温度センサとは？用途や種類などの基礎知識を解説

加熱炉や保冷庫の温度管理などを筆頭に、製造業の現場では温度をモニタリングしなければならないケースが多くあります。そのような場合に活躍するのが温度センサです。

温度センサは温度を測る以外にもさまざまな活用方法があり、幅広い分野で利用されています。ここでは温度センサの種類や原理、用途などについて解説していきます。

温度センサとは

温度センサとは物体や液体、気体の温度を測定するものです。センサには電子的なものだけでなく、アルコール温度計のようなアナログな装置も含みます。そのため温度センサは、比較的古くからあるセンサと言えます。

幅広く活用される温度センサ

温度センサは非常に幅広い分野で活用されています。なぜなら温度センサの役割は、ただ温度を測り、その数値を表示するだけではないからです。

例えば、人の体温を検知し、人の有無を判定する人感センサや、過度な熱を検知して知らせる火災や故障の通報機器などにも温度センサが利用されています。また近年では、IoTを活用したビルや施設の環境管理にも温度センサが活用されています。

温度センサの2つの方式。接触型と非接触型

温度センサは大きく2種類に分けられます。接触型と非接触型です。

接触型：対象に接して測るもの

接触型とは、物体や気体などに実際に触れて温度を測るタイプです。古くから使われている水銀やアルコールの温度計もこれに該当します。

温度センサの多くは接触型で、特に気体や液体の温度を測る際には、ほぼ接触型センサが使用されます。
接触型温度センサには、熱電対やバイメタルなどの方式があります。

非接触型：対象に接しないで測るもの

いわゆる赤外線センサです。簡易式の体温チェック機器などとして、近年非常に多く使われています。赤外線以外の方式で計測する非接触型温度センサは、今のところありません。

温度センサの用途

温度センサは、日常的な用途以外にも製造業や研究機関など、非常に多くの場面で使われています。代表的な用途のうちいくつかを紹介します。

製造

製造業の現場においても、温度センサは非常に多く使われます。例えば加熱炉の温度管理や熱処理を行う際の温度管理など、温度の変化によって製品を加工する場面では、品質管理のために温度センサが欠かせません。

他にも、食品などの加工ラインでは、ラインが置かれている工場内の温度を管理し、品質管理を行っています。さらに、熱を発する機械の側で作業者が働かなければならない場合には、作業者の体調や安全管理のためにも作業スペースの温度をセンサで測定し、記録や休憩時間のアラート発信を行います。

輸送機器

自動車をはじめとする輸送機器には、冷却水の温度のチェックの他、駆動部の異常加熱を検知するためにも温度センサが利用されています。私たちが日常的に利用する自動車に搭載されている「水温計」もこの一つです。

輸送機器が異常なく使えるようにし、安全や確実な輸送を守るためにも温度センサが活用されています。

安全、保安

火災予防や人の進入の検知など、安全や保安の目的でも温度センサは活用されています。天井に取り付けた温度センサにより、監視エリア内に高温になっている部位がないかを確認して、火災予防などに役立てるケースもあります。

また同様に、人の体温を検知することで進入防止などにも利用できます。

IoTの推進で注目を集める温度センサ

現在製造業の現場では、IoTやFA、製造業DXがさかんに行われています。このような改革を行うためには、さまざまなセンサが必要です。この流れに伴い、温度センサに対する注目度も上昇しています。

工場やラボの温度管理

SDGsやカーボンニュートラルのためCO2の排出を抑えたり、光熱費削減のため、工場やラボの冷暖房の効率を上げようという動きがあります。

そのためにIoTを活用し、部屋やエリアごとの温度を把握したり、時間や人の出入りによる室温の動きを検知したりするなど、さまざまな場面で温度センサが必要とされています。

このようにして得られたデータを利用し、一律で冷房を強くするのではなく重点的に冷やしたほうがいい場所を把握し、その部分だけを冷やすような工夫を行い、効率を上げます。

冷凍庫など冷却機器の温度管理

冷凍食品を扱う物流の現場など、多くの冷凍庫が使われている場所でも、効率のいい冷却のためにIoTを活用する動きがあります。

例えば物品の出入りや外気温が変化するときなど、温度が上がるタイミングを調べ、庫内の温度が変化してから機器をコントロールするのではなく、温度が上がりそうな予兆を察知したときに制御を行ったほうが、効率のいい冷却ができる場合もあります。

このようなケースでは、庫内だけでなく冷凍庫が置かれている室内の温度も検知するなど、多くの温度センサが必要になります。

生産機器の異常検知

生産機器の異常検知の手段として温度センサが使われるケースも少なくありません。

例えば工作機械の潤滑油の温度や昇降機器のギアボックスの温度など、加工や動作に異常があった場合に温度が上昇するものの温度を測定し、異常検知に役立てている現場も多くあります。

このようなケースでは、生産機器の温度センサから得られた情報を、インターネットを介して一元管理できるようにしておき、離れた場所からでも全ての機器の状態が把握できるようにしてあります。

温度センサの種類と原理

温度センサにはさまざまな種類があります。ここでは代表的な種類と、その原理をいくつか紹介します。

熱電対（接触型-電気式）

熱電対とは、2種類の異なる金属の先端を接合したものです。

接合部の温度により、そこに発生する熱起電力が変化するのを利用し、温度を測定します。－200℃から＋1,700℃と幅広い温度が測れるため、加熱炉やギアボックスの油温測定など、工業用途での利用が多いです。

サーミスタ（接触型-電気式）

半導体の温度特性を利用した温度センサです。酸化物半導体の電気抵抗が温度の変化によって大きく変化する性質を利用しています。一般的な範囲の温度測定に適しており、エアコンの温度制御にも利用されます。

バイメタル（接触型-機械式）

熱膨張率が異なる2種類の金属を貼り合わせ、温度の変化によって貼り合わせた板が曲がるのを利用したセンサです。

いわゆるサーモスタットとよばれるもので、電気加熱炉の温度調整など、制御に使う温度センサとして古くから利用されてきました。

赤外線センサ（非接触型）

温度を持った物質は必ず赤外線エネルギーを放出しています。そのため、このエネルギー検出に利用しているのが赤外線センサです。温度センサの中では唯一非接触で測れるのが特徴です。

特定の点だけでなくカメラのように広い範囲の測定もできるのがメリットですが、気体の温度は測れないことや、周囲の温度が高いと影響を受けてしまい正確な測定ができないのがデメリットです。

人感センサや装置全体の温度モニタなどに使用されます。

まとめ

温度センサとは物体や液体、気体の温度を測定するもので、接触型と非接触型の2種類があります。

センサの中では古くから使われており、非常に幅広い分野で使用されています。製造業で加熱炉や現場の温度を管理したり、火災予防や人の進入防止などの安全や保安目的で使われたりすることもあります。

温度センサを活用することで、これまでアナログで管理していた工程をデジタル化できます。遠隔監視やデータ分析などの活用を以て、生産性向上に繋がる可能性があります。

弊社（ASTINA）は、センサを用いたシステム開発を専門としておりますので、現場の効率化をしたいという方がいらっしゃいましたらお気軽にご相談ください。