ひずみゲージ圧力センサー／トランスミッター PT503

ストレインゲージ 圧力センサー \/transmitters は「ひずみ効果」に基づいて開発された圧力測定装置です。その核心的な仕組みは、弾性センシング素子に接着された ストレインゲージ 抵抗体が圧力による機械的変形を抵抗値の変化に変換するものです。この抵抗変化は、信号処理回路を介して標準的な電気信号に変換されます。センサーは圧力信号の検出に特化していますが、トランスミッターは信号の増幅、補償、変換などの機能を統合しており、測定および制御システムに直接接続できます。石油化学、水力発電、産業制御、航空宇宙など多くの産業で広く使用されており、産業用自動化における圧力監視のためのコアデバイスです。

1. コアの特徴と機能

1) 圧力測定の主要特性

• 広範な圧力範囲への適応性 ：絶対圧力、ゲージ圧力、差圧など複数の測定方式に対応し、微小圧力（0–1kPa）から高圧（0–100MPa以上）までの範囲をカバーしています。この高い適応性により、医療機器における低圧監視から産業用油圧システムの高圧測定まで、多様な用途に適しています。
• 高精度および直線性 ：高精度のストレインゲージと最適化された接合プロセスを採用することで、測定精度は±0.05%FS～±0.25%FSに達し、直線性は≤±0.1%FSです。これにより、精密生産や計量の要件を満たすために、微細な圧力変動を正確に捉えることが可能になります。
• 優れた媒体適合性 ：弾性センシング素子は316Lステンレス鋼、チタン合金、ハステロイなどの材料で製造されており、密封構造設計と組み合わさることで、水、油、酸・アルカリ溶液、高温蒸気などの媒体にも対応可能です。腐食による損傷を防ぎます。

2) 主要な機能的性能

• 多種信号出力 ：センサーは通常抵抗信号を出力しますが、トランスミッターはアナログ信号（4-20mA、0-10V、0-5V）およびデジタル信号（RS485-Modbus、HART）をサポートします。これらはPLC、DCSシステム、データロガー、その他の装置に直接接続でき、リアルタイムでのデータ伝送が可能です。
• 全条件補正機能 ：内蔵の温度補正モジュールにより、周囲温度（-40°C～120°C、特殊モデルは200°Cまで可能）が測定精度に与える影響を効果的に補正します。一部のモデルには自動ゼロドリフト補正および非線形補正機能を備え、長期的な安定性をさらに向上させます。
• 干渉防止および保護機能 ：電磁シールド設計を採用しており、産業環境における電磁波放射や電源の電圧変動に耐えられます。保護等級はIP65～IP68に達しており、防塵・防水性能を確保し、鉱山や屋外配管ネットワークなど、湿気、粉塵、振動といった過酷な環境下でも使用可能です。

3) 構造的および使用上の特徴

• 柔軟な設置設計 ：複数の取付方法（ネジ：M20×1.5、G1/2；フランジ；クランプ）に対応。配管や装置の寸法に応じて取付構造をカスタマイズ可能で、大規模な改造は不要です。
• 過負荷および防爆保護 ：突然の圧力変化による損傷を防ぐため、150%～300%FSの過負荷に耐えられます。防爆モデルはEx d II CT6などの規格に準拠しており、石油・化学産業など可燃性・爆発性環境での使用に適しています。
• 追加のスマート機能 ：高級モデルには現場での圧力表示が可能な内蔵LCDディスプレイを備え、リモートキャリブレーションや自己診断機能をサポートしています。一部のモデルでは、モバイルアプリやクラウドプラットフォームを通じてパラメータ設定やデータ監視が可能です。

2. 解決される主要産業課題

圧力測定の場面では、従来の圧力計器（例：機械式圧力計、基本的なセンサー）は「測定精度が低い、適応性に欠ける、統合が困難、メンテナンスが煩雑」といった問題を抱えがちです。ストレインゲージ式圧力センサ／トランスミッタは、特に以下の課題を解決します。

• 複雑な使用条件への適応 ：高温、高圧、または強腐食性媒体（例：化学反応器内の高温圧力監視）において、従来の計器が損傷しやすく寿命が短いという問題を解決し、装置故障による生産停止を防止します。
• 圧力測定精度の不足 ：機械式計器（例えば、精密油圧システムにおける圧力制御）の大きな読み取り誤差や遅い動的応答という課題を解決し、プロセス要件内の圧力安定性を確保し、 製品 合格率を向上させます。
• 自動化統合の障壁 従来のセンサーと現代の計測・制御システムとの間の信号非互換性を解決します。トランスミッターの標準化された信号は産業用オートメーションネットワークに直接統合可能で、生産プロセスのデジタル化アップグレードを支援します。
• 環境干渉の影響 温度ドリフトや電磁干渉（例：製鉄工場での高温圧力監視）によって引き起こされる計測データの歪みを軽減し、複雑な環境下でも安定した信頼性の高いデータを確保します。
• 運用および保守コストが高い 従来の計測器の頻繁な校正や交換を削減します。長寿命（MTBF ≥80,000時間）とメンテナンスフリー設計により、装置交換コストや労務費を低減します。

3. ユーザーエクスペリエンスのポイント

• 設置およびデバッグが容易 標準化されたインターフェースと汎用的な設置方法により、15～30分以内に設置が完了します。デバッグ時のゼロ点およびレンジ校正も簡単で、特別な技能を必要としないため、技術的ハードルが低くなります。
• 直感的なデータ取得 ：ディスプレイ付きヘッドを備えたモデルは、制御システムに依存せずに現場でリアルタイムに読み取りが可能です。デジタル信号モデルはリモートデータ伝送をサポートしており、管理担当者が制御室やモバイル端末を通じて監視を行うことを容易にします。
• 安心の長期使用 ：優れた安定性により、年間ドリフトを≤±0.1%FSに抑え、頻繁なキャリブレーションが不要です。自己診断機能により、装置の状態（例：過負荷、回路障害）をリアルタイムでフィードバックし、予知保全を簡素化します。
• 合理的なコスト管理 ：成熟した生産プロセスにより調達コストを削減し、圧電式や静電容量式の圧力装置よりも費用対効果に優れています。長寿命かつメンテナンスが少ないため、ライフサイクルコストもさらに低減されます。
• 高いシステム互換性 ：シーメンス、三菱、ロックウェルなどの主要ブランドのPLCやDCSシステムと追加の信号コンバーターなしでシームレスに接続可能で、統合コストを削減します。

4. 典型的な適用シナリオ

1) 工業制御分野

• 油圧および空気圧システム 油圧ポンプの吐出圧力およびシリンダーの作動圧力を監視し（例えば、射出成形機の油圧システムにおける圧力制御）、安定した成形を確保し、バリやショートショットなどの欠陥を防止します。
• 化学製品の生産 : 反応器や蒸留塔における圧力監視および制御に使用（例：アンモニア合成反応器における高圧監視）。安全弁と連動して過圧保護を行い、生産の安全性を確保します。

2) エネルギーおよび電力分野

• 石油とガス : 油井の井口およびパイプラインの圧力を監視（例：原油パイプラインの圧力監視）し、漏れや閉塞を検出し、輸送の安全性を守ります。
• 発電 : ボイラーの蒸気圧およびタービンの油圧を監視（例：火力発電所ボイラーにおける高温蒸気圧制御）し、発電設備の安定運転を確保します。

3) 水利および都市開発分野

• 給水システム ：給水パイプラインおよび二次給水設備の圧力を監視し（例：団地内の二次給水における圧力制御）、配管の破裂（高圧）や給水不足（低圧）を防止する。
• 廃水処理 ：下水ポンプおよび反応槽の圧力を監視し（例：下水揚程ポンプ吐出側の圧力監視）、下水の円滑な輸送を確保し、機器の過負荷を回避する。

4) 医療および日常生活分野

• 医療機器 ：人工呼吸器における気道圧監視や注射ポンプにおける圧力制御（例：集中治療室（ICU）の人工呼吸器における圧力監視）に使用され、患者のニーズに合った気流を確保し、治療の安全性を保つ。
• 食品加工 ：食品殺菌釜における圧力および温度を監視し（例：缶詰殺菌時の圧力制御）、殺菌効果を確保するとともに、包装材の損傷を防ぐ。

5）航空宇宙および軍事分野

• 航空機器 : 戦闘機の油圧アクチュエーターの圧力監視など、航空機の油圧システムや燃料パイプラインの圧力を監視し、飛行中の安定した制御を確保します。
• 軍事試験 : 武器試験における圧力測定（例えば、砲撃時の銃腔内圧力測定）に使用され、装備の性能最適化に向けた正確なデータを提供します。

要約

ひずみゲージ式圧力センサー／トランスミッターは、「高精度、信頼性、優れた適応性、高いコストパフォーマンス」という核心的競争力を備え、多様な場面における圧力測定の課題を解決することで、産業オートメーション分野や人々の生活に関わる分野で欠かせない装置となっています。基本的な圧力検出から、知能化された信号伝送、リモートモニタリングに至るまで、その機能は生産の安全性と製品品質を確保するだけでなく、産業全体のデジタル化・知能化のアップグレードを推進し、効率的な生産活動と利便性の高い日常生活に強固なサポートを提供しています。（出自：飛書ナレッジQ&A｜ https://ask.feishu.cn）