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アナログ温度計や湿度計の仕組みは?なぜ電池なしで計測できる?

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コロナやインフルエンザの心配もあって、温度湿度計を購入しました。

電池を使用しない、アナログタイプの温度湿度計です。

置き時計と一緒に温度湿度計を購入したのですが、ここで一つ素朴な疑問が。

 
エンハスカイ
アナログの湿度温度計って、どんな仕組みになっているのだろうか?

置き時計は、電池がないと動きません。

ですが湿度温度計は、電池を使用せずに計測ができます。

電池を使用しないので、電気を使用しないことはわかります。

体どうやって、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。

今回はこの素朴な疑問【アナログ湿度計、温度計の仕組み】について、わかりやすく解説します。

アナログ温度計、湿度計の仕組み

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温度計も湿度計も、基本的な仕組みは同じです。

意外と原始的な仕組みとなっています。

その仕組とは

金属の熱膨張を利用した方法で、温度や湿度を表しています。

金属は温度の変化で、膨張したり伸縮したりすることはご存知だと思います。

金属は熱を持つと膨張し、冷めると伸縮する性質です。

温度計、湿度計の中にはうず巻き状の金属が入っており、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。

金属の性質を利用して温度や湿度を測定しているのですが、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利用した、とても画期的な方法なのです。

バイメタル式とは

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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。

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枚の板です。

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、伸びない金属側に湾曲するのです。

そして金属が冷えて縮むと、もとに戻ります。

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

金属の温度変化による異なる膨張率を利用して、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。

名前も仕組みも、実に単純なのです。

バイメタルは様々なものに使用されている

単純ですが画期的な、このバイメタル式。

実は様々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

金属の熱膨張を利用して、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。

通電していれば、電球が勝手に点滅していますよね。

あれは電球の中にある回路の一部が、バイメタルになっているのです。

点灯して熱くなってくると、バイメタルが湾曲して回路から外れます。

回路の一部がバイメタルにより切れますので、当然明かりが消えます。

そして冷えてくるとバイメタルは戻りますので、回路に接触します。

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消灯。

バイメタルが冷えて、また点灯。

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。

自動点滅電球と同じ原理で、通電する回路の一部にバイメタルを用いることにより、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です。

代表的な家電では、こたつやアイロン、トースターなどに使用されてきました。

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が、機械部品として現在でもバイメタルは使用されています。

温度計と湿度計のバイメタルは【うず巻き】になっている

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、バラし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、うず巻きの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。

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、ゼンマイが巻かれ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

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、うず巻き形状。

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。

まとめ

温度計も湿度計も、金属の熱膨張する原理を利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。

もしかしたら、学校の理科で習ったのかな?

全く覚えていませんが(汗)。

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とのこと。

実に便利なものを発明してくれました。

これで温度湿度計の仕組みが理解できましたね。

素朴な疑問が、また一つ解決です。