記録計・データロガーの基礎と概要 (第2回)

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第2回：「記録計の内部構造」「記録計を利用する上での留意点」「パソコンなど制御装置との組合せ」「【コラム】測定用記録計の販売企業一覧」

今回は記録計を利用する際に必要な基礎知識を解説して、信頼性の高い測定結果を得るための方法や効率的に測定する方法を紹介する。

記録計の内部構造

記録計には古くからある紙に記録するタイプと、最近主流となっているペーパーレス記録計がある。紙に記録するタイプは機構部分があるため複雑な構造になっている。

紙に記録するタイプの記録計にはさまざまなタイプがあるが、ここではマイクロプロセッサを搭載したμR10000のペンモデルを例に説明する。

図12. μR10000の外観（2004年）

出典：横河電機

図13. μR10000ペンモデルの全体構成ブロック図

電圧（シャント抵抗と組合せで電流も可）、熱電対、測温抵抗体、接点が接続できる構造となっている。入力は本体から絶縁されているため、コモンモード電圧が異なる入力も接続できる。

最近の入力部はA/D変換器にスキャナが組み合わされて、２入力を1つのA/D変換器で取り扱えるようになっている。A/D変換器の積分時間は電源ノイズの影響を受けないように、電源周波数を自動的に検出して、20msecもしくは16.67msecになる。

熱電対を利用した場合には基準接点補償（RJC）が必要となるため、入力部には端子台の温度を測定する機能を有する。

入力された信号に比例した位置にペンを移動させる機構のことをペン・サーボという。紙に信号波形を書く記録計の場合は、この機構の開発が重要となる。従来は駆動にDCブラシレスモータが使われていたが、新しい記録計では低消費電力のステッピングモータが使われるようになっている。

μR10000では下記の3つの要素で構成されている。

μR10000では記録紙に波形とともに、記録紙の余白にチャネル番号やタグネームや記録時間、さらにはゼロ、スパン値などの情報を印字することができた。

限られたエリアで判り易い表示を行う工夫がされている。各ペンの位置を示すバーグラフ表示と数字や文字を表示する領域に分かれている。表示器は視認性のよい自発光のフルドットVFD（蛍光表示管）が使われている。

μR10000は工業用記録計であり設定を頻繁に変える必要がないため、キーボードは扉を開けた内部に取り付けられている。

ペーパーレス記録計・データロガーには電池で駆動するコンパクトな製品から、最大1000chを超える入力を持つ大型の製品まである。ここでは高性能で多機能なSMARTDAC＋を例に構造を解説する。

図14. SMARTDAC＋の外観（2014年）

出典：横河電機

図15. SMARTDAC＋システムブロック図

SMARTDAC＋は用途に応じたさまざまな入出力モジュールが用意されている。利用者は測定対象に合わせてモジュールを選択して、連結可能なモジュールベースに実装して利用する。

図16. SMARTDAC＋の組み立て

出典：横河電機

入力モジュール、出力モジュールは下記が用意されている。

SMARTDAC＋のハードウェアはデータ収集モジュールと入出力モジュール間を高速通信ができる仕組みを持っている。またモジュールを高密度に実装するため、放熱特性も考慮されている。

画面を持たないタイプのSMARTDAC＋への設定や記録結果の表示はすべてパソコンで行うため、メーカが提供するパソコン上の操作性は重要になってくる。特に大量に記録したデータに同期を取るための遅延補正機能を持つことは必要となる。

パソコンがなくても設定や記録結果の表示できるタイプのペーパーレス記録計もある。

図17. タッチパネルを持ったSMARTDAC＋ GPシリーズ（2017年）

出典：横河電機

最近の設定/表示の機能を持つペーパーレス記録計では、タッチパネルを搭載して使い易い操作環境を提供している。