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| 世界 | 感覚 | 物理量 | 方式 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| 認知世界 | 視覚（目） | 光 | フォトダイオード | 長さ、角度、形状、寸法、面積、体積、色 |
| 聴覚（耳） | 音 | マイク | ||
| 触覚（皮膚） | 温度 | サーミスタ、熱電対 | ||
| 圧力 | 圧力センサー | |||
| 嗅覚（鼻） | ガス | ガスセンサー | ||
| 味覚（舌） | 化学物質 濃度 | ｐＨセンサー | ||
| 固有受容覚（筋肉） 1 ) | 重さ | 電子天秤 2 ) 3 ) | 重量、質量 | |
| 前庭覚（三半規管） | 加速度センサー | |||
| 非認知世界 | 超音波 | チタン酸バリウム振動子 | ||
| 電気 | 電流センサー | |||
| 磁気 | ホール素子 | |||
| 赤外線 | 焦電型赤外線センサ |
センサーは、 エネルギーを情報に変換する。
化学の情報を電位で測定することで活用できます。 ＯＲＰ電極を使えば、消毒剤の酸化力もわかります。 ガラス電極を使えば、ｐＨがわかります。 基本になるのは、ネルンストの式やヘンダーソンの式。 基準電極をとして銀塩化銀電極を使います。 銀をアノード酸化して、銀塩化銀とし、電位の基準とします。
レセプター→トランスデューサー→メーター
レセプター→トランスデューサー→アンプ→メーター
レセプター→トランスデューサー→アンプ→ＡＤ変換→液晶ディスプレイ
ライブコンサートをライブ配信で楽しむことを考えてみましょう。
図 3 . 音声 から 通信回線 へ ライブの音声は、もともとは空気の圧力変化です。 この圧力の変化量をマイクを使って電圧の変化量に変えます。 このように量から量への変換をアナログ処理と言ったりします。 次に、電圧の変化量を数字にします。電圧と時間を数字にします。 この量を数字にする変換をアナログデジタル変換（ＡＤ変換）と言います。
この数字を通信回線を使って送ります。
図 4 . 通信回線 から 音声 へ 今度は数字を、電圧の変化量にします。数字を電圧と時間にします。 この数字を量にする変換をデジタルアナログ変換（ＤＡ変換）と言います。 そしてその電圧でスピーカーを駆動し、空気の圧力変化にします。 これで、視聴者がライブを聞けるわけです。
ここでマイクなどをセンサー、スピーカーなどをアクチュエータと言います。
13.情報処理概論 12.無機工業化学 8.工業概論
| 項目 | コンデンサマイク （エレクトレット） | ダイナミックマイク | ||
|---|---|---|---|---|
| 感音材料 | 誘電体（圧電体） （ セラミックス） | 磁性体（金属） | ||
| 原理 | コンデンサによる静電容量の変化を捕らえます。 | コイルによる起電力を捉えます。 | ||
| 用途 | スマホ、ＰＣ | スマートスピーカー | ||
| 歴史 | 昭和(戦後) | 平成（スマホ）、昭和（イヤホン） |
連続的な 量の大きさをいくつかの区間に区分し、各区間内を同一の値とみなすことを量子化と言う。 ・・・ 量子化誤差 が生じる。 量子化誤差は、実際の アナログ信号と変換時に丸められた近似的デジタル信号との差のことである。
4 )
センサー で電圧に変換した光や音を、デジタル情報に変換します。 たとえばマイクで電圧に変換し、 ＡＤ変換で、デジタル情報にすれば、音声をＣＤやフラッシュメモリにデジタル 記録 できます。
| 方式 | 特徴 | 製品例 |
|---|---|---|
| デコード | 消費電力が小さい | |
| ラダー | 線形性がよい | |
| スイッチング | 消費電力が少ない | スイッチングレギュレータ デジタルアンプ （ D級アンプ） |
| 項目 | デジタル | アナログ |
|---|---|---|
| 表現 |
21:43
|
|
| 装置例 |
デジタル時計 データロガー ファンクションジェネレータ |
アナログ時計 ペンレコーダ 発振器 |
| 特徴 |
数字（文字）
測定数値を正確に表現 |
量（
角度・長さ）
連続的で微妙な変化を一目で直感的に表現 |
| 精度 | 有限（桁数） | 無限 |
| 時間遅れ※1 | あり | なし |
| 媒体 間のコピー | 容易・高速 | |
| 順序※2 | あり | なし |
| 約束事 | あり | なし |
| 曖昧さ | なし | あり |
| 感覚 | 論理的 | 直感的 |
| 画像 |
|
|
| 音声 |
|
※1. 地上デジタル放送になって、テレビから時報が消えました。 それはデジタル情報には、時間遅れが必ず生じるからです。
※2. デジタルを送るには順序が必要です。エンディアンやバイトオーダーなどと言われます。 シリアライズと同等の概念です。 本質的には言語の線条化と同じ概念です。
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電池の起電力―銀塩化銀電極とネルンストの式―の単元で 参照電極としての銀塩化銀電極について学んだ。
銀塩化銀電極は、心電図の測定の際の電極にも使われている。 銀塩化銀ペーストを使ったディスポーザブルタイプもある。
| 例 | 備考 | |
|---|---|---|
| 銀｜塩化銀電極 | AgCl + e- ↔ Ag + Cl- Eº = 0.2223V* | 温度、 Cl-濃度に依存 |
| 水銀｜塩化水銀電極 | Hg2Cl2 + 2e- ↔ 2Hg(l) + 2Cl- Eº = 0.26816V * | 温度、Cl-濃度に依存 |
| 水銀｜酸化水銀電極 | HgO + H2O + 2e- ↔ Hg(l) + 2OH- Eº = 0.0977V * | アルカリ用（アルカリ電池の研究、粘土分散液の研究）、温度、OH-濃度に依存 |
| 水銀｜硫酸水銀電極 | Hg2SO4 + 2e- ↔ 2Hg(l) + SO42- Eº = 0.613V * | 酸性用（鉛電池の研究、二酸化マンガンの電解合成の研究）、温度、SO42-濃度に依存 |
銀塩化銀電極の生体測定への応用例について調べて書きなさい。
ｐH電極の構成と測定原理について書きなさい。
ORP電極というのがある。酸化還元電位だけでは化学種は特定できない。科学的根拠を持って活用しよう。
酵素センサ、免疫センサに使われる電極と測定原理について書きなさい。
酸素センサ、ガス漏れセンサ、湿度センサに使われる電極と測定原理について書きなさい。
次回の エネルギー化学は 工業製品への応用２―乾電池・ディスプレイ―を勉強しましょう。
©2023 Kazuhiro Tachibana
このマークは本説明資料に掲載している引用箇所以外の著作物について付けられたものです。
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