圧力センサ Strain Gauge/Bourdon/Rosemount 1850-2026（あつりょくセンサー）
Pressure Sensor 圧力センサ 1850-2026 (差別化: 産業計測装置軸)。Eugène Bourdon フランス 1849 Bourdon Tube圧力計 (湾曲管+指針・Industrial Standard Mechanical Gauge・現在Wika+Ashcroft+ノラ社・¥¥¥/¥3K-¥¥¥¥/¥30K)・Strain Gauge ひずみゲージ 1856 Lord Kelvin (Wire Resistance変化発見・実用化1938 Edward Simmons+Arthur Ruge MIT・Foil Strain Gauge・国産共和電業+東京測振)・Piezoresistive 圧抵抗式 (Si Diaphragm+Diffused Resistor・Honeywell+Bosch+TE Connectivity・Industry Standard)・Capacitive Diaphragm (Variable Capacitance・高精度0.05%FS・Setra+MKS Instruments)・Piezoelectric (PZT結晶・動的圧力Dynamic・Kistler 1957 Switzerland+Brüel & Kjær+Endevco・Industry Top)・Resonant Quartz (高精度Reference Standard・Paroscientific+Mensor)・Type: Absolute絶対圧 (vs真空)+Gauge圧ゲージ (vs大気)+Differential差圧+Sealed密封Reference・Range: 1Pa-10000bar+/-1000kPa・Accuracy: 0.01%FS Best+0.1%FS Industrial+1%FS Commercial・Output: mV/V Strain Gauge+4-20mA Industrial Loop+0-5V/0-10V+Digital RS-485+HART+Foundation Fieldbus+Profibus+CAN・Brand: Honeywell USA 1906 (Industrial Top・PX2+TruStability)・Rosemount Emerson Process Management 1956 (Process Industrial Top・3051+2088 SMART・Coplanar)・Yokogawa 1915 国産 (DPharp EJX+EJA Series Differential Pressure)・Endress+Hauser Switzerland 1953 (Cerabar+Deltabar)・Wika Germany 1946+Ashcroft USA 1852+Setra USA 1967+SMC日本 SMC Pneumatics・Sensata+ABB+Siemens+Emerson+Yokogawa・MEMS Pressure Sensor (Bosch BMP180/280/388 大気圧+Sensirion SDP3x Differential・Mobile/Wearable・¥0.50-¥10/個)・Industrial: Boiler+Pipeline+Hydraulic+Pneumatic+Bag Filter ΔP・Auto: Tire TPMS+Manifold+Brake System+Common Rail Diesel・Medical: Blood Pressure+Ventilator+Infusion Pump・¥10-¥¥¥¥¥¥¥/Industry Yokogawa EJX ¥300K、2026年Honeywell+Rosemount+Yokogawa+Endress+Wika+Setra主流・MEMS急成長Mobile+Wearable統合。
概要
圧力センサは、工業プロセス、医療機器、モビリティ、航空宇宙など多岐にわたる分野で不可欠な計測機器です。1850年代にフランスのEugène Bourdonが開発したBourdon tube（湾曲管）から始まり、20世紀に入ってからはひずみゲージ（Strain Gauge）や圧電・ピエゾ抵抗式、キャパシタ式、MEMS（微小機械式）といった多様な原理が実用化されました。現在では、産業用絶対圧、差圧、ゲージ圧、密封型リファレンスなど、用途に応じた多種多様な型式が市場に存在します。
主な特徴・仕組み
| 原理 | 代表的な構造 | 主なメリット | 主なデメリット |
|---|---|---|---|
| Bourdon tube | 直線管が圧力により湾曲 | 高い耐久性、長寿命 | 低圧域での感度が低い |
| ひずみゲージ | フィルムまたはワイヤに抵抗変化 | 高感度、広い温度範囲 | 温度補償が必要 |
| ピエゾ抵抗式 | シリコンダイアフラムに抵抗変化 | 高速応答、低ノイズ | 低圧域での精度が低い |
| キャパシタ式 | 可変容量ダイアフラム | 高精度（0.05% FS） | 湿度に敏感 |
| 圧電 | PZT結晶の電荷発生 | 高周波・動的測定に優れる | DC測定不可 |
| MEMS | 微小ダイアフラムと抵抗/キャパシタ | 小型・低コスト | 高圧域での耐久性が課題 |
具体例・対応製品
| 製品名 | 型番 | タイプ | 圧力範囲 | 精度 | 出力 | 最大圧力 | 価格帯 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Honeywell PX2 | PX2‑1000 | 絶対圧 | 0–1000 kPa | 0.01 % FS | 4–20 mA | 1000 kPa | ¥300 K |
| Rosemount 3051 | 3051‑02 | 差圧 | 0–10 bar | 0.02 % FS | 0–10 V | 10 bar | ¥250 K |
| Yokogawa EJX | EJX‑200 | 差圧 | 0–200 kPa | 0.05 % FS | 4–20 mA | 200 kPa | ¥350 K |
| Endress+Hauser Cerabar | CERA‑B | 絶対圧 | 0–500 kPa | 0.02 % FS | 4–20 mA | 500 kPa | ¥280 K |
| Wika 10 | WIK‑10 | 差圧 | 0–10 bar | 0.03 % FS | 4–20 mA | 10 bar | ¥260 K |
| Bosch BMP280 | BMP280 | 大気圧 | 300–1100 hPa | 0.12 % FS | 0–5 V | 1100 hPa | ¥5 K |
| Sensirion SDP3x | SDP3x‑01 | 差圧 | 0–100 Pa | 0.05 % FS | 0–5 V | 100 Pa | ¥8 K |
| Kistler 6000 | 6000‑A | 圧電 | 0–50 kPa | 0.01 % FS | 0–10 V | 50 kPa | ¥400 K |
| Paroscientific Q‑Sensor | Q‑S1 | Resonant Quartz | 0–100 bar | 0.001 % FS | 0–5 V | 100 bar | ¥500 K |
| TE Connectivity TSD‑200 | TSD‑200 | ひずみゲージ | 0–200 kPa | 0.02 % FS | 4–20 mA | 200 kPa | ¥200 K |
数値スペック（抜粋）
- 圧力範囲：1 Pa 〜 10000 bar
- 精度：0.01 % FS（ベスト）
- 出力：4–20 mA、0–10 V、RS‑485、HART、CAN
- 最大圧力：10 bar（差圧）／10000 bar（絶対圧）
- 温度範囲：−40 °C 〜 +125 °C
- 応答速度：1 ms（圧電）／10 ms（ひずみゲージ）
- 連続動作時間：24 h／連続
- 供給電圧：24 V DC
- 計測周波数帯域：0.1 Hz 〜 10 kHz（圧電）
- コスト：¥0.5 K（MEMS）〜¥500 K（高精度Quartz）
選び方・注意点
- 用途別圧力範囲：プロセスラインの圧力が10 barを超える場合はBourdon tubeや高圧絶対圧センサを選択。
- 温度環境：−40 °C以下で使用する場合は温度補償機能付きのひずみゲージやMEMSを検討。
- 応答速度：ダイナミックな圧力変化を計測する場合は圧電センサが適切。
- 通信インタフェース：産業用ネットワーク（HART、CAN）を必要とする場合はデジタル出力付きモデルを選択。
- コストと寿命：長期運用を想定する場合は耐久性の高いBourdon tubeやQuartz Resonant Sensorが有利。
- 電力消費：モバイルやウェアラブル用途ではMEMSセンサの低消費電力が重要。
関連用語との違い
- 圧力計（Pressure Gauge）：アナログ指針式で、主に可視化目的。
- 圧力トランスデューサ（Pressure Transducer）：電気信号に変換し、デジタル出力が可能。
- 圧力センサ（Pressure Sensor）：一般的に電気的出力を持ち、デジタル化が容易。
- 圧力トランスファー（Pressure Transfer）：圧力を別の媒体に転送する装置。
よくある質問 (FAQ)
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Bourdon tubeとひずみゲージの違いは何ですか？
Bourdon tubeは機械的湾曲で圧力を測定し、耐久性が高い一方、低圧域で感度が低く、温度変化に弱いです。ひずみゲージは電気抵抗変化で測定し、温度補償が必要ですが、感度が高く、広い圧力範囲に対応できます。 -
MEMSセンサは高圧環境で使用できますか？
MEMSは小型で低コストですが、一般的に高圧域（>10 bar）では耐久性が不足するため、低圧・中圧用途に限定されることが多いです。高圧環境ではBourdon tubeや高圧絶対圧センサを選択してください。 -
圧電センサはどのような場面で有利ですか？
圧電センサは高速応答と高周波特性が優れており、衝撃・振動計測、ダイナミック圧力測定（例：自動車のブレーキシステム、航空機のエンジン圧力）に適しています。静的圧力測定には不向きです。
まとめ
圧力センサは、原理、構造、用途に応じて多様な選択肢が存在します。1850年代のBourdon tubeから始まり、20世紀に入ってからはひずみゲージ、ピエゾ抵抗式、キャパシタ式、圧電式、MEMSといった技術が発展し、2025–2026年にはデジタル通信の標準化、AIによる自動キャリブレーション、低消費電力化が進展しています。選定時は圧力範囲・温度環境・応答速度・通信要件・コスト・寿命を総合的に評価し、目的に最適なセンサを選ぶことが重要です。