センサの原理とは？一言でいうと
センサの原理とは、測りたい物理量の変化を、素子の電気的な性質の変化（抵抗・静電容量・電圧・電荷など）に結びつけ、電気信号として取り出す仕組みです。
IoTデバイスの中では、センサは入口にあたります。素子が出す信号はたいてい小さく、雑音も混じるので、次のような順番で処理されてからマイコンやクラウドに渡ります。
- 1
検出
センサ素子が物理量の変化を抵抗・容量・電圧などの変化に変える
- 2
信号の調整
ブリッジ回路や増幅器で扱いやすい電圧にし、フィルタで不要な成分を減らす
- 3
A/D変換
アナログの電圧を一定の間隔で読み取り、数値にする
- 4
処理・送信
マイコンが単位をそろえ、必要に応じてゲートウェイやクラウドへ送る
センサの原理は、この流れの最初の「検出」で素子の中に起きていること。
- 検出：センサ素子が物理量の変化を抵抗・容量・電圧などの変化に変える。
- 信号の調整：ブリッジ回路や増幅器で扱いやすい電圧にし、フィルタで不要な成分を減らす。
- A/D変換：アナログの電圧を一定の間隔で読み取り、数値（デジタル値）にする。
- 処理・送信：マイコンが単位をそろえ、必要に応じてゲートウェイやクラウドへ送る。
2の雑音対策はノイズとフィルタとは、3の読み取り方はA/D変換とサンプリング定理で扱っています。この記事では1の「素子の中で何が起きているか」と、センサの性能を表す用語を整理します。
物理量はどうやって電気信号になる？4つの変換の型
センサの種類は非常に多いですが、「素子の何が変わるか」で分けると、試験で見かける代表的なものは次の4つの型に収まります。
| 変換の型 | 何が変わるか | 代表的な素子 | 読み出しの工夫 |
|---|---|---|---|
| 抵抗が変わる | 温度やひずみで電気抵抗の値が変わる | 測温抵抗体（Pt100は0℃で100Ω）、サーミスタ、ひずみゲージ | 電流を流し、電圧の変化として読む（ブリッジ回路など） |
| 静電容量が変わる | 電極の間隔や、間にある物質の誘電率が変わる | 静電容量式の湿度センサ、MEMSの加速度センサ・気圧センサ | 容量の変化を電圧や周波数に変える回路を組み合わせる |
| 自ら起電力・電荷を生む | 温度差・力・光によって電圧や電荷・電流が生じる | 熱電対（ゼーベック効果）、圧電素子（圧電効果）、フォトダイオード | 外部からの電源なしでも信号が出る。微小なので増幅が必要 |
| 磁気で変わる | 磁場によって電圧や抵抗が変わる | ホール素子、磁気抵抗素子（TMRなど） | 地磁気や磁石の位置を電気信号にする |
たとえば、村田製作所は加速度センサを「シリコン容量型3D MEMS」、気圧センサを「静電容量型MEMS」として説明しています。Sensirion の温湿度センサ SHT40 は静電容量式で湿度を測り、I2C のデジタル信号で出力します。Bosch Sensortec の地磁気センサ BMM350 は TMR（トンネル磁気抵抗）技術を使っています（いずれも2026年9月27日確認）。
同じ物理量でも原理は1つではありません。温度なら「抵抗が変わる」測温抵抗体・サーミスタと、「起電力を生む」熱電対の両方があります。種類ごとの使い分けは温度・湿度・圧力センサの種類で比較しています。
POINT
「アクティブ／パッシブ」という分け方は、「電源が要るかどうか」と「自分から光や音を出して反射を測るかどうか（超音波センサなど）」の2つの意味で使われます。問題文がどちらの意味で使っているかを先に確かめてください。
感度・分解能・精確さは何が違う？
センサの性能を表す言葉は、日常語の「精度が高い」でひとまとめにされがちです。国際度量衡局（BIPM）などがまとめた国際計量用語集（VIM）では、次のように区別されています。
分解能（℃）＝ 入力範囲 ÷ 段数 ÷ 感度
- 110ビットは2の10乗で1,024段階
- 2A/D変換の1段：5V ÷ 1,024 ＝ 約4.9mV
- 3温度に直す：4.9mV ÷ 10mV/℃ ＝ 約0.49℃
分解能 ＝ 約0.5℃
分解能が約0.5℃でも、センサ自体の誤差が±1℃なら精確さは±1℃程度にとどまる。
感度10mV/℃・0〜5V・10ビットは当サイトが作った計算例です。
| 用語 | 意味 | 例 |
|---|---|---|
| 感度 | 測る量の変化に対する、出力（指示値）の変化の割合 | 温度が1℃上がると出力が10mV増える → 10mV/℃ |
| 分解能 | 出力に目に見える変化が現れる、測る量の最小の変化 | 0.5℃未満の変化では表示が変わらない |
| 精確さ（accuracy） | 測定値が真の値にどれだけ近いか | 真の値25.0℃に対して25.3℃と出る |
| 精密さ（precision） | 同じ条件で繰り返し測った値どうしのそろい具合 | 何度測っても25.3℃前後にそろう |
日本語では accuracy を「精確さ」「正確さ」、precision を「精密さ」と訳すことが多く、日常語の「精度」はどちらの意味にも使われます。試験では、選択肢の説明文がどの意味を指しているかで判断してください。
独自の計算例：感度10mV/℃の温度センサを、0〜5Vを10ビット（1,024段階）で読むA/D変換につなぐとします。Arduino の公式リファレンスでは、UNO R3 の読み取りの1段が「5V÷1,024＝約4.9mV」と説明されています。1段の4.9mVは温度に直すと約0.49℃なので、この組合せの分解能は約0.5℃です。
ここで注意したいのは、分解能が0.5℃でも、センサ自体の誤差が±1℃なら精確さは±1℃程度にとどまることです。細かく読めることと、正しい値が出ることは別の性能です。
＋ は参照値、丸い点は説明用の測定値
近くにまとまる
値どうしがそろい、参照値の近くにある。
ずれてまとまる
値どうしはそろっても、参照値からずれている。
ばらついている
繰り返した値が、広い範囲に散らばっている。
繰り返しのそろい具合が精密さ。細かい分解能だけで、参照値に近いと保証しない。
当サイトの説明用の点で、実際のセンサ測定・誤差評価ではありません。距離や面積は数値の目盛ではありません。
IoT中級ではどこで問われる？
IoTシステム技術検定 中級の公式ページに示された出題カテゴリのうち、「センサ／アクチュエータ技術と通信方式（デバイス、ネットワーク、LPWA、プロトコル）」25〜30% に当たります（2026年9月27日確認）。80問に換算すると20〜24問のカテゴリですが、その中でセンサの原理が何問出るかは公表されていません。
公式テキスト『IoT技術テキスト 第4版』では、第5章「IoTデバイス」に当たる範囲です。章とカテゴリの対応は当サイトの推定で、使っているのは目次の章名だけです。
4択の形としては、当サイトの作問の観点で次のようなものが考えられます（出題の傾向や頻度を示すものではありません）。
- センサ素子と検出原理（抵抗・容量・起電力など）の組合せを選ぶ
- 感度・分解能・精確さの説明として適切なものを選ぶ
- ビット数と入力範囲から分解能を計算する
- 用途に合うセンサと、その原理の説明の誤りを見つける
試験の形式や日程はIoTシステム技術検定 中級とはにまとめています。合格基準は公式に非公開です。
取り違えやすい点は？
| つまずき | 正しい整理 | 見分け方 |
|---|---|---|
| サーミスタも熱電対も「温度で電圧を生む」と思う | サーミスタは抵抗が変わる型、熱電対は起電力を生む型 | 外から電流を流して読むかどうか |
| 熱電対は温度そのものを測ると思う | 2つの接点の温度差に応じた起電力が出る。基準側の温度を補正して温度を求める | 「温度差」「基準接点」という言葉があるか |
| 分解能が細かければ精確だと思う | 分解能は読みの細かさ、精確さは真の値への近さで別の性能 | 「最小の変化」か「真の値」か |
| 感度が高いほど常に良いと思う | 感度が高いと測れる範囲が狭くなったり、雑音も大きく拾ったりすることがある | 測定範囲と雑音の条件が書かれているか |
| アクティブセンサは必ず電源が要るものだと思う | 「自分から光や音を出す」の意味で使う場合もある | 問題文の定義を先に読む |
確認問題1
分解能の説明はどれ？
センサの分解能の説明として、最も適切なものはどれか。
選択肢を準備しています。「正解と解説を見る」は先に開けます。
正解と解説を見る
正解：2。分解能は「どこまで細かい変化を読み分けられるか」を表します。
1 は感度の説明です。3 は精確さ（accuracy）、4 は精密さ（precision）の説明で、どちらも分解能とは別の性能です。
確認問題2
素子と原理の組合せで誤りはどれ？
センサ素子と検出の原理の組合せとして、最も適切でないものはどれか。
選択肢を準備しています。「正解と解説を見る」は先に開けます。
正解と解説を見る
正解：4。サーミスタは温度によって抵抗の値が変わる素子で、読むときは外から電流を流します。温度差で自ら起電力を生むのは熱電対です。
1・2・3 はいずれも正しい組合せです。1 はゼーベック効果、2 は抵抗が変わる型、3 は静電容量が変わる型に当たります。
確認問題3
温度の分解能を計算できる？
感度が20mV/℃の温度センサの出力を、入力範囲0〜5V・10ビットのA/D変換で読み取る。A/D変換の1段で読み分けられる温度の変化として、最も近いものはどれか。センサの誤差と雑音は考えないものとする。
選択肢を準備しています。「正解と解説を見る」は先に開けます。
正解と解説を見る
正解：1。10ビットは2の10乗で1,024段階です。1段の電圧は5V÷1,024＝約4.9mVで、これを感度20mV/℃で割ると約0.24℃になります。
2 は感度を10mV/℃として計算した値です。3 は8ビット（256段階、1段約19.5mV）として計算した値です。4 は1段の電圧4.9mVを、単位を変えずにそのまま温度と読んだ値です。
確認問題のあとは何をすればいい？
間違えた問題は「素子の何が変わるか」「その用語は何を比べているか」の2点に戻って見直してください。原理の型が言えれば、初めて見るセンサ名の選択肢でも判断しやすくなります。
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