赤外線センサーによる温度測定｜活用メリットと産業用途を解説

食品加工や製造業、医療分野など、さまざまな業界で求められる「正確な温度管理」。近年、その方法として赤外線センサーの活用が広がっています。

赤外線を利用することで、非接触かつ瞬時に温度を測定できるこの技術は、どのような原理で動作し、どのようなメリットをもたらすのでしょうか？

本記事では、赤外線センサーの仕組みや具体的な活用事例を通じて、最新の温度測定技術についてご紹介します。

赤外線センサーを活用した温度測定の原理

赤外線センサーは、物体から放射される赤外線を検出し、その強度から物体の温度を算出する仕組みです。

すべての物体はその温度に応じて赤外線を放射します。温度が高い物体ほど多くの赤外線を放射し、逆に低い物体ほど少ない赤外線を放射します。この特性を利用し、赤外線センサーは非接触で温度を測定できます。

赤外線センサーを活用した温度測定の仕組み

赤外線センサーは、物体が放射する赤外線エネルギーを検出し、温度を算出する仕組みを持っています。非接触で温度測定が可能で、その基本的なプロセスは以下の3つのステップで構成されます。

• 赤外線の受信
  すべての物体は、温度に応じた赤外線（熱エネルギー）を放射しています。センサーは、この赤外線を「検出素子（サーモパイルや熱電対など）」で受信します。物体の温度が高いほど、放射される赤外線の量も多くなります。
• 信号の変換
  センサーが受け取った赤外線のエネルギーは、検出素子によって電気信号に変換されます。この信号の強さは、赤外線の量に比例し、物体の温度情報を持っています。
• 温度の算出
  センサーは、変換した電気信号と「放射率」と呼ばれる数値をもとに、対象物の温度を算出します。放射率とは、物体ごとに異なる赤外線の放射特性を示す値で、金属やプラスチック、食品など、材質によって異なります。

赤外線センサーを活用した温度測定のメリット

赤外線センサーを用いた温度測定は、非接触で精度の高い測定が可能なため、多くの産業分野で活用されています。従来の接触型温度センサーと比較して、多くの利点があり、特に高速かつ安全な温度管理が求められる環境で効果を発揮します。

以下に、赤外線センサーを活用した温度測定の主なメリットを紹介します。

非接触での温度測定が可能

赤外線センサーは、物体が放射する赤外線を検出して温度を測定するため、直接触れることなく温度を計測できます。そのため、高温や危険な環境での温度測定が安全に行えます。

例えば、炉や溶接設備、エネルギープラントなどの高温環境にある設備の温度を、安全な距離から測定できるため、作業員が危険なエリアに入る必要がなくなり、安全性が向上します。

また、衛生管理が重要な食品業界や医療分野でも活用されます。汚染リスクを減らし、衛生管理の徹底が可能になります。

高速でリアルタイムな測定が可能

赤外線センサーは、対象物からの放射熱を瞬時に検出し、リアルタイムで温度情報を取得できます。

製造業では、生産ラインの連続した温度管理に役立ちます。プラスチック成形やガラス加工などでは、赤外線センサーを用いて温度を瞬時に測定し、適切な加工条件を維持することで生産効率が向上します。

また、物流や食品加工業界でも、冷蔵・冷凍食品の温度をリアルタイムで監視し、品質の維持に役立ちます。温度異常を即座に検知できるため、品質管理の精度も向上します。

劣化や摩耗が少なく、メンテナンスの手間が減る

赤外線センサーは非接触で温度を測定するため、従来の接触型温度計のように摩耗や汚れが発生しません。このため、設備のメンテナンス頻度を減らし、長期間安定した測定が可能です。特に、連続運転が求められる工場や発電所では、安定稼働を支え、コスト削減に貢献します。

広範囲の温度測定が可能

赤外線センサーは、広範囲の温度分布を可視化できるため、サーモグラフィーを活用して異常発熱を検知することができます。これにより、機械や電気設備の故障を予防し、保守活動に役立ちます。特に製造ラインや電力設備での予防保全に効果的です。

移動する物体の測定

赤外線センサーは、移動する物体の温度をリアルタイムで測定できるため、生産ラインや物流での温度管理に非常に有効です。

例えば、製造業では、流れる製品や部品の温度を瞬時に測定し、加工条件をリアルタイムで調整できます。これにより、品質の安定化とエネルギーの無駄削減が可能です。

物流や食品業界では、冷蔵・冷凍商品の温度を移動中にチェックし、異常を即座に検知できます。これにより、品質を維持しながら効率的な温度管理が実現できます。

産業における赤外線センサーの温度測定用途

赤外線センサーは、温度管理が重要な分野では品質の向上や安全性の確保、効率的な運用に大きく役立っています。以下に、主要な産業での赤外線センサーによる温度測定の用途を詳しくご紹介します。

製造業における温度監視と品質管理

製造業では、製品の温度管理が品質に直結します。特に、プラスチック成形や金属加工、ガラス製造などの工程では、製品の温度を正確に監視することが重要です。

赤外線センサーを使用することで、製品が加工される際にリアルタイムで温度を測定し、適切な加工条件を維持することができます。これにより、製品の品質を均一に保ち、無駄なエネルギーの消費を抑えることができます。

また、赤外線センサーを使用することで、異常な温度変化を即座に検知できるため、製造工程でのトラブルを未然に防ぎ、メンテナンスコストの削減にもつながります。

設備の異常検知と予知保全

赤外線センサーは、設備の異常発熱を検知するためにも使用されます。例えば、モーターやポンプ、ベアリングなどの回転機器は、異常発熱を伴うことが多いため、温度監視が重要です。

赤外線センサーを用いることで、これらの機器が過熱している兆候を早期に発見し、故障を予防することができます。これにより、予知保全（予防的保守）の一環として、設備の故障を未然に防ぐことができ、ダウンタイムを減少させ、全体的な生産性の向上が期待できます。

食品、化学・製薬業界での温度管理

食品、化学・製薬業界では、製品の品質を保つために厳格な温度管理が求められます。赤外線センサーを使用することで、冷蔵庫や冷凍庫内の温度を非接触で測定し、適切な温度帯を維持することができます。

また、製造ラインにおいても、加熱や冷却の工程で温度管理が必要です。これにより、製品の衛生状態を保ちながら、品質の安定性を確保することができます。

倉庫内の温度モニタリング

物流センターや倉庫内でも赤外線センサーは活用されます。大規模な倉庫では、さまざまな商品が保管されており、温度帯の異なる商品を効率的に管理するために、リアルタイムの温度監視が必要です。

赤外線センサーを使用することで、倉庫内の温度分布を可視化し、特に温度に敏感な商品が正しい環境で保管されていることを確認することができます。

環境管理とエネルギー管理

赤外線センサーは、エネルギー消費の監視や環境管理にも役立ちます。建物や施設の断熱性能を評価する際に、赤外線サーモグラフィーを用いて壁や天井の温度分布を可視化できます。

これにより、熱の漏れがある場所を特定し、エネルギー効率を向上させるための改善策を講じることができます。さらに、製造設備やHVAC（暖房、換気、空調）システムの温度監視に赤外線センサーを利用することで、エネルギー消費の最適化を図り、コスト削減に貢献します。

赤外線センサー導入時の温度測定のポイント

赤外線センサーを使用して正確に温度を測定するためには、導入時にいくつかの重要なポイントを押さえておく必要があります。以下の点を考慮することで、測定精度を向上させ、適切な運用が可能になります。

測定対象の温度範囲を理解する

赤外線センサーを導入する際は、測定対象の温度範囲を正確に理解することが重要です。センサーには測定可能な温度範囲があり、対象物の温度がこの範囲を超えると正確な測定ができなくなります。

特に高温や低温の環境で使用する場合は、センサーの仕様を確認し、必要に応じて高温専用や低温専用のセンサーを選定することが大切です。

測定対象の表面特性を考慮する

赤外線センサーは、物体が放射する赤外線を測定するため、対象物の表面特性が影響します。

例えば、反射率の高い金属や鏡面のような表面では、正確な温度測定が難しくなる場合があります。表面の材質や状態を考慮し、必要であれば、表面を適切に処理したり、センサーの設定を調整する必要があります。

設置位置の選定

赤外線センサーの設置位置は、温度測定の精度に大きく影響します。測定対象物の温度を正確に把握するためには、センサーと対象物の距離、角度、視野に注意を払うことが重要です。

適切な設置位置を選ぶことで、誤差を最小限に抑え、より正確な温度管理が可能となります。

環境条件を考慮する

赤外線センサーは、使用環境によって性能が影響を受けることがあります。例えば、湿度が高い、ほこりや煙が多い、強い光源があるなどの環境では、センサーの精度が低下する可能性があります。

特に温度が変動しやすい環境では、センサーが安定して温度を測定できるよう、環境条件に適したセンサーの選定が必要です。

まとめ

赤外線センサーを活用した温度測定は、非接触で高精度な計測が可能なため、多くの産業で効率的に活用されています。特に製造業や食品業界では、品質管理や異常検知において重要な役割を果たしています。

導入時には測定対象の特性や環境条件にも注意を払い、最適なセンサーの選定を行うことで、より精度の高い温度管理が可能になるでしょう。