《理論》〈電気及び電子計測〉[R2:問14]物理現象とその計測・検出のための代表的なセンサに関する論説問題

【問題】

【難易度】★★★★☆(やや難しい)

物理現象と,その計測・検出のための代表的なセンサの原理との組合せとして,不適切なものを(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccc}
& {\displaystyle 物理現象}\atop {\displaystyle (計測・検出対象)}  &  センサの原理 \\
\hline
(1) & 光 &  電磁誘導に関するファラデーの法則 \\
\hline
(2) & 超音波 & 圧電現象 \\
\hline
(3) & 温度 & ゼーベック効果 \\
\hline
(4) & 圧力 & ピエゾ抵抗効果 \\
\hline
(5) & 磁気 & ホール効果 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

電気計測に関する問題です。知っていれば簡単な問題ですが,なかなか知識を定着するのが厳しい分野で,出題頻度があまり高くなく,出題されても1問程度であるため,電験を効率よく合格するためには捨てても良い問題かもしれません。実務的には現場などで使用されている機器等もあるため,知識として知っておいた方が良いものもあると思います。

1.電磁誘導に関するファラデーの法則
誘導起電力の大きさ\( \ e \ \)はコイルを貫く磁束\( \ \phi \ \)の時間変化に等しいという法則で,
\[
\begin{eqnarray}
e&=&-\frac {\Delta \phi }{\Delta t} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。

2.ファラデー効果
光は振動する波動の一つですが,下図のように,光の進行方向と同一方向に磁場をかけると,光の軸が回転する効果です。


出典:OPTRONICS ONLINE HP

3.圧電現象
強誘電体に応力を加えると,分極電荷が生じ,誘電体表面間に電圧差が生じる現象です。超音波が加わる場合もその応力に応じた電圧が生じるため,超音波の検出に用いられます。


出典:Tech Note powered by IPROS HP

4.ゼーベック効果
種類の異なる金属で閉回路を作り,接合点に温度差をつけると,起電力が生じる現象です。温度計に利用されます。

5.ピエゾ抵抗効果
ピエゾ抵抗と呼ばれる抵抗が圧力をかけると変形し,変形すると抵抗値が変化するという現象です。

6.ホール効果
半導体に電流を流し,電流に直角の磁界をかけたとき,電流と磁界に直角の方向に電圧が生じる現象です。

【解答】

解答:(1)
(1)誤り
ワンポイント解説「1.電磁誘導に関するファラデーの法則」及び「2.ファラデー効果」の通り,光と関係あるのはファラデー効果であり,電磁誘導に関するファラデーの法則は光と関係ありません。

(2)正しい
ワンポイント解説「3.圧電現象」の通り,超音波の検出に圧電現象が利用されます。

(3)正しい
ワンポイント解説「4.ゼーベック効果」の通り,ゼーベック効果は温度差をつけることにより起電力が生じる現象です。

(4)正しい
ワンポイント解説「5.ピエゾ抵抗効果」の通り,ピエゾ抵抗効果はピエゾ抵抗に圧力をかけることで抵抗値が変化する現象です。

(5)正しい
ワンポイント解説「6.ホール効果」の通り,ホール効果は磁気と電流による電圧を生じる現象です。