電機関連の業界にいると「信号変換器」というものを使う機会があるのではないかと思います。
しかしこれ、まだ入社したてとかでよくわかっていない人にはなぜ信号変換器が必要なのかわかりませんよね？
「アイソレータって意味あるの？」とか「信号変える必要ある？」とか様々な疑問があるかと思います。
そう、会社ってなかなか親切に教えてくれないものです。ですので、そういった初心者用に一般的な信号変換器を使う理由をあげていきたいと思います。
これが参考になれば幸いです。
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信号変換器ってなに？
さて、そもそも信号変換器とはどういったものなのでしょうか？
あくまで基礎の基礎知識としては下記のような形で、Ａという信号をＢという信号に変えるだけです。
おそらくこの辺りは、どんな面倒がっても説明してもらえる範囲だと思います。あくまでこれが読んで字のごとく信号を変換するので変換器となるのです。
しかし、こんな説明だけでは味気ないですよね。しかし、よくわかっていない人や説明下手な人は、この機能が全てでこれ以上説明する必要がないという人も意外と多いんです。
ですので、ちょっと説明を加えてみましょう。
上記のこの図でいうＡの信号ですが、実は『信号』と説明がされていますが、
- 熱電対
- 測温抵抗体
- ポテンショメータ
- アナログ出力
などといった、あらゆるセンサからの信号が対象となっているんです。いわゆる入力信号というものです。
これをアナログ信号の出力に変えるのが信号変換器の役割なのです。
一般的にこの図のBの出力側ですが、
- 4-20ｍA
- 0-20ｍA
- 0-100ｍV
- 0-1V
- 0-10V
- 0-5V
- 1-5V
といった信号に変換することができるんです。もちろん、これだけに限らず機種によってさまざまです。
なお、アナログ信号についての解説は関連記事にて行っています。※変換器の簡単な説明付。
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余談として「ええっ、熱電対や測温抵抗体の温度をどういう変換するの？まさかフルスケール？」
とちょっと勉強された方であればいうかもしれません。
ちなみに、フルスケールというのは温度の最小値から最大値までのスパンの幅のことです。
例：PT100の場合 -200～850℃ ですので、1050℃がフルスケールとなります。
さすがにこんな大きな幅で毎度出されたら困りますよね。
仮に記録計に入れるとなると、下記のようなチャートになってしまいます。
100℃付近の温度の変化を上のようにフルスケールでは幅が広すぎて、ほとんど変化がわかりませんよね。
一方で、熱電対変換器・測温抵抗体変換器には幅を決めて出力する機能がありますので、0-200℃に仮にするとこれくらいはくっきり出るようになるかと思います。
※記録計側に本来はこのような機能がついているので、あくまでわかりやすい例えです。
もちろん、変換器の種類によって出力の形態も変わってきますのでこのように、使用者にとって使い勝手のいい信号に変えるのが信号変換器の役割なのです。
どうして信号変換器を使用する必要があるの？
では、なぜわざわざ信号変換器を使うのか、という理由について述べていきましょう。
とはいえ、機種や使用者によって理由はさまざまですので、あくまで一般的に言われている変換器の使用理由についてあげていきましょう。
【受け手に合わせた信号にする】
ごく普通の使い方です。表示器など受け手側が特定のアナログ信号しか入力ができない場合に使われます。
4-20mAしか入力できないのに、熱電対の入力を入れようとしても表示なんてされません。
信号変換器本来の仕事といっていいでしょう。
【信号を分散させたい】
一つの信号を二つに分散させて使いたいときに、信号変換器が使われることがあります。普通に分散させて配線するのは負荷抵抗など問題があることがあるんです。
なので、1入力2出力変換器という種類を使用することで、問題なくアナログ信号を分けることができるんです。
【信号を統一する】
いくつか複数のセンサを使っている場合、信号がバラバラでは困りますよね。あっちは熱電対、こっちは測温抵抗体、あっちはCO2センサから出てくる4-20ｍAセンサなどバラバラでは配線やメンテナンスが困難です。
ですので、必ず変換器を通して同じ信号にするというルール付けをしていればあっちはあっち、こっちはこっちという事態を避けられるのです。
【リスクを減らす】
変換器は基本的に機器内部で絶縁されている構造となります。
つまり、入力信号を物理的につなげることなく、電気的につなげて出力しているのです。
これをアイソレーションといいます。この何がいいのか、というとうっかり間違えて大電流などが入ってきてしまった場合、絶縁されている為にここでストップすることができるということです。
変換器は壊れるでしょうが、その先が無事なら被害は少なくなりますよね。こういったもしもの事態を避ける為のリスクを減らす為に変換器を使うことがあります。
【ノイズの軽減】
電機をいじっている人にとっては、ノイズというのは嫌な言葉だそうです。だって、よくわからない電波などが計器の表示をおかしくしたりするのですから。
よくわからないということは、対策をするのは難しいということです。
しかし、アナログ信号というのはノイズを受けにくい特性があります。
ノイズによる事故なんて原因究明も困難ですし、誰かの命を奪ってしまったら最悪ですよね。
そういった場合の対策として、信号変換器が入れられることがあります。
変換器購入時のアドバイス
ここで変換器購入時のアドバイスです。
基本的にこういった工業製品はエム・システム技研のような変換器専門メーカー、あるいはアズビルのような空調専門の大手で購入するのが一番安全です。
なぜかというと、名も通っていない中小企業のような温度調節計メインで扱っている『ついで』に変換器を販売していたり、食品・空調・水質・薬品などあちこち違う業界に手を出しているような特化していないところは知識もノウハウも不十分なことが多いです。
場合によっては、満足にテストをしないまま販売するので内部で熱を発して誤差が生じるなどクレームやトラブルの温床になりかねないことが多々あります。
実際にクレームになった事例をよく聞きますし、対応も「相手の使い方が悪いんじゃないか？」と非常に誠意がない回答を貰ったこともあります。やはり大手とは質そのものが違うと感じます。
客先に出す製品だからこそ、安心安全でなければなりませんよね。あくまで故障・不具合は可能性の問題ではあるのですが、大手の方が対応も早く、いざというときの小回りもききますので、メーカーにこだわりがなければ、大手メーカーさんをまず検討した方がいいでしょう。
まとめ
まとめさて、あくまで基礎知識の範囲として信号変換器をまとめてみました。
とはいえ、信号変換器も種類があるので使い方も用途もバラバラですので最初勉強するときはこれくらいの知識で十分かと思います。
そのうえでやりたいことをあてこんでいくと、該当する機種が浮かび上がってくるのではと思います。
これが参考になるのであれば幸いです。
