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アナログ温度計、湿度計の仕組みとは? なぜ電池なしで計測できるのか?

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どうも、こんにちは。

ハスキです。

無印良品で、温度湿度計を購入しました。

無印良品の小物は、リーズナブルで良いですよね。

余計な装飾がないから、どんな部屋にも合わせやすいし。

購入したのは、アナログタイプの温度湿度計です。

電池を使用しないやつ。

ここで一つ素朴な疑問が浮かびました。

 
ハスキ
アナログ温度湿度計の仕組みは、どうなってるのか?

電気を使用しないで、どうやって湿度や温度を計測しているのでしょうか?

昔からあるものですが、仕組みがわかりませんよね。

そこで調べてみると、単純ですが実に理にかなっている方法でした。

今回はアナログ温度計と湿度計の仕組みについて、シェアしたいと思います。

アナログ温度計と湿度計の仕組みは、どうなっているのか

購入した無印良品の温度湿度計 画像

購入した無印良品の温度湿度計

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温度計も湿度計も、基本的な仕組みは同じ。

原始的な仕組みです。

金属の熱膨張を利用した方法。

金属は温度が高くなると膨張し、冷めると伸縮する性質があります。

温度計、湿度計の中にはうず巻き状の金属があり、その金属の温度変化や湿度変化による伸び縮みで針を動かしているのです。

ただの金属膨張だけではなく、【バイメタル式】という方法で測定しています。

この、バイメタルという方法。

単純だけど金属の性質を応用した、とても画期的な方法です。

バイメタルとは

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バイメタル式について説明します。

バイメタルとは、【膨張率の異なる2枚の金属を張り合わせた薄板】です。

温度変化でよく伸びる金属と、温度変化の少ない金属を張り合わせた1枚の板

片側の金属は温度が高くなると、膨張して伸びる金属。

反対側の金属は、あまり変化しない金属。

温度変化が起こると、バイメタル金属はどうなるのか。

温度が高くなると、伸びない金属側に板が湾曲します。

そして金属が冷えて縮むと、もとに戻る。

温度が高くなると曲がる。

冷えると戻る。

これが【バイメタル】です。

バイメタルの温度変化

金属の異なる温度変化を利用して、曲げたり戻したりすることができる装置です。

名前の由来は【バイ=2つの、メタル=金属】でバイメタル。

バイメタルは様々なものに使用されている

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バイメタル式は、いろいろな機械や装置に使われています。

代表的なものが

  • 温度計、湿度計
  • 自動で点滅する電球
  • サーモスタット

このあたりです。

温度計、湿度計

温度や湿度を計測する装置として使用されています。

今回の本題ですので、後ほど詳しく説明します。

自動で点滅する電球

クリスマスツリーとかでよく見る、自動で点滅する電球。

電球の中にある回路の一部が、バイメタルになっています。

点灯して熱を持つと、バイメタルが湾曲して回路から外れます。

回路が途切れるますので、明かりが消えます。

そして冷えるとバイメタルは戻りますので、回路にまた接触します。

回路がつながり、今度は明かりが点灯。

また熱くなってくるとバイメタルが湾曲して、回路がから外れて消灯。

バイメタルが冷えて、また元に戻り回路に接触して点灯。

この繰り返しにより、自動で点滅するのです。

サーモスタット

機械や家電などで、温度を一定に保つ装置です。

自動点滅電球と同じ原理ですね。

通電する回路の一部を、バイメタルにします。

温度が上がりすぎるとバイメタルが回路から外れ、通電が途切れる仕組み。

バイメタルが冷えたらまた通電し、温度を一定に保ちます。

こたつやアイロン、トースターなどに使用されていました。

今ではデシタル式の温度設定方式が主流のため、バイメタルの出番は少なくなっています。

ですが機械部品として、現在でもバイメタルはよく使用されています。

温度計と湿度計のバイメタルは、うず巻き状で伸び縮みしている

温度湿度計の中にあるバイメタル 画像
上が温度計、下が湿度計のバイメタル

温度計、湿度計に使用されるバイメタルは、うず巻き状になっています。

百均で温度湿度計を買ってきて、中のバイメタルを確認してみました。

それが上記写真です。

うず巻き状の中心に計測用の指針が付いており、バイメタルが熱膨張することによりゼンマイが巻き上がって指針が動くというわけです。

百均で購入した温度湿度計の表側 画像
百均で購入した温度湿度計の表側

微妙な温度変化でも、金属は膨張、伸縮します。

うず巻き状のバイメタルが熱膨張により、ゼンマイを巻いて指針を動かす測定方法がアナログ温度計です。

湿度計は塩分を染み込ませた、ろ紙を使用している

湿度計のバイメタル 画像
湿度計のバイメタル

湿度計は、空気中の湿度を計測する装置ですので、湿気を吸収する必要があります。

湿度計のバイメタルは片側は真鍮で、反対側はろ紙を使用しています。

ろ紙に、塩分を染み込ませたものです。

形状は温度計と同じ、うず巻き状。

ろ紙が湿気を吸収して膨張することにより、ゼンマイ(うず巻き状のバイメタル)が巻かれて指針を動かすという仕組みです。

あとがき

温度計も湿度計も、金属の熱膨張する応用した仕組みでした。

バイメタル式。

僕は初めて聞いた言葉でしたが、理にかなっている画期的な方法です。

バイメタル式は構造が単純で、耐久性にも優れています。

単純構造なため、価格も安価。

1750年ころに、時計職人が発明した方式です。

実に便利なものを発明してくれました。

購入した温度湿度計は、レビュー記事で紹介しています。

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また素朴な疑問を感じたら、解決してシェアしたいと思います。

では、また。