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>> ひずみゲージ負荷セル
● 負荷セルの種類
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>> 産業の計量システム
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>> 較正
>> 環境上の考慮事項
>> 過負荷保護
● 結論
● よくある質問
ロードセル技術は、さまざまな業界での力と重量を測定する方法に革命をもたらしました。これらの洗練されたセンサーは、産業の計量システムから精密な科学的機器に至るまで、アプリケーションで不可欠になっています。この包括的なガイドでは、荷重セルの複雑な仕組みを掘り下げ、それらの多様なアプリケーションを調査し、この重要な測定技術のこの重要な分野での最新の進歩を調べます。
a ロードセルは、 機械的入力を電気出力に変換することにより、力または重量を測定するように設計された電気機械センサーです。これらの汎用性の高いデバイスは、多くの計量システムと強制測定アプリケーションのバックボーンです。負荷セルには、特定のユースケースと環境条件に合わせて調整されたさまざまなタイプとサイズがあります。
最も一般的なタイプの荷重セルは、ひずみゲージテクノロジーを利用しています。ひずみゲージ負荷セルは、適用された力に応答して電気抵抗の変化の原理で動作します。力が荷重セルに適用されると、セルの構造にわずかな変形が発生します。この変形は、負荷セルの表面に結合した薄い金属箔または半導体材料であるひずみゲージによって測定されます。
負荷セルが圧力下で変形すると、ひずみゲージが伸びるか圧縮され、電気抵抗が変化します。この抵抗の変化は、適用された力に比例し、重量または力の正確な測定を可能にします。
ひずみゲージによって生成される抵抗の小さな変化を正確に測定するために、荷重セルは通常、ホイートストーンブリッジ回路を使用します。この構成は4つの抵抗要素で構成され、ひずみゲージはしばしばこれらの4つの要素の2つまたはすべてとして機能します。ホイートストーンブリッジは、微小抵抗の変化を検出することを可能にし、それらを測定可能な電気信号に変換して、重量または力の読み取り値として表示できるようにします。
荷重セルにはさまざまな設計があり、それぞれが特定のアプリケーションと測定範囲に最適化されています。いくつかの一般的なタイプには以下が含まれます。
これらの負荷セルは、それらを押し下げる力を測定するように設計されています。これらは、プラットフォームスケール、トラックスケール、および産業の計量アプリケーションで一般的に使用されています。
張力負荷セルは引っ張り力を測定し、クレーンスケール、材料テスト、リフティングアプリケーションでよく使用されます。
これらの汎用性のある負荷セルは、張力と圧縮力の両方を測定できます。それらは、一般的にタンクの計量、ホッパースケール、およびコンベアベルトのスケールで使用されます。
S字型の設計にちなんで名付けられたこれらの負荷セルは、張力と圧縮の両方を測定できます。それらは、吊り下げスケール、クレーンスケール、および材料テストアプリケーションでよく使用されます。
これらのコンパクト負荷セルは、限られたスペースを持つアプリケーション向けに設計されています。それらは一般に、ポータブルスケール、強制試験装置、および医療機器で使用されます。
負荷セルの汎用性と精度により、多くの業界で不可欠なものになっています。ここにいくつかの重要なアプリケーションがあります：
負荷セルは、産業の計量システムの基礎を形成し、原材料、完成品、およびその間のすべての正確な測定を可能にします。トラックのスケールからコンベアベルトの計量システムまで、荷重セルは正確な在庫管理と品質管理を保証します。
航空宇宙および自動車産業では、荷重細胞が構造試験、コンポーネント評価、安全評価に重要な役割を果たします。エンジニアが、テストおよび開発段階での航空機コンポーネント、車両部品、および構造全体に力とストレスを測定するのに役立ちます。
荷重セルは、患者のリフト、病院のベッド、リハビリテーション機器など、さまざまな医療機器で使用されます。それらは、患者の監視と薬の適切な投与のための正確な体重測定を確保します。
農業では、穀物サイロ、家畜の鱗、収穫機器で荷重細胞が使用され、作物の収量と動物の体重を監視します。食品加工業界は、正確な成分の測定と包装操作のために、荷重セルに依存しています。
負荷セルは多くのロボットシステムに不可欠であり、アセンブリ、材料の取り扱い、品質検査などのタスクでの正確な制御のための強制フィードバックを提供します。
技術が進化し続けるにつれて、負荷セルも進化します。最近の進歩は、精度、耐久性、統合機能の向上に焦点を当てています。
従来のアナログロードセルは、シグナル処理の改善、キャリブレーションの容易、最新の制御システムとのより良い統合を提供するデジタルバージョンに置き換えられています。
ワイヤレステクノロジーにより、物理的な接続を必要とせずにデータを送信できる負荷セルの開発が可能になり、インストールを簡素化し、メンテナンス要件が削減されました。
極端な温度で動作するように設計された特殊な負荷セルは、特に鉄鋼生産や航空宇宙試験などの産業で、用途の範囲を拡大しました。
材料と製造技術の進歩により、ますますコンパクトな負荷セルが開発され、スペースが制約のあるアプリケーションとポータブルデバイスで使用できるようになりました。
負荷セルの精度と信頼性は、効果的な動作に不可欠です。いくつかの要因が高性能の維持に貢献しています：
定期的なキャリブレーションは、荷重セルが時間の経過とともに正確な測定を提供することを保証するために不可欠です。このプロセスには、荷重セルの出力を既知の参照重みと比較し、必要な調整を行うことが含まれます。
負荷セルは、温度、湿度、振動などの環境要因の影響を受ける可能性があります。特定の環境のための荷重セルの適切な選択と補償技術の使用は、さまざまな条件下で精度を維持するのに役立ちます。
過負荷保護メカニズムを実装すると、過度の力による負荷セルの損傷を防ぎ、長期的な信頼性と精度を確保するのに役立ちます。
産業はより高い精度、より高い効率、よりスマートなシステムを要求し続けているため、これらのニーズを満たすためにロードセルテクノロジーが進化しています。将来の開発には次のものが含まれます。
- リアルタイムの監視と予測メンテナンスのために、IoT（モノのインターネット）との統合
- 極端な状況で耐久性とパフォーマンスを改善するための高度な材料
- 精度と自己キャリブレーション機能を向上させるためのAI電源信号処理
- 超コンパクト負荷セルのMEMS（マイクロエレクトロメカニカルシステム）テクノロジーの使用の増加
ロードセルセンサーは、現代の産業、科学研究、日常生活の不可欠な部分になっています。力と体重を正確に測定する能力により、産業の自動化からヘルスケアまでの分野での進歩が可能になりました。テクノロジーが進行し続けるにつれて、ロードセルは間違いなく、測定および制御システムの将来を形作る上でさらに重要な役割を果たします。荷重セルの動作、利用可能なさまざまなタイプ、およびその幅広いアプリケーション、エンジニア、意思決定者がこれらの重要なセンサーを選択および実装する際に情報に基づいた選択をすることができます。橋の安全性を確保したり、製造プロセスを最適化したり、科学的研究を進めたりするかどうかにかかわらず、荷重セルは精密測定技術の最前線にあり続けます。
A1：センサーのタイプと品質によって、ロードセルの精度は異なります。高精度負荷セルは、フルスケールの0.03％から0.25％の精度を達成できます。適切なキャリブレーション、環境条件、関連する電子機器の品質などの要因はすべて、精度を維持する上で役割を果たします。
A2：用語はしばしば交換可能に使用されますが、微妙な違いがあります。ロードセルは、通常、重量または静的な力を測定する特定のタイプの力センサーです。力センサーは、一般に、動的な力を含むより広範な力を測定できます。すべての負荷セルは力センサーですが、すべての力センサーが負荷セルではありません。
A3：はい、一部の負荷セルは、張力と圧縮力の両方を測定するように設計されています。 S型荷重セルとせん断ビーム荷重セルは、両方向の力を測定できるセンサーの例です。ただし、一部の負荷セルは、張力測定または圧縮測定のみで特別に設計されています。
A4：ロードセルの寿命は、その使用、環境条件、および品質によって大きく異なります。通常の動作条件下で適切なメンテナンスにより、高品質の負荷セルは10年以上続くことがあります。ただし、過負荷、過酷な環境、頻繁な温度変動などの要因は、負荷セルの寿命を大幅に減らすことができます。
A5：はい、力測定のための代替技術があります。いくつかの例は次のとおりです。
- 流体圧力を使用して力を測定する油圧負荷セル
- 測定に空気圧を使用する空気圧負荷セル
- 電気静電容量の変化を測定する静電容量性負荷セル
- 適用された力に応じて電荷を生成する圧電センサー
これらの代替品にはそれぞれ独自の利点と制限があり、選択は特定のアプリケーション要件に依存します。
