スマホや家電、自動車、空調機器などには、さまざまなセンサーが使われています。
スマホの画面が自動で回転したり、周囲の明るさに合わせて画面が暗くなったりするのも、センサーの働きによるものです。
エアコンでは室温を検知し、バッテリーを使う機器では温度を監視するなど、センサーは身近な場所で使われています。
センサーには多くの種類があり、何を測定するかによって役割が異なります。
この記事では、温度・湿度・圧力・加速度・ジャイロ・光の6種類について、それぞれの仕組みや用途、製品仕様で確認する項目を解説します。
センサーとは何か
センサーとは、周囲の環境や機器の状態を検知し、電気回路が利用できる情報に変える部品や装置です。
温度や湿度、圧力、動き、光などの情報を測定し、電気信号やデジタルデータとして機器へ伝えます。
たとえば、エアコンが設定温度に合わせて冷房を調整する場合、温度センサーが現在の室温を検知します。
その情報を受け取った制御回路が、必要な冷房の強さを決めます。
基本的な流れは次のとおりです。
- 検知： センサーが温度や動きなどを測定する
- 処理： 制御回路が測定結果を読み取る
- 動作： 必要に応じて機器の出力や動作を変える
高温を検知した場合でも、冷却する、出力を下げる、警告するなど、機器によって動作は異なります。
センサーは状態を知るための役割を担い、測定した情報を機器の制御や監視に利用します。
センサーの種類一覧
センサーは、測定する対象によって種類が分かれます。
代表的な6種類を比較すると、次のようになります。
| センサー名 | 測定するもの | 主な用途 |
|---|---|---|
| 温度センサー | 温度 | 空調制御、過熱防止、バッテリー温度管理 |
| 湿度センサー | 空気の湿度 | 加湿・除湿制御、結露対策、環境管理 |
| 圧力センサー | 気体や液体の圧力 | タイヤの空気圧、配管・ポンプの圧力監視 |
| 加速度センサー | 加速度・重力による影響 | 画面回転、歩数計、衝撃・振動検知 |
| ジャイロセンサー | 回転の速さ（角速度） | 手ブレ補正、ゲーム操作、姿勢制御 |
| 光センサー | 明るさや光の強さ | 画面の明るさ調整、自動照明 |
この中で特に混同しやすいのが、加速度センサーとジャイロセンサーです。
加速度センサーは、物体の動きや重力による影響を検知します。ジャイロセンサーが測定するのは、物体が回転する速さです。
どちらもスマホやゲーム機、ドローンなどに使われますが、測定する情報が異なります。
それぞれの特徴を詳しく見ていきます。
温度センサーとは
温度センサーは、周囲や物体の温度を測定するセンサーです。
エアコンの室温管理、スマホやパソコンの過熱監視、バッテリーの温度管理などに使われています。
温度が高くなったときに冷却を強めたり、必要に応じて出力を下げたりするための情報を得られます。
温度センサーの主な種類
温度を測定する方法には、いくつかの種類があります。
| 種類 | 測定の仕組み | 主な特徴 |
|---|---|---|
| サーミスタ | 温度による電気抵抗の変化を利用 | 家電や電子機器などで広く使われる |
| 測温抵抗体（RTD） | 金属の電気抵抗の変化を利用 | 温度の精密な測定に使われる |
| 熱電対 | 異なる金属の組み合わせで生じる熱起電力を利用 | 高温の測定にも使われる |
| 半導体温度センサー | 半導体の温度特性を利用 | ICとして機器に組み込みやすい |
サーミスタは、温度によって抵抗値が変わる部品です。温度を監視する用途で広く利用されています。
測温抵抗体は、主に金属の抵抗値と温度の関係を使って測定します。
熱電対は、異なる金属を組み合わせて生じる電圧を利用する方式です。工業用の温度測定にも使われます。
これらの方式には、測定できる温度範囲や精度、価格などに違いがあります。［1］
温度センサーの仕様で確認すること
温度センサーの仕様では、主に次の項目を確認します。
- 測定温度範囲（℃）：どの温度まで測定できるか
- 測定精度（±℃）：実際の温度との誤差
- 応答時間：温度変化にどれくらいの速さで反応するか
- 設置位置：何の温度を測定しているか
たとえば、測定精度が±0.5℃と指定されている場合は、その誤差が保証される温度範囲や測定条件も確認します。
もう一つ重要なのが、センサーの設置位置です。
同じ機器の内部でも、バッテリー付近と電源回路付近では温度が異なります。
発熱する部品から離れた位置にセンサーがあると、部品自体の温度変化を遅れて検知することもあります。
温度センサーは、測定精度だけでなく、どこの温度を測定しているかも重要です。
湿度センサーとは
湿度センサーは、空気中の湿度を測定するセンサーです。
加湿器や除湿機、エアコン、環境モニター、保管庫などで使われています。
一般的な湿度センサーでは、相対湿度を測定します。
相対湿度は、その温度で空気が含むことのできる水蒸気量に対して、現在どれくらいの水蒸気を含んでいるかを割合で表したものです。
通常は「%RH」と表記します。
湿度センサーの主な種類
代表的な測定方式には、次のようなものがあります。
| 種類 | 測定の仕組み |
|---|---|
| 静電容量式 | 湿度による静電容量の変化を利用する |
| 抵抗式 | 湿度による電気抵抗の変化を利用する |
| 露点式 | 水蒸気が結露し始める温度を測定する |
静電容量式は、小型の電子機器や温湿度センサーに広く使われています。
露点式は、空気中の水蒸気が結露し始める温度を測る方法です。精密な湿度管理などに利用されます。
湿度センサーの仕様で確認すること
湿度センサーでは、測定範囲と精度のほか、応答時間や使用環境を確認します。
たとえば、Sensirionの温湿度センサー「SHT40」には、次の仕様があります。［2］
| 項目 | SHT40の仕様例 |
|---|---|
| 相対湿度測定範囲 | 0〜100%RH |
| 標準相対湿度精度 | ±1.8%RH |
| 湿度の応答時間 | 4秒（τ63%） |
これはSHT40の仕様例であり、すべての湿度センサーに共通する値ではありません。
湿度センサーでは、温度や汚れの影響にも注意が必要です。
相対湿度は温度によって変化します。センサーの周囲が熱くなっている場合などは、測定したい場所との温度差が表示に影響します。
センサー部分への汚れや水滴の付着も、測定結果を変化させる原因になります。
湿度センサーを見るときは、測定範囲・精度に加えて、温度条件と設置場所を確認してください。
圧力センサーとは
圧力センサーは、空気や液体などの圧力を測定するセンサーです。
タイヤの空気圧、ポンプや配管の圧力、水圧や油圧の監視などに使われています。
気圧を測定するセンサーも、圧力センサーの一種です。
圧力センサーの主な種類
圧力の検出には、材料が変形したときの抵抗値や静電容量の変化などを利用します。
代表的な方式には、次のようなものがあります。
| 種類 | 測定の仕組み |
|---|---|
| ピエゾ抵抗式 | 圧力による半導体の抵抗値の変化を利用する |
| 金属ひずみゲージ式 | 圧力による金属部などの変形を抵抗値の変化として測る |
| 静電容量式 | 圧力による電極の間隔などの変化を利用する |
| 圧電式 | 圧力変化によって生じる電荷を利用する |
ピエゾ抵抗式は、ひずみによる抵抗変化を利用する方式の一つです。
圧電式は圧力の変化や振動を測定する用途に適しており、静止した状態の圧力を測り続ける用途では、ほかの方式が使われます。
絶対圧・ゲージ圧・差圧の違い
圧力センサーでは、何を基準に圧力を測るかも重要です。
| 圧力の種類 | 意味 |
|---|---|
| 絶対圧 | 完全な真空を基準にした圧力 |
| ゲージ圧 | 周囲の大気圧を基準にした圧力 |
| 差圧 | 2か所の圧力の差 |
タイヤの空気圧や配管の圧力管理には、ゲージ圧が使われることがあります。
気圧を測定するときは絶対圧が関係し、フィルターの目詰まりなどを調べる場合には差圧が利用されます。
これらの違いは、TE Connectivityの圧力センサー技術資料でも説明されています。［3］
圧力センサーの仕様で確認すること
圧力センサーでは、次の項目を確認します。
- 測定圧力範囲：測定できる圧力の範囲
- 圧力の種類：絶対圧・ゲージ圧・差圧
- 測定精度：測定値の誤差
- 対応する媒体：空気・水・油など
- 応答速度：圧力変化に対する反応の速さ
圧力の単位にはPa（パスカル）、kPa、MPa、barなどがあります。
精度は「%FS」と表記される場合もあります。FSはフルスケールを意味し、指定された測定範囲を基準にした表記です。
圧力センサーには、空気専用のものや、液体にも対応したものがあります。
測定対象が水や油の場合は、測定範囲だけでなく、その液体に使用できるセンサーかも確認する必要があります。
加速度センサーとは
加速度センサーは、物体に加わる加速度を測定するセンサーです。
加速度とは、動く速さや方向が変化する度合いを表すものです。
スマホの画面回転、歩数計、衝撃検知、振動監視などに使われています。
加速度センサーで傾きが分かる理由
加速度センサーは、重力による影響も検知します。
スマホを机の上に置いて傾けると、センサーが検知する重力の方向が、本体の向きに対して変わります。
その情報を使って、機器の傾きを判断できます。
STMicroelectronicsも、3軸加速度センサーによる重力を利用した傾き測定について説明しています。［4］
ただし、加速度センサーが直接測定するのは加速度です。
歩数や傾き、衝撃の有無などは、測定結果を機器側で処理して判断します。
加速度センサーの主な種類
加速度を測定する方法には、静電容量式、ピエゾ抵抗式、圧電式などがあります。
スマホや小型電子機器には、MEMS（微小電気機械システム）を使った加速度センサーが広く採用されています。
MEMSとは、非常に小さな機械構造を半導体製造技術などで作る技術です。
MEMSセンサーの内部にある小さな構造が、加速度によってわずかに動くことを利用して検知します。
MEMSはセンサーの製造・構造に関する分類であり、静電容量式などは検出原理を表しています。
加速度センサーの仕様で確認すること
加速度センサーの測定範囲には、gという単位が使われます。
gは重力加速度を基準にした表記です。
たとえば、Bosch Sensortecの「BMI263」では、加速度の測定範囲を±2gから±16gまで設定できます。［5］
製品仕様では、次の点を確認します。
- 測定加速度範囲（g）
- 測定軸数（1軸・2軸・3軸など）
- 分解能や測定誤差
- データの更新速度
- センサーの取り付け方向
小さな傾きや歩行の動きを測る場合と、強い衝撃を検知する場合では、適切な測定範囲が異なります。
加速度センサーは取り付け方向も重要です。
3軸センサーでは、X・Y・Zの各方向で測定した結果を利用します。機器のどの方向を測定しているかを確認することで、測定値の意味を理解できます。
ジャイロセンサーとは
ジャイロセンサーは、物体が回転する速さを測定するセンサーです。
この回転の速さを「角速度」といいます。
スマホやゲーム機の動作検知、カメラの手ブレ補正、ドローンの姿勢制御などに使われています。
ジャイロセンサーは何を測定する？
スマホを手に持って左右にひねった場合、ジャイロセンサーはどの軸の周りに、どれくらいの速さで回転しているかを測定します。
たとえば、カメラの手ブレ補正では、撮影中の回転方向の揺れを検知するために使われます。
ジャイロセンサーが直接測定するのは角速度であり、回転した角度や現在の向きは、測定結果を使った計算などで求めます。
長時間の角度計算では測定誤差が積み重なるため、ほかのセンサーと組み合わせて補正することもあります。
ジャイロセンサーの主な種類
代表的な方式には、次のようなものがあります。
- 振動式ジャイロ：振動する構造に働く力を利用して回転を検知する
- 光学式ジャイロ：光を利用して回転を検知する
スマホやゲーム機などで使われるMEMSジャイロは、微小な振動構造を利用する振動式ジャイロの一種です。
光学式ジャイロは、高精度な回転検出が求められる装置などに利用されています。
ジャイロセンサーの仕様で確認すること
ジャイロセンサーの測定範囲には、°/s（度毎秒）という単位が使われます。
これは1秒間に何度回転する速さなのかを表します。
Bosch SensortecのBMI263では、角速度の測定範囲を±125°/sから±2000°/sまで設定できます。［5］
主に確認する項目は、次のとおりです。
- 測定角速度範囲（°/s）
- 測定軸数
- 測定誤差やノイズ
- データの更新速度
- 取り付け方向
速い回転を測定する場合は、十分な測定範囲が必要です。
小さな回転の変化を測定する用途では、ノイズや測定誤差も重要になります。
加速度センサーとジャイロセンサーの違い
2つのセンサーの違いは、測定する対象です。
| 比較項目 | 加速度センサー | ジャイロセンサー |
|---|---|---|
| 測定するもの | 加速度 | 角速度 |
| 主な単位 | g、m/s² | °/s |
| 得意な検知 | 動き、重力による傾き、衝撃 | 回転の速さ、回転方向の変化 |
| 主な用途 | 歩数計、画面回転、衝撃検知 | 手ブレ補正、ゲーム操作、姿勢制御 |
加速度センサーは、静止している状態でも重力の影響を検知できるため、傾きの判断に使えます。
ジャイロセンサーは、回転しているときの角速度を測定します。
スマホやドローンなどでは、この2つを組み合わせることで、動きや姿勢をより詳しく把握できます。
Bosch SensortecのBMI263も、加速度センサーとジャイロセンサーを1つの部品にまとめた製品です。［5］
光センサーとは
光センサーは、光の強さや明るさを検知するセンサーです。
スマホの自動輝度調整、照明の自動点灯、光を使った検出装置などに利用されています。
光センサーの種類によって、検出できる光の波長や明るさの範囲が異なります。
光センサーの主な種類
代表的な光検出部品には、次のようなものがあります。
| 種類 | 検出の仕組み |
|---|---|
| フォトダイオード | 光を受けたときに生じる電流を利用する |
| フォトトランジスタ | 光によって変化する電流を利用する |
| CdSフォトレジスタ | 光による抵抗値の変化を利用する |
| フォトIC | 光検出部と信号処理回路などを組み合わせる |
フォトダイオードやフォトトランジスタは、光を電気信号として検出するための部品です。
フォトICには、測定した明るさを数値データとして出力するものもあります。
Vishayは、フォトダイオード型やフォトトランジスタ型など、複数の照度センサーを提供しています。［6］
照度と波長の違い
光センサーの仕様では、照度と波長を区別して確認します。
照度（lx）は、ある面が受ける光の明るさを表すものです。
lxは「ルクス」と読みます。
スマホの画面の明るさを自動調整するような用途では、周囲の照度を測定するセンサーが使われます。
波長（nm）は、光の種類を表すための項目です。
nmは「ナノメートル」と読みます。
センサーには、人の目に見える光を主に検知するものや、赤外線などを検知するものがあります。
光の検出部品がすべて照度をlx単位で出力するわけではなく、用途に応じて光電流やデジタル値などを利用します。
光センサーの仕様で確認すること
主に確認する項目は次のとおりです。
- 検出できる照度範囲（lx）
- 対応する光の波長範囲（nm）
- 光の変化への応答速度
- 光を受ける角度
- 設置位置と遮光の影響
特に重要なのは、センサーに光が正しく届くことです。
スマホのセンサー部分がケースや手で隠れていると、周囲より暗いと判断される場合があります。
また、強い光によって測定範囲の上限に達すると、明るさの変化を正しく測れなくなることがあります。
光センサーでは、検出したい光の種類と、設置した状態で光が届くかを確認してください。
ほかにも使われる身近なセンサー
センサーには、今回紹介した6種類以外にも多くの種類があります。
身近な例には、次のようなものがあります。
| センサー | 主な役割 | 使用例 |
|---|---|---|
| 人感センサー | 人の存在や動きを検知する | 自動照明、防犯機器 |
| 赤外線センサー | 赤外線を利用して状態を検知する | 人感検知、温度分布の測定 |
| 距離・近接センサー | 物体までの距離や接近を検知する | スマホ、ロボット掃除機 |
| 磁気センサー | 磁界の向きや強さを検知する | 電子コンパス、開閉検知 |
人感センサーには、人体から放射される赤外線の変化を検知する方式などがあります。
距離・近接センサーは、物がどれくらい近くにあるかを調べるために使われます。
磁気センサーは、電子コンパスによる方位の判断や、磁石を使った開閉検知などに利用されます。
センサーの種類は用途だけでなく、検出に利用する原理によっても分類されます。
センサーの仕様書で確認する項目
センサーの性能を比較するときは、種類だけでなく測定範囲や精度なども確認します。
特に重要な項目は次のとおりです。
| 仕様項目 | 意味 |
|---|---|
| 測定範囲 | 測定できる値の範囲 |
| 測定精度 | 実際の値との誤差 |
| 分解能 | どれくらい細かい変化を読み取れるか |
| 応答時間 | 変化に反応する速さ |
| 測定軸数 | 加速度や角速度などを測る方向の数 |
| 使用環境条件 | 使用できる温度・湿度などの条件 |
測定範囲と精度は別の項目
測定範囲は、そのセンサーでどこからどこまで測れるかを示します。
測定精度は、実際の値とのずれがどれくらいあるかを示します。
広い範囲を測れるセンサーでも、精度の高い測定が必要な場合は、用途に合った製品を選ぶ必要があります。
分解能と精度の違い
分解能は、どれくらい細かい値を読み取れるかを表すものです。
たとえば、温度を0.1℃刻みで表示できても、実際の温度との誤差が0.1℃以内であるという意味ではありません。
表示の細かさと測定精度は、別々に確認します。
応答時間と更新速度
応答時間は、測定対象が変化したときに、センサーがどれくらいの速さで反応するかを示します。
更新速度は、測定値がどれくらいの間隔で出力されるかを示すものです。
落下検知や手ブレ補正のように速い変化を見る用途では、これらの性能が重要になります。
製品によって応答時間の定義や測定条件が異なるため、比較するときは仕様書の条件も確認してください。
センサーが正しく検知できない主な原因
センサーの測定結果には、取り付け状態や周囲の環境も影響します。
測定値がおかしいときは、次のような点を確認します。
設置位置や向きが合っていない
温度・湿度・圧力センサーでは、測定する場所によって結果が変わります。
加速度・ジャイロセンサーでは、取り付け方向や測定軸の向きが重要です。
測定範囲を超えている
センサーには、それぞれ測定できる範囲があります。
強い衝撃や速い回転、非常に強い光などによって測定範囲を超えると、正確な値を得られなくなることがあります。
汚れや水分、周囲の環境が影響している
光センサーでは、ほこりや遮光によって受ける光の量が変わります。
湿度センサーでは、汚れや水滴の付着が測定に影響することがあります。
温度センサーも、設置位置や周囲の熱の影響を受けます。
振動やノイズ、反応の遅れ
加速度・ジャイロセンサーでは、振動やノイズによって測定結果が変動することがあります。
温度や湿度の測定でも、センサーの応答が遅いと実際の変化に対して測定値が遅れて表示されます。
測定値に問題があるときは、センサー自体の性能だけでなく、設置状態と使用環境をあわせて確認することが重要です。
まとめ
センサーにはさまざまな種類があり、測定する対象によって役割が異なります。
- 温度センサー：温度を測定する
- 湿度センサー：空気の湿度を測定する
- 圧力センサー：気体や液体の圧力を測定する
- 加速度センサー：加速度や重力による影響を測定する
- ジャイロセンサー：回転の速さを測定する
- 光センサー：明るさや光の強さを検知する
センサーが測定した情報は、機器の動作調整や安全監視、状態の表示などに使われます。
同じ種類のセンサーでも、製品によって測定範囲や精度、応答速度などの仕様は異なります。
製品の説明や仕様書を見るときは、何を測定するセンサーなのか、どの機能に利用しているのか、測定性能が用途に合っているかを確認してください。
参考資料
［1］Texas Instruments｜温度測定にはどのような方法があるか
サーミスタ、測温抵抗体、熱電対、半導体温度センサーの特徴を確認。
［2］Sensirion｜SHT40 デジタル温湿度センサー
相対湿度の測定範囲、標準精度、応答時間などの製品仕様を確認。
［3］TE Connectivity｜圧力トランスデューサ FAQ
絶対圧・ゲージ圧・差圧の違いと、圧力センサーの基本的な仕様を確認。
［4］STMicroelectronics｜Tilt measurement using a low-g 3-axis accelerometer（PDF）
加速度センサーによる重力を利用した傾きの測定原理を確認。
［5］Bosch Sensortec｜BMI263 慣性計測ユニット
加速度と角速度の違い、測定範囲、MEMSセンサーの用途を確認。
［6］Vishay｜照度センサ セレクターガイド（PDF）
照度と波長の違い、フォトダイオード型・フォトトランジスタ型の特徴を確認。