【温度計のIoT化】温湿度センサーの特徴とは？注目されている背景や選び方や活用事例を紹介【IoT活用事例】

☑このページで紹介している内容はシステム開発が必要です。
☑このページで紹介している内容はIoTの活用案です。
 

温湿度センサーとは

温湿度センサーとは、1台で温度と湿度の両方を計測できる機器のことです。

温度センサーと湿度センサーの2つを設置すると場所を取ってしまいますし、設置や管理の手間もかかります。温湿度センサーを利用すれば、狭いスペースにも設置しやすい、簡単に温度情報や湿度情報を管理できる、といったメリットを得られるでしょう。

温湿度センサーは産業用だけでなく、家庭用のものも数多くあります。たとえば、身近な例では、次のようなシーンで温湿度センサーが使われています。

• デジタル時計で温度や湿度を表示し、部屋の快適さや過ごしやすさを可視化する
• エアコンで温度や湿度を計測し、部屋の状態に合わせた運転モードを自動的に選ぶ
• 換気システムに搭載され、温度や湿度に応じて自動的に換気を行う

日々の暮らしをさらに便利にするため、身の回りの様々な場所で温湿度センサーが活躍しています。

 

IoTで温度センサーが注目されている理由

近年、温度センサーの需要は急速に増加しています。

JEITA（電子情報技術産業協会）が取りまとめた「センサ・グローバル出荷実績（2019・2020年）」によると、2020年度の国内外のセンサーの総出荷台数は約322億個でした。そのうち、温度センサーの出荷台数は前年比123%増の約22,2億個で、全体の約69.1%を占めている状況です。[注1]

こうした温度センサーの利用用途のうち、とくに注目を集めているのがIoT（Internet of Things）の分野です。温度センサーを始めとした環境センサーは小型化やコストダウンが進んでおり、従来よりも導入ハードルが大きく低下しました。また、Bluetoothを始めとした無線LANでの通信が可能なセンサーが増加し、スマホやパソコンで手軽に温度データをチェックできるようになったことも、温度センサーがIoT分野で注目を集める要因となっています。

たとえば、食品工場や化学プラント、サーバールームでの温度管理や、身近な例ではスマートハウスのHEMS（ホームエネルギーマネジメントシステム）に組み込まれるなど、温度センサーは幅広いシーンで活躍しています。

[注1]JEITA（電子情報技術産業協会）：センサ・グローバル出荷実績（2019・2020年）の発表[pdf]

 

温湿度センサーの接触型と非接触型の違い

温湿度センサーは温度情報を管理する「温度センサー」と湿度情報を管理する「湿度センサー」の2種類を組み合わせて出来ています。

それぞれのセンサーについて解説しましょう。

温度センサーは「接触型」と「非接触型」に分類される

温度センサーは大きく2種類に分類され、接触型と非接触型に分かれます。

接触型温度センサーの代表例は温度計です。空気や物体と直接触れることで温度を測定しているため、比較的構造が簡単であることが特徴です。しかし、直接接触している部分のみしか測定できないというデメリットもあります。

温度計の種類と特徴

温度計と一言でいっても、その構造や利用目的によって様々な種類の温度計が使われています。たとえば、私たちが体温を測るために使っている体温計は、「ガラス製温度計」と呼ばれる種類の温度計です。そのほかにも、温度計には工業用に使われる「金属式温度計」や、電気抵抗の変化を利用した「電気式温度計」などがあります。接触型温度センサーを導入する場合は、利用目的にあった種類の温度計を選びましょう。ここでは、代表的な温度計を3つご紹介します。

• ガラス製温度計

体温の管理に欠かせない「ガラス製温度計」は私たちの一番身近な温度計です。水銀や赤く着色したアルコールをガラス製の毛細管の中に入れ、温度によって体積が変化することを利用して温度を測定しています。公式な気温観測では水銀温度計が使用されています。

• 金属式温度計

金属式温度計は2種類の金属を組み合わせたバイメタルの気温変化による変形で温度を測定します。家庭の温度管理でも広く使用されており、簡単な構造で安価であることが特徴です。

• 電気式温度計

電気式温度計は白金を使用して電気抵抗の変化で温度を測定します。自動計測、遠隔計測に適しており、気象庁などの多くの機関が温度管理に使用。公式な気象観測でも用いられています。

一方、非接触型温度センサーは熱を持っている物体から発せられる赤外線量から物体の温度を測定することで、広範囲の温度を相対的に観測することができる点が特徴です。

非接触型温度センサーの代表例にサーモグラフィティがあります。表面温度に色を割り当てることで、視覚的に見やすく温度管理がしやすい点が特徴です。物体表面から発する赤外線で温度の変化を測定します。

湿度センサーの種類と特徴

湿度センサーには大きく分けて伸縮式と電気式があります。

伸縮式湿度計の特徴はシンプルな構造で安価なことです。人や動物の毛やナイロン糸の温度変化による伸縮を使用しています。ただデメリットとして、湿度変化の情報が反映されるまでに時間がかかる点が挙げられます。電気式湿度計の特徴はセンサー感部が非常に小型であるため、機器への組み込みが容易になっていることです。

電流出力タイプ、または電圧タイプが多く、デジタル表記のリアルタイムモニタリングやデータロガーへの入力が可能です。しかし、温度変化によって生じる誤差や、経度変化が避けられないといったデメリットもあります。

これらの温度センサーと湿度センサーの2種類を組み合わせて、温度・湿度を測定し、その情報を管理できる温湿度センサーが作られているのです。導入や設置は容易なので、農業分野で活用すれば収量の安定化も期待できるでしょう。

接触型温度センサーの種類と特徴

接触型温度センサーには、大きく分けて「測温抵抗体」「サーミスタ」「熱電対」「IC温度センサー」の4種類があります。

• 測温抵抗体

金属には、温度が変化すると電気抵抗値（電流の流れにくさ）が変化するという性質があります。この金属の性質を応用した温度センサーが「測温抵抗体」です。

測温抵抗体は、プラチナ（白金）、銅、ニッケルなどの金属の電気抵抗値を検出することで、温度変化を算出しています。測温抵抗体を用いれば、マイナス200度から600度の範囲の温度を測定することが可能です。測温抵抗体は精度が高く、幅広い範囲の温度を測定できることから、近年はIoTの分野でも利用されています。

• サーミスタ

測温抵抗体と同様に、金属の電気抵抗値の変化を利用して温度を測定するセンサーがサーミスタ（Thermistor）です。サーミスタには、温度が上がると電気抵抗値が下がる性質を持ったNTCサーミスタと、逆に温度が上がると電気抵抗値が上がるPTCサーミスタがあります。

一般的な温度測定の場合は、マイナス50度から400度までの温度を測定可能なNTCサーミスタが利用されています。サーミスタは測温抵抗体よりも測定可能な温度の範囲が狭いものの、より導入コストが安価です。

• 熱電対

熱電対は古くからある温度センサーで、主に工業分野で広く利用されています。熱電対は2種類の金属線を接続し、それぞれの接点の温度差によって生じる電流（熱起電力）を利用して、正確に温度を測定することができます。金属線の種類によって、熱電対は8つのタイプに分けられます。

もっとも普及しているのが、K熱電対と呼ばれるタイプです。K熱電対の場合、マイナス200度から1,000度までの温度を測定することができます。耐熱性や耐食性が高く、過酷な環境で利用可能なのも強みです。

• IC温度センサー

温度センサーのなかには、小型のIC（集積回路）で温度を測定するタイプのセンサーもあります。それがIC温度センサー（集積回路温度センサー）です。たとえば、熱電対は特定の温度に対して大きく反応するため、温度と電圧の大きさが比例せず、取り扱いに手間がかかるという欠点があります。

IC温度センサーはデジタル処理により、温度と電圧値が直線的に比例するため、簡単に温度を計算することが可能です。また、IC温度センサーは部品点数が少ないため、小型のデバイスにも組み込むことができます。

 

温湿度センサーの仕組み

温湿度センサーは、温度センサーと湿度センサーを組み合わせて作られています。

温度センサーは、対象と触れることで温度を測定する「接触型」と、対象から発せられる赤外線から温度を測定する「非接触型」に分けられます。また、湿度センサーは、動物の毛などの伸縮を利用して湿度を測定する「伸縮式」と、小型の感部を搭載した「電気式」に大別されます。

温湿度センサーは、以上のさまざまな特徴を持ったセンサーを組み合わせることにより、構成されているのです。センサーごとに、測定精度やサイズ、劣化しやすさなどが異なるため、目的に合ったタイプを選ぶことが大切です。

> 遠隔監視IoTシステム【温度・湿度の管理はみえーるどシリーズ】
 

温湿度センサーの種類

HACCP（ハサップ：Hazard Analysis and Critical Control Point）とは、国際的な食品衛生管理の基準で、食品の製造・加工・流通のすべてのプロセスで危害要因（ハザード）を取り除くことを目的としていま

ここまで、温湿度センサーに使われる「温度センサー」「湿度センサー」について詳しく解説しました。

温湿度センサー自体も、構造や接続方式によって「ICタイプ」「ワイヤレスタイプ」の2種類に分けられます。ICタイプの温湿度センサーは、文字通りセンサーなどの素子や回路がチップに集積され、集積回路（IC：Integrated Circuit）になったものを指します。小型化が可能で、回路設計をせずにそのまま利用できるため、導入時に手間がかからないのが特徴です。

一方、ワイヤレスタイプの温湿度センサーは、通信機能を持つセンサーのことを表します。センサーがインターネットに接続できるため、IoTシステムを構築する際は、ワイヤレスタイプの温湿度センサーが主に使われています。
 

温湿度センサーの活用事例

農業以外での温湿度センサーの活用例は非常に多岐に渡ります。こちらでは、温湿度センサーによる管理の事例をいくつかご紹介します。

家庭用温湿度センサー

一番身近に普及している例は、家庭用温湿度センサーでしょう。 家庭用温湿度センサーによる管理が普及した背景には、風邪やインフルエンザ、熱中症などの予防に役立つという理由があります。

部屋の温度は人間の体感で分かりやすいですが、湿度は体感では中々把握できません。しかし風邪やウィルスなどの細菌は乾燥しやすい場所に発生しやすいものです。家庭用温湿度センサーは、デジタル数値で湿度や温度の測定・管理が可能で、状態が一目で分かりやすくなっています。温湿度情報を可視化し、快適に過ごすために家庭用温湿度センサーは活用されています。

図書館改修中の書庫

家庭用以外の身近な活用例では、東京大学図書館が総合図書館を改修する際、蔵書の一時保管先に温湿度センサーによる管理が導入されました。書籍の保管はどこでも出来るというものではありません。温度や湿度の情報を管理して、書籍の劣化やカビの発生を防ぐ必要がありますし、直射日光も避ける必要があります。

このときは、一時管理用の書庫に温湿度センサーを導入したことにより、常に温度と湿度の情報を管理できるようになり、書籍の保管が問題なく行える環境が整いました。結果、図書館改修中の厳しい梅雨の季節や真夏も問題なく保管でき、除湿機の設置台数や稼働時間のコストも抑えることができました。

食品工場の品質管理

温湿度センサーは食品工場の品質管理などにも利用されています。食品の防腐効果と水分活性は湿度と密接に関係しています。そのため食品製造現場の多くで、湿度の測定と情報の管理が非常に重要とされています。

例えば、パンの製造工程では、パン生地の水分量が不安定になるのを防ぐため、温湿度センサーを活用して相対湿度の情報を管理しています。水分活性は細菌活動に影響するため、パン製造には必須です。

その他の産業

上記以外の温湿度センサーによる管理事例を上げると、

• 自動車、航空宇宙産業
• セラミック製造工程
• 環境試験装置
• 化学薬品、素材
• 半導体、電子機器製造工程
• アパレル関係
• 気象観測
• 博物館、美術館
• 塗装工程
• 製紙業界
• タバコ産業

など、多くの施設や産業、工場などでの導入例があげられます。湿度の管理は非常に重要で、私たちの身近な所で温湿度センサーは活用されているのです。
 

IoT温湿度センサーの選び方4つのポイント

単純に温湿度センサーを設置するだけでは、精度の高い測定結果は得られません。温湿度センサーを選ぶ際は、以下4つのポイントに注意しましょう。

1. 測定環境に合ったセンサーを選ぶ

測定環境に合ったセンサーを設置しないと、温度や湿度を測定できない場合があります。たとえば、抵抗式の電気式湿度センサーは、低湿度の環境には適していません。低湿度の環境で測定したい場合は、容量式の電気式湿度センサーを選ぶとよいでしょう。

2. 温度や湿度の変化に素早く反応するセンサーを選ぶ

測定する場所の温度や湿度が変化した場合、その変化にすぐに反応してくれるセンサーを選ぶことも大切です。たとえば、農業において利用する場合、温度や湿度の変化に応じて、空調制御をしたり、手入れ方法を変えたりする必要があるでしょう。対応が遅れると、作物が台無しになる可能性もあります。センサーによって反応速度は異なるため、目的に合わせて選びましょう。

3. 小型で簡単に設置できるセンサーを選ぶ

小型で持ち運びしやすく、誰でも簡単に設置できる温湿度センサーを選ぶことも大切です。センサー素子だけで購入することもできますが、その他の部分を自分で設計して組み立てる必要があるため、専門知識がある方以外にはあまりおすすめできません。

手軽に設置して温度と湿度を測定したいのであれば、ICタイプがおすすめです。ICタイプには、温度センサーと湿度センサーの両方の素子が含まれているのが一般的です。また、サイズを小さくできることもICタイプの特徴といえるでしょう。

4. データが信頼できるセンサーを選ぶ

温湿度センサーに限らず、IoTシステムを構築する際は、「精度の高いデータを取得できる」「データ取得に何度も失敗しない」センサーを選ぶことが大切です。データ取得の失敗が頻発したり、データの欠損が多かったりすると、正しく温度や湿度の変化を知ることができません。

結果として、手動で温度・湿度を計測し直すなど、手作業をしなければならない場面も増えてしまいます。温湿度センサーを導入するときは、安定して動作し、信頼性が高いデータを得られる製品を選びましょう。
 

ユーピーアールの温湿度センサーの特徴【農業IoT】

個人営業の農家（※現在は、個人農家様へのサービス提供は行っておりません）から植物工場のIoT導入など、農業分野でも幅広いIoT導入の実績があるユーピーアール。一言で農業IoTといっても、扱う作物などで導入するシステムの規模や種類は異なります。
その中でも、最も「安価」で「スピード感」を持って導入できるのが、「温湿度センサー」によるIoT導入です。
ユーピーアールは、品質向上や収量の安定化のための温湿度センサーを使ったIoTの導入を推進しています。
 

農業IoTの推進と課題

国が後押しする「スマート農業」にIoT技術は不可欠

農業の担い手の高齢化による労働力不足が深刻になり、新規就農者への作業負担の軽減や栽培技術の継承、収入増を実現する新たな農業「スマート農業」の構築に向け、国は2013年から「スマート農業の実現に向けた研究会」を設立し、現在まで推進し続けています。そのスマート農業を達成するのに必要不可欠なのがICTやIoTといった先進技術なのです。

スマート農業の課題

一方、年数が経つにつれて「スマート農業」を促進するためのIoTの導入に対する課題も浮き彫りになってきました。それは、

• 導入コストがかかりすぎること
• 導入までの期間が長いこと
• 作業者が導入したIoTを使いこなせない
• セキュリティの問題

などが挙げられます。
ユーピーアールが提供している温湿度センサーによるIoTの導入促進は、これらの課題の解決を図ります。

とくにコスト面の課題については、個人経営を始めとした中小規模の農家では年間数千円程度の予算しかないことも多く、スマート農業化の大きな障害となっています。

そこで、温湿度センサー、バッテリー、通信モジュール、クラウド環境などをオールインワンでパッケージングすることで、導入コストを抑えることが可能です。クラウド型のIoTシステムなら導入期間が短いため、スムーズに農業のデジタル化に着手できます。

また、温湿度センサーは操作が比較的簡単で、ITスキルに疎い方や、新規就農を目指す若者・女性の方にもお使いいただけるため、スマート農業化の第一歩としても適したツールです。
 

農業における、温湿度管理の重要性

農家にとっては当たり前ですが、どんな作物であっても温湿度の管理は栽培するうえで、非常に重要なポイントになります。
特に夏場のビニールハウスなどの施設は、高温乾燥状態になりがちで、この状態が続くと、植物は蒸散を防ぐために気孔を止めてしまい光合成の量が低下、養分の生成量が減少してしまうのです。
 

ユーピーアールのIoT導入をおすすめする人

• IoTの導入に興味があったが、費用の体系の不明瞭さが不安だった人。季節作物を栽培しており、短期契約でIoTを導入すると高額になりがちな通信・サービス費用に不満があった人。
• 機器のトラブルやセキュリティに不安がある人。
• これまでIoTを導入したことがなく、まずは自分のできる範囲から小さく初めて見たいと考えている人など。

 

ユーピーアールの温湿度センサーのアプローチ

導入コスト減・期間短縮へのアプローチ

農家にICTやIoT技術を普及するのに一番の障害になると言われているのが「導入コストが高い」という点です。
作業をロボット化したり、工場化、高機能なシステムを導入するとなると、数千万以上のコストがかかってしまうケースも少なくありません。また、システム等の導入が大規模になればなるほど、導入するまでの期間が掛かってしまいます。
そこで、ユーピーアールは温湿度センサーの導入から作業のIoT化を始めることを推進しています。
ユーピーアールは以下の技術を持って、低コストかつ短期間で農業IoTの導入を推進します。

デバイス：「なんつい」

農業だけでなく、運輸業など他業界でも導入実績が豊富なユーピーアールのIoTデバイスです。温度センサー、湿度センサー、バッテリーがオールインワンになっているので、導入や設置に手間がかからず、高額なデバイス料金も必要ありません。初期費用を抑えることで導入しやすい環境を整えています。

ネットワーク：３G通信モジュール

「なんつい」端末内に３Gの通信モジュールを内蔵。建物内でも安定して電波を拾いやすい特性を生かして、ビニールハウスなどの施設内のベストな場所に設置することが可能です。

クラウド：「なんついWEB」

温度・湿度情報を蓄積できる「なんつい」のクラウドサービスです。ただデータを集めるだけでなく、都度の閲覧やグラフ化も可能。分かりやすく示すことで、技術継承や年ごとの品質安定化へもアプローチします。
また、アラート発報機能が標準システムとして加わっているので、各作物、各施設に設定した温度や湿度の基準値を超えたとき、メールなどですぐに知らせることができます。これにより、迅速な対応を可能にしました。
また、「なんつい」と「なんついWEB」はワンストップのパッケージシステムとして利用できるため、個別の費用はかかりません。

簡単操作で導入後の活用も楽

温湿度センターには、複雑な操作や高度な知識は必要ありません。また、計測する指標もあ温湿度のみに絞っているので、いきなり多くの指標を追いかけるのと比べると作業者の負担も圧倒的に軽いのです。
初めてIoTを導入する農業従事者にとっては、無理なく始められる最初の一歩に最適なサービスになります。

ユーピーアールの温湿度センサーの強み

数ある温湿度センサーの中で、ユーピーアールのセンサーを導入するメリットをご紹介します。

レンタル利用でランニングコストの削減

なんついはレンタル利用が可能ですので、デバイスを購入する必要がありません。ですので、栽培時期にだけ導入することも出来るので、不要なランニングコストを削減することが可能です。

高機能なデバイスでトラブル防止

デバイス「なんつい」の端末に付属する温湿度センサーは、高精度な温度ロガーで、端末に故障や電源OFF棟のトラブルが起きたときでも温度・湿度の計測は停止しません。また、デバイスも個別でバッテリーを有しているため、電気設備の不良や停電などによるIoTシステムの停止を避けることできます。
 

ユーピーアールのIoT導入の流れ

ユーピーアールの温湿度パッケージの導入がおすすめです。検討中の企業のため、導入までの流れを簡単にまとめました。

• まずはお問い合わせから

まずは、電話やお問い合わせフォームからお気軽にお問い合わせください。問い合わせ後、担当者が温湿度管理に関する悩みや課題のヒアリングを行います。やりたいことや実現したいことを汲み取ったうえで、予算を考慮しつつ、さらに付加価値をつけた提案を行います。

• 導入効果を検討し、ご発注いただく

導入効果の検討後、ご要望に合致すればご発注いただきます。温湿度監視サービス自体はクラウドで利用できるため、専用のWebサイトにログインするだけで利用開始できます。

• 取付工事を実施し、運用開始

監視・計測機器などの取付工事を実施し、いよいよ運用開始です。運用開始後も、不安な点やわからない点がある場合は、お気軽にご相談ください。
 

ユーピーアールの温湿度センサーのご利用料金

ユーピーアールの温湿度遠隔監視ソリューション

ユーピーアールは温湿度の遠隔監視をするIoTソリューションサービスを提供しております。
遠隔監視IoTシステム【温度・湿度の管理はみえーるどシリーズ】

対応温度センサー

・RTR501B/RTR501BL　(税別)14,800円/17,800円
・RTR502B/RTR502BL　(税別)16,800円/19,800円
・RTR503B/RTR503BL　(税別)24,800円/27,800円
・RTR507B/RTR507BL　(税別)32,000円/35,000円
・RTR505B/RTR505BL　(税別)23,500円/26,500円

初期費用

・親機　47,000円/台(税別)
・子機　子機対応表による
・初回登録手数料　)3,000円/台(税別)

月額費用

・親機利用料　月額1,500円/親機(税別)
・子機利用料　月額1,500円/子機(税別)
 

まとめ

温湿度センサーは、1つのセンサーで温度・湿度を同時に計測できるデバイスです。

温湿度センサーには、環境温度を計測するタイプと、センサー部がワイヤーになっているプローブ付きタイプあり、バッテリーやセンサー種類などをラインナップから選ぶことができます。近年、温湿度センサーの導入事例が増加しているのが農業分野です。作物の生育状況の管理や、ビニールハウスの温度・湿度監視を行うため、温湿度センサーを用いたIoTソリューションは今やなくてはならないものになりつつあります。