの除去、機器表示部の乾燥や冷却処理など、ガスセンサーを通過するガスサンプルのコンディションを整えます。

ガス成分の情報や濃度などを、人員や機器、コンピューターなどで活用できる情報に変換する装置だ！

ガスセンサーは一般的に化学センサーの一種に分類されるが、この分類は完全に科学的とは言えないかもしれない。

I.ガス・センサーの種類

ガス・センサーの種類を以下に示す：

1.サーモパイルガスセンサー

サーモパイル・ガスセンサは、最も早く開発されたガスセンサのひとつで、二酸化炭素、メタン、酸素など、さまざまなガスを検出することができる。

サーモパイルプローブと回路基板で構成され、サーモパイルプローブがガス濃度を検出し、回路基板がその信号をディスプレイに送信し、ユーザーが検出結果を見ることができる。

2.光学式ガスセンサー

光学式ガスセンサーは最新のガスセンサーの一つで、二酸化炭素、メタン、酸素など様々なガスを検出することができる。

光センサーは、光プローブと回路基板で構成され、光プローブがガス濃度を検出し、回路基板に信号を送信して、ユーザーが検出結果を見ることができる。

3.電気化学ガスセンサー

電気化学式ガスセンサーは、二酸化炭素、メタン、酸素など様々なガスを検出できる一般的なタイプのガスセンサーである。

電気化学プローブと回路基板で構成され、電気化学プローブがガス濃度を検出し、回路基板がその信号をディスプレイに送信し、ユーザーは検出結果を調べることができる。

4.金属ガスセンサー

金属ガスセンサーも一般的なガスセンサーの一種で、二酸化炭素、メタン、酸素などさまざまなガスを検出できる。

金属プローブと回路基板で構成され、金属プローブがガス濃度を検出し、回路基板がその信号をディスプレイに送信し、ユーザーが検出結果を見ることができる。

5.赤外線ガスセンサー

赤外線ガスセンサーは新しいタイプのガスセンサーで、二酸化炭素、メタン、酸素など様々なガスを検出できる。

赤外線プローブと回路基板で構成され、赤外線プローブがガス濃度を検出し、回路基板がその信号をディスプレイに送信し、ユーザーは検出結果を見ることができる。

II.ガスセンサー選択の原則

ガスセンサーは、あるガスの体積分率を対応する電気信号に変換する装置である。以下では、ガスセンサー選択の原理について詳しく紹介する。

1.測定対象と環境からセンサーの種類を決定する

特定の測定タスクのために、まずどのタイプのガスセンサーを使用するかを検討しなければならない。同じ物理量を測定する場合でも、センサーには複数の種類があります。

センサーの適否は、測定範囲の大きさ、測定場所におけるセンサーの体積要件、測定が接触か非接触か、信号出力方法、センサーの供給源、コストなどの要素を含む、測定対象の特性とセンサーの使用条件によって決まる。

これらの要因を考慮した上で、使用するセンサーの種類を決定し、その具体的な性能指標を検討することができる。

2.感度の選択

一般的に、センサーのリニアレンジ内では、感度が高い方が好ましい。感度が高いと、測定変数の変化に対応する出力信号が大きくなり、信号処理が容易になる。

しかし、感度が高いセンサーは、測定に関係のないノイズも拾いやすく、それが増幅されて測定精度に影響することがある。そのため、外界からの外乱を最小限に抑えるためには、センサーのS/N比を高くする必要がある。

センサーの感度には方向性がある。測定対象物が一方向の量で、その方向性が重要な場合、他の方向の感度が低いセンサーを選ぶべきである。

測定対象が多次元ベクトルである場合、交差感度の小さいセンサが好ましい。

3.周波数応答特性

センサーの周波数応答特性は、測定の周波数範囲を決定する。許容周波数範囲内で歪みのない測定状態を維持しなければならない。

実際には、センサーの応答には常に遅延があり、この遅延はできるだけ短いことが望ましい。高周波応答を持つセンサーは、広範囲の信号周波数を測定することができる。

大きな慣性を持つことが多い機械システムの構造特性上、低周波数の信号を測定するには、低周波数のセンサーが適している。

動的測定では、過大な誤差を避けるために、応答特性が信号特性（定常、過渡、ランダムなど）と一致する必要がある。

4.線形範囲

センサーのリニア・レンジとは、出力が入力に比例する範囲を指す。理論的には、この範囲内では感度は一定です。リニアレンジが広いほど測定範囲が広くなり、一定の測定精度が保証されます。

センサーを選択する際には、まずそのタイプが決まったら、そのレンジが要件を満たしているかどうかをチェックする必要がある。

しかし現実には、どのセンサーも優れた直線性を保証することはできず、直線性は相対的なものである。

要求される測定精度が比較的低い場合、ある範囲内であれば、小さな非線形誤差を持つセンサーを線形と近似することができ、測定プロセスを大幅に簡素化することができる。

5.安定性

安定性とは、センサーの性能を一定期間使用後も変化させずに維持する能力のことである。

センサーの長期安定性に影響を与える要因には、センサー自身の構造だけでなく、使用環境も含まれる。従って、ガスセンサーは良好な安定性を確保するために強い環境適応性を持たなければならない。

センサーを選択する前に、その使用環境を調査し、適切なセンサーを選択するか、その環境に基づいて環境の影響を低減するための適切な対策を講じる必要がある。センサーの安定性には定量的な指標がある。

使用期間を超過した場合は、使用前にセンサーの再校正を行い、性能の変化を判断する必要がある。

センサーを長期間使用する必要があり、簡単に交換や校正ができない状況では、選択するセンサーはより厳しい安定性要件を備え、長期間のテストに耐えられるものでなければならない。

6.精度

精度はセンサーの重要な性能指標であり、測定システム全体の測定精度に影響を与える重要な要素である。センサーの精度が高ければ高いほど、その価格は高くなります。

したがって、センサーの精度は測定システム全体の精度要件を満たせばよく、過度に高い精度を選択する必要はない。

こうすることで、同じ測定目的を満たせる多くのセンサーの中から、より安価でシンプルなセンサーを選ぶことができる。

測定目的が定性分析であれば、再現性の高いセンサーを選ぶべきであり、定量精度に優れたセンサーを選ぶ必要はない。

定量分析を目的とし、正確な測定値が必要な場合は、その要求を満たす精度レベルのセンサーを選択すべきである。