回転計
回転計は回転体の回転速度を非接触または接触で計測する計測器である。一般に単位はrpm（revolutions per minute）で表し、角速度ωとの関係はω＝2πn/60（rad/s）で与えられる。工場のモータ、ポンプ、送風機、タービン、エンジン、工作機械主軸など、回転機械の状態監視、制御、性能試験、保全に広く用いられる。非接触式は光学・磁気検出により回転要素の通過頻度を計数し、接触式はローラやシャフトを介して機械的に速度を伝達する。回転計は測定原理の理解、設置、信号処理、校正の各観点を押さえることで、信頼できるデータが得られる。
測定原理
回転計の基本は「パルス周波数→回転数」への換算である。光学式は反射マークやスリットを照射し、反射光や遮光の立ち上がりを検出する。磁気式は歯車やマグネットの通過で磁束変化を得る。ホール素子や磁気ピックアップはパルスを直接出力し、周波数fと回転数nはn＝60f/m（mは1回転当たりのパルス数）で関係づけられる。機械式（遠心式）は回転に比例する遠心力をばねと釣り合わせて指示するが、動特性や摩耗の影響を受けやすい。
- 光学式：反射テープ・レーザ照射・フォトダイオードで検出
- 磁気式：ギヤ歯・磁性ターゲット・ホールIC・誘導型センサ
- 機械式：遠心ガバナ・巻取り接触ローラ
接触式と非接触式
接触式回転計はローラやコーンを回転体に軽圧接して測るため、低速でも安定し、表面状態の影響が小さい。一方でスリップや接触圧のばらつき、被測定物の摩耗に注意する。非接触式は高回転や高温・危険部で有利で、軸から離れて設置できるが、反射率・距離・外乱光・磁性の有無など周辺条件の管理が重要である。
仕様と性能指標
回転計の選定では測定範囲（min〜max rpm）、分解能（最小表示ステップまたは最短ゲート時間）、基本確度（±%rdg±%dgt）、繰返し性、応答時間、最大パルスレート、許容振動・温度範囲、保護等級などを確認する。ゲート時間が長いほど分解能は上がるが応答は遅くなるため、過渡把握には短い時間窓と移動平均の併用が有効である。
信号処理と出力
パルス信号はシュミットトリガでエッジ成形し、ローパスやヒステリシスでチャタリングを抑制する。周波数カウンタ方式は積算時間法、周期測定法、相互周波数法などを用い、低速域では周期測定が有利である。出力はアナログ（0–10 V、4–20 mA）やデジタル（TTL、Open-collector、RS-485、CAN、Ethernet）に対応し、PLC/SCADAやデータロガと接続する。
校正とトレーサビリティ
回転計の校正は、基準モータ・基準パルス発生器・ストロボ比較などで行い、国家計量標準へトレーサブルな標準器を用いる。不確かさ要因にはゲート時間、波形ジッタ、パルス欠落、温度特性、設置ジオメトリがある。校正点は低・中・高の複数点を設定し、線形性とヒステリシスを確認する。
設置と運用上の注意
光学式では反射マークを清浄・平滑面に貼付し、視野角・スタンドオフ距離・外乱光を管理する。磁気式ではギヤ歯先とセンサのギャップを規定内に保ち、ケーブルはシールド・ツイストで電磁ノイズを抑える。接触式では押付力を一定にし、ローラ摩耗を点検する。取り付け具は適切なボルト締結で剛性を確保し、共振・偏心を避ける。
- 同心度・振れの事前測定
- 反射テープ幅とパルス数mの整合
- ケーブル引き回し最短化と接地一点化
- 高回転域でのガード設置と飛散対策
応用と計算例
モータの出力PはトルクTと回転数nからP＝2πnT/60で算出でき、回転計測定は性能評価や効率算出に直結する。ポンプ・送風機では相似則により流量∝n、全圧∝n²、軸動力∝n³で変化するため、回転数管理が省エネ制御の要点となる。加工主軸では周速V＝πDN（Nはrps）より工具材質の許容周速を満たすよう設定する。
サンプリングとエイリアシング
データ収集ではサンプリング周波数を十分に高く取り、ゲート時間を動作に適合させる。多パルス化（m増加）で低速でも高分解能化できるが、パルス欠落時の誤差が増大するため信頼性の高いエッジ検出と欠落検知ロジックが必要である。FFT等の周波数解析と組み合わせると、同軸のアンバランスや歯車欠損の診断にも応用可能である。
安全と法令・規格の留意点
回転計の設置点は回転体防護（カバー、インターロック）、ロックアウト/タグアウト、感電・巻込み防止を徹底する。防爆区域では本質安全防爆や耐圧防爆の適合を確認する。機械安全（ISO、JIS）や電気安全に関する関連規格を参照し、リスクアセスメントに基づきフェールセーフな監視・停止設計を行う。
角速度・周波数換算の要点
rpm→rad/sはω＝2πn/60、パルス周波数fからはn＝60f/mで求める。ゲート法ではΔn≈60/(mTg)（Tgはゲート時間）が目安となり、所要分解能からTgやmを逆算すると設計が容易である。これらの換算式を正しく適用することで、回転計の測定結果を制御・診断・性能評価に確実に活用できる。
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