高精度ベアリング温度センサー：正確な検知と監視

ベアリング温度センサー／検出器

ベアリング 温度センサーは、ベアリング温度検出器（BTD）とも呼ばれます。

略してBTDと呼ばれます。

まず温度センサーとは？

温度センサーは、あらゆる物体や場所の温度を測定する機器または装置です。

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温度センサーの動作原理

温度センサーは、発熱源との直接接触、または直接接触なしで放射熱エネルギーにより、物体や場所の温度を2つの方法で検知します。

間接法温度センサーには2つの機能または変数が必要。

検知素子は温度に対する繰り返し可能な抵抗／電圧／電流関係（R vs T）と動作温度範囲を持つ。

R/V/A vs T関係は、温度1度変化あたりのセンサー抵抗／電圧／電流変化量として定義される。

別の表現では：

第1機能の変化は、熱源の放射エネルギーによる。

この第1機能は温度変化に直接比例。

第1機能は電圧、電流、抵抗等。

今日、熱電対、抵抗温度検出器（RTD）、サーミスタ、赤外線、半導体センサーなど幅広い温度センサーが市場に出回っています。

温度センサー内部では、温度測定にRTDが使用され、細線をセラミックまたはガラスに巻き付けて作られる。

一般的にRTD素子には白金、銅、ニッケル、カドミウムが使用され、温度に対する繰り返し可能な抵抗関係（R vs T）と動作温度範囲を持つ。

熱電対も温度センサー内部で使用され、2種類の異なる材料で構成され、温度変化時に電圧を生成する。

電圧は温度に直接比例。温度上昇で電圧上昇、温度低下で電圧低下。

ベアリング温度センサー／検出器とは？

ベアリング温度センサーまたは検出器は、ベアリング温度測定用の温度センサータイプです。

ベアリング温度センサー／検出器の設置場所？

ベアリングには主に2つの部分があります：

1. 固定側（ステーショナリー）

2. 回転側（ロータリー）

ベアリング温度センサー／検出器は固定側ベアリングケーシングに設置され、ベアリング温度を監視します。

ベアリング温度センサー設置手順

1. ベアリングハウジングから既存グリスザークを取り外す。
2. ADBプローブナットを緩め、センサープローブを取り外す。
3. ADBセンサーボディをベアリングハウジングの1/8” NPTネジ穴にねじ込む。
4. 温度プローブをセンサーボディに再挿入し、プローブ深度をベアリングに合わせて調整。最適温度監視のため、プローブは外輪にできるだけ近づけるが接触させない（図A、B）。
5. 推奨レンチ（ADBW）でADBプローブナットを締め付け。プローブナット最大推奨トルク18 in-lb（2 Nm）。
6. センサーケーブル保護のため、液密フレキシブルコンduitとフィッティングを使用することが重要（図C、D）。

液密フレキシブルコンduit設置

コンduitシステムは、不完全シールフィッティングと結露からセンサーへ直接水を導く可能性がある。

時間経過で水はセンサー性能に悪影響。これを防ぐため、コンduitと低点ドレンの適切な設置が重要。

センサーから制御ユニットまでのケーブル保護に金属製リジッドコンduitを使用。

図Cは液密フレキシブルコンduit正しい設置。ベアリングセンサーがコンduitドレンと水位より上にあることに注意。

図Dは水、特に結露がコンduitドレンをバイパスし、直接センサーへ流入する様子。

SKFベアリングセンサーユニット

SKFセンサーベアリングユニットとは？
SKFセンサーベアリングユニットは、センサーとベアリング工学の両分野をカバーするメカトロニクス機械部品。

外部影響から保護された多機能深溝玉軸受とセンサーユニットのほぼ理想的な組み合わせ。

センサーボディ、インパルスリング、ベアリングが機械的に一体化され、即装着可能なユニットを形成。

SKFセンサーベアリングユニット用途：
記録
● 回転数
● 速度
● 回転方向
● 相対位置／カウント
● 加速／減速

速度センサー付きベアリングユニットの他、温度センサー付きベアリングユニットもSKFから提供。ベアリング温度の即時・恒久監視により、アクスルボックス過熱とベアリング損傷を運転中に防止。

SKFベアリング温度センサー

ベアリング温度センサーはベアリング温度測定用センサー。

SKFベアリング温度センサーもベアリング温度測定用センサーで、SKF製のためSKF BTDセンサーと呼ばれる。

一般的に、ベアリング温度測定にはPT100 RTDセンサーを使用。

グリスニップル型調整可能PT100 SKFベアリングセンサー SKF PT100K3DN

SKF PT100K3DNは、プローブ接近深度調整可能という特長を持つ。この温度センサーはSKFベアリング専用に特別に設計。

実践では、表面温度測定に対して約20〜40%の差異が生じる。これは温度上昇時にすぐに干渉しうる。

PT100は恒常的なスタンバイ信号を出力。この信号がない場合は原因究明し、可能ならPT100センサー交換。

PT100がスタンバイ信号を出している限り、機械損傷・発熱・火災を引き起こす摩擦発生時に、温度上昇による緊急接点信号も出力。

アナログ信号センサーはPLCに直接接続可能、またはGSI48インジケーター等独立監視装置で保護強化可能。

アナログ信号はトランスミッターでデジタル、プロフィバス信号に変換可能。

SKFベアリング温度限界

ATEX分類版（Ex-i）
III 1/2 D Ex ia IIIC TX Da/Db, II 1/2 G Ex ia IIC T6..T1 Ga/Gb -40°C to 185°C

SKFベアリング温度限界は185℃。

ベアリング温度センサーPT100

ベアリング温度センサーPT100は、白金を抵抗体とするRTDセンサー。

PT100は、検知素子が白金で作られた一般的なRTDセンサータイプ。

現在、ベアリング温度測定に最も一般的なRTDセンサーはPT100で、0℃での公称抵抗100Ω。

Pt記号は白金、「100」は0℃での抵抗100Ωを意味。

同様にPT1000センサー、Ptは白金、「1000」は0℃での抵抗1000Ω。

金属の抵抗／温度関係

典型的なRTD検知素子（白金、銅、ニッケル製）は、温度に対する繰り返し可能な抵抗変化（R vs T）と動作温度範囲を持つ。

R vs T関係は、センサーの温度1度あたりの抵抗変化量として定義。

相対抵抗変化（抵抗温度係数）は、センサー有用範囲でわずかにしか変化しない。

ベアリング温度センサー／検出器の動作原理

前述の通り、温度センサーは発熱源との直接接触、または赤外線で発熱源と直接接触せず放射熱エネルギーで、物体や場所の温度を2方法で検知。

BTDは回転によるセンサー損傷リスクがあるため、ベアリングに触れずに温度を検知。

ベアリング温度検出器の動作原理：熱源との1変数間接接続（抵抗、電流、電圧）が温度に直接比例。

2つの機能または変数を使用：

1機能は赤外線で測定素子と間接接続、第2機能は温度。

BTDの第1機能に変化があれば温度も変化。

例で理解：

ベアリングRTDセンサー

RTDセンサーは、温度変化に応じて抵抗変化する検知素子を含むセンサータイプ。

通常白金製だが、ニッケルや銅デバイスも珍しくない。

現在、RTDはワイヤー巻線、薄膜など様々な形態をとる。

RTD抵抗測定：定電流通電、結果電圧測定、RTD抵抗算出。

RTD動作原理

RTDは、抵抗変化が温度現象である特定金属素子で構成。

動作時に微小励磁電流を素子に通し、抵抗に比例する電圧を測定、温度校正単位に変換。

RTD素子は、ワイヤー巻線（ワイヤー巻線素子）または薄膜形成（薄膜素子）でセラミックまたはガラスコア上に作製、セラミックまたはガラスカプセル内に封入。

ベアリング熱電対

熱電対は、2種類の異なる金属（通常ワイヤー）間の溶接「ホット」接合部と、親材料端部のリファレンス接合部で構成。

接合端をホットジャンクションと呼ぶ。これら異種金属のもう一方の端をコールドエンドまたはコールドジャンクションと呼ぶ。

コールドジャンクションは熱電対材料の末端。

ホットジャンクションとコールドジャンクション間に温度差があると、微小電圧が発生。

測定接合部の温度変化により、他端間の電動勢（emf）が変化。

熱電対ワイヤー自由端間にEMFが現れ、測定され熱校正単位に変換。

注：-400°F〜1550°F測定には白金RTD使用。RTDは精度と再現性向上により、1200°F以下の多くの産業用途で熱電対に取って代わっている。