サーモパイル型赤外線センサー
幅広い分野で必要とされる非接触での温度測定を可能にするサーモパイル型赤外線センサーの基本とサーモパイルの原理を解説します。
商品基礎情報
温度センサーの種類
温度センサーにはさまざまな種類があり測定方式や原理により分類することができます。
以下は主要な温度センサーの分類とそれぞれの原理を示した図になります。
ゼーベック効果とは？
ゼーベック効果は、異なる2種類の導体を接合し、その接合点に温度差を与えると電圧が発生する現象です。この効果は、1821年にエストニアの物理学者トーマス・ゼーベックによって発見されました
温度差の発生：異なる導体の接合点に温度差を与えると、熱エネルギーが電子の移動
を引き起こします。
電圧の生成 ：温度差により、電子が高温側から低温側へ移動し、これにより電圧が
発生します。この電圧はゼーベック係数と温度差の積に比例します。
電流の流れ ：回路が閉じている場合、この電圧により電流が流れます。
サーモパイルのメリット/デメリット
サーモパイルは、医療機器（体温計や熱画像カメラ）、環境モニタリング（気象データ収集）、産業用センサー（工業プロセスの温度管理）など、さまざまな分野で利用されており一般的に以下の特長があります。
- 高感度: 非常に小さな温度差でも電圧を生成するため、感度が高い
- 耐久性: 一般的に耐久性が高く、長期間の使用が可能
- 非接触測定: 物体に触れずに温度を測定できるため、衛生的で安全
また、測定に適さない環境もありサーモパイルの特長を生かした活用が必要になります。以下にメリットとデメリットの簡単な一覧を示します。
赤外線アレイセンサーモジュール SMH-01B11
SMH-01B11は、8×8 画素でエリアの赤外線エネルギーを検知し放射温度に換算して出力できる サーモパイル型赤外線アレイセンサーモジュールです。Si レンズ光学系が実装されており、内蔵するA/D コンバータ付きMCU により、各画素毎の換算放射温度およびセンサーチップ上に搭載されている温度センサーによる環境温度を I2C インタフェースよりディジタル出力します。また、倍率可変プリアンプをセンサーICに内蔵しており、制御ソフトによるオートレンジ切り替えで広い温度範囲の測定が可能です。従来のセンサーと比較し、高感度・広温度範囲対応を特長とし、エアコンや電子レンジなどの家電、防災／セキュリティ機器、介護や見守りなどの医療機器への適用を想定しています。
SMH-01B11 製品仕様
- 画素 ：8×8構成 64画素
- フレーム速度 ：4/2/1 FPS(ソフト切換え)
- 視野角 ：35°
- 計測温度範囲 ：～250℃(25℃環境にて）
- 放射温度分解能 ：±1.5℃
- サイズ(WxLxH) ：15.8×24.8×7.6㎜
- 出力 ：12bitADCによるデジタル出力（I2C）
- 電源電圧 ：5.0V±5%、
- 消費電流 ：8.8mA（typ.）
- 動作温度 ：-20～100℃ (温度特性確認範囲：5～45℃)
- 保存温度 ：-40～100℃
SMH-01B11内部構造
製品の特長
広温度検出範囲（-20℃～250℃）高温からマイナス温度までの検出が可能
全視野角35°
セイコーNPCの赤外線センサーはこんなところで活躍しています
赤外線センサーが、安全で美味しく、便利な電子レンジに貢献
- 食品の温度ムラ解消: 従来の電子レンジでは重量や庫内温度で加熱を制御していたため、食品自体の温度を正確に把握できず加熱ムラが生じていました。赤外線センサーは食品の表面温度を直接測定できるためより正確な温度制御が可能となりムラのない均一な加熱を実現します。
- 安全性の向上: 過剰加熱による事故を防ぐために食品の温度をリアルタイムで監視し適切な加熱時間や温度を制御します。
- 利便性の向上: 複数の食品を同時に加熱する場合でもそれぞれの食品の温度を個別に測定し最適な加熱を可能にします。冷凍食品などのマイナス温度の物でも正確な温度測定が可能なため過剰な加熱を防ぐことができます。
- 衛生面への貢献: 非接触で温度を測定できるため食品を汚染する心配がなく衛生的に使用できます。
- マイクロ波ノイズの影響を軽減: 競合製品よりもマイクロ波ノイズの影響を受けにくくより正確な温度測定が可能になります。
赤外線センサーがより快適で効率的なキッチン環境に貢献します
- 快適な調理環境の実現: 調理状況に応じて適切な風量を自動で調節することで煙やにおいを効果的に排出しキッチン環境を快適に保ちます。風量の過不足による不快感を解消し快適な調理体験を提供します。
- エネルギー効率の向上: 必要な時だけ適切な風量で運転することで無駄なエネルギー消費を抑え省エネに貢献します。
- 安全性と利便性の向上: 非接触型のセンサーを使用することで、安全性を高めます。自動運転により手動での風量調節の手間を省き調理に集中できるようにします。
- ３つのコンロに対応できる： センサーが１つでコンロ全体の温度分布をモニターできるため３つのコンロの調理状態を一度に把握することができます。
赤外線センサーが、電気設備の安全性を高め、保守点検の効率化とコスト削減に貢献
- 電気事故の未然防止: 漏電や過熱による火災などの電気事故を温度異常の早期発見によって防ぎます。電気盤内の温度を広範囲に監視することで異常な温度上昇を検出し事故を未然に防ぎます。
- 点検作業の効率化とコスト削減: 従来のハンディサーモカメラによる定期的な巡回点検に比べてセンサーによる常時監視は手間を大幅に削減します。人手不足による点検頻度の低下を防ぎより高頻度な監視を実現します。熱電対センサーに比べて少ないセンサー数で広範囲の温度を一度に監視できます。
- 安全性の向上: 非接触で温度を測定するため高温箇所に直接触れる必要がなく作業者の安全性を高めます。
- 異常の早期発見: 温度変化に迅速に反応するため異常な温度上昇を早期に検出し迅速な対応を可能にします。競合製品よりも感度が良くより精度の高い温度測定が可能になります。