コンテンツメニュー
● 導入
● 負荷セルの理解
● 変換プロセス
● 実用的な考慮事項
>> 1。信号調整
>> 2。温度補償
>> 3。キャリブレーション
>> 4。非線形性補正
● 高度なテクニック
>> 3。動的力測定
● アプリケーション
● 将来の傾向
● 結論
● よくある質問
>> Q2：ロードセルをどのくらいの頻度で調整する必要がありますか？
>> Q4：アプリケーションに適切な容量ロードセルを選択するにはどうすればよいですか？
>> Q5：ロードセルの測定における一般的なエラーの発生源は何ですか？
荷重セルは、製造から航空宇宙まで、さまざまな業界で不可欠なコンポーネントであり、力と重量の測定と監視において重要な役割を果たしています。負荷セルを使用するときに発生する最も一般的な質問の1つは、電圧出力を意味のある力測定に変換する方法です。この包括的なガイドでは、変換のプロセスを説明します 基本的な概念から高度な技術まで、すべてをカバーするために、セル 電圧を強制します。
変換プロセスに飛び込む前に、セルが何であり、どのように機能するかを理解することが不可欠です。負荷セルは、機械的力を電気信号に変換するトランスデューサーです。彼らは通常、ひずみゲージを使用して、適用された力の下で構造部材の変形を測定します。ロードセルは、次のようなさまざまなタイプになります。
1。ひずみゲージ負荷セル
2。油圧負荷セル
3。空気圧負荷セル
4。容量性負荷セル
これらの中で、ひずみゲージ負荷セルは、その精度、信頼性、および費用対効果のために最も一般的です。
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、構造部材にわずかな変形を引き起こします。この変形は、通常、ホイートストーンブリッジ構成に配置されるひずみゲージによって測定されます。
ホイートストーンブリッジは、抵抗の小さな変化を測定可能な電圧出力に変換します。この出力電圧は、適用された力に比例し、変換プロセスの基礎を形成します。
負荷セル電圧を力に正確に変換するには、ロードセルの重要な仕様を理解する必要があります。
1。定格容量：ロードセルが測定するように設計された最大力。
2。感度：通常、MV/V（ボルトあたりのミリボルト）で発現します。これは、励起電圧の単位あたりの出力電圧をフル容量で示します。
3。励起電圧：ロードセルに電力を供給するために必要な入力電圧。
4。非線形性：無負荷と定格容量の間の直線からの最大偏差。
5。ヒステリシス：同じ力が加えられた場合、力が増加し、1回は力の減少からの出力測定値の最大差。
これらの仕様を理解することは、正確な電圧からフォースへの変換に不可欠です。
さて、負荷セル電圧を力に変換する段階的なプロセスを掘り下げましょう。
荷重セルの感度は通常、メーカーによって提供され、MV/vで表されます。たとえば、荷重セルの感度は2 mV/vです。
フルスケール出力を計算するには、感度に励起電圧を掛けます。たとえば、励起電圧が10Vで、感度が2 mV/Vの場合：フルスケール出力= 2 mV/V * 10V = 20 mV
力が荷重セルに適用されたら、実際の出力電圧を測定します。これは通常、高精度の電圧計またはデータ収集システムを使用して行われます。
力を計算するには、次の式を使用します。力=（測定電圧 /フルスケール出力） *定格容量の場合、測定電圧が10 mVの場合、フルスケール出力は20 mVで、定格容量は1000 n：力=（10 mV / 20 mV） * 1000 n = 500 n
基本的な変換プロセスは簡単ですが、留意すべきいくつかの実際的な考慮事項があります。
荷重セル出力は通常、ミリボルト範囲であり、ノイズや干渉の影響を受けやすい場合があります。機器アンプなどの信号コンディショニング回路は、変換前に信号を増幅およびフィルタリングするためによく使用されます。
負荷セルは温度変化に敏感です。多くの最新の負荷セルには、組み込みの温度補償が含まれていますが、特に大幅な温度変動を持つ環境では、この要因を考慮することが不可欠です。
定期的なキャリブレーションは、精度を維持するために重要です。これには、既知の力を荷重セルに適用し、それに応じて変換係数を調整することが含まれます。
荷重セルは線形になるように設計されていますが、特にその範囲の極端にはわずかな逸脱があります。高度なシステムは、非線形性補正アルゴリズムを組み込んで、測定範囲全体で精度を向上させる場合があります。
高精度アプリケーションでは、いくつかの高度な手法を採用できます。
DSPテクニックを使用して、ノイズをフィルタリングし、高度なキャリブレーションを実行し、複雑な補償アルゴリズムを実装できます。
単一のキャリブレーションポイントに依存する代わりに、マルチポイントキャリブレーションには、複数の既知の力での荷重セル出力の測定が含まれます。これにより、測定範囲全体でより正確な変換が可能になります。
急速に変化する力を含むアプリケーションの場合、ロードセルの動的な動作を説明するために特殊な技術が必要になる場合があります。
荷重セル電圧を力に正確に変換する機能には、さまざまな業界で多数のアプリケーションがあります。
1。産業の計量：小規模な実験室の残高から大型トラックスケールまで。
2。材料テスト：材料の引張力と圧縮力の測定。
3。航空宇宙：飛行中の航空機コンポーネントの監視力。
4。ロボット工学：ロボットアームとグリッパーに強制フィードバックを提供します。
5。医療機器：リハビリテーション機器と補綴物における正確な力の適用を確保する。
負荷セルを使用する場合、いくつかの一般的な問題に遭遇する可能性があります。
1。ドリフト：多くの場合、温度の変化または機械的弛緩が原因で、時間の経過に伴う出力の徐々に変化します。
2。ノイズ：出力信号の不要な変動。電気的または機械的な原産地である可能性があります。
3。過負荷：定格容量を超えて力を適用します。これにより、永久的な損傷またはキャリブレーションシフトにつながる可能性があります。
4。クリープ：通常、ロードセルの材料特性が原因で、一定負荷の下での出力の徐々に増加します。
これらの問題とその原因を理解することは、正確な力測定を維持するために重要です。
負荷セルテクノロジーと力測定の分野は継続的に進化しています。いくつかの新たなトレンドには次のものがあります。
1。ワイヤレスロードセル：大規模アプリケーションでの複雑な配線の必要性を排除します。
2。スマートロードセル：高度なキャリブレーションと診断のためにオンボード処理を組み込む。
3。小型化：コンパクトなデバイスで使用するためのより小さく、より敏感な負荷セルの開発。
4。IoTとの統合：リモート監視とデータ分析のために、ロードセルをモノのインターネットに接続します。
負荷セル電圧を力に変換することは、多くの工学および科学的分野の基本的なスキルです。荷重セルの操作、変換プロセスの習得、実用的な考慮事項と高度な手法を認識することの背後にある原則を理解することにより、アプリケーションで正確で信頼できる力測定を確保することができます。基本的な変換プロセスは簡単ですが、高い精度と関係性を達成するには、詳細、定期的なキャリブレーション、特定の要件の理解が必要です。
A1：用語はしばしば交換可能に使用されますが、ロードセルは特定のタイプの力センサーです。荷重セルは通常、構造要素の変形を介して力を測定しますが、力センサーは圧電効果や容量性センシングなど、他のさまざまな原理を使用できます。
A2：キャリブレーション頻度は、アプリケーション、環境、および必要な精度に依存します。一般に、少なくとも毎年ロードセルを較正することをお勧めしますが、高精度のアプリケーションまたは過酷な環境には、より頻繁なキャリブレーションが必要になる場合があります。
A3：はい、ロードセルは動的な力を測定できますが、ロードセルの固有周波数やデータ収集システムのサンプリングレートなどの要因を考慮する必要があります。高速動的測定には、特殊な負荷セルとデータ収集手法が必要になる場合があります。
A4：最大予想力を約20〜50％超える定格容量のロードセルを選択します。これにより、安全マージンが提供され、ロードセルが最も正確な範囲で動作するようにします。ただし、大きい力に対する感受性を低下させる可能性があるため、過大化を避けてください。
A5：一般的な誤差源には以下が含まれます。-温度変動 - 不適切な取り付けまたはアライメント - 電気ノイズ - 過負荷 - ヒステリシスと非線形性 - クリープ、およびこれらのエラー源の長期的なドリフト理解と緩和は、正確な力測定に重要です。
