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>> ひずみゲージテクノロジー
● 負荷セルの種類
>> 1。単一点荷重セル
>> 2。Sビーム負荷セル
>> 4。ボタンロードセル
>> 5。ビーム負荷セル
>> 材料の選択
>> 建設技術
>> 1。ゲージの配置
>> 2。温度補償
>> 4。過負荷保護
● 力測定技術の統合
>> 信号コンディショニング
>> デジタル信号処理
>> キャリブレーション方法
>> キャリブレーション手順
>> シーリングテクニック
>> 1。剛性サポート構造
>> 2。取り付けキットの使用
>> 4。ケーブル管理
● 結論
● よくある質問
>> Q2：ロードセルに適切な容量を選択するにはどうすればよいですか？
>> Q4：ロードセルはどのくらいの頻度で調整する必要がありますか？
負荷セルは、さまざまな業界で重要なコンポーネントであり、力測定と計量システムのバックボーンとして機能します。産業用スケール、テスト機器、または自動製造プロセスを開発しているかどうかにかかわらず、方法を理解する方法 デザインロードセルは、 正確で信頼できる測定を実現するために不可欠です。この包括的なガイドでは、基本原則から高度な最適化技術まで、ロードセル設計の複雑さを説明します。
そのコアでは、ロード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。設計プロセスは、荷重セルの動作を支配する基本原則を明確に理解することから始まります。
ほとんどの最新の負荷セルは、ひずみゲージ技術を利用しています。ひずみゲージは、機械的変形にさらされると電気抵抗を変化させる薄い金属箔または半導体デバイスです。負荷セルでは、これらのゲージは、通常は金属製の特別に設計された構造に戦略的に配置されています。
力が荷重セルに適用されると、構造がわずかに変形し、ひずみゲージが伸びまたは圧縮されます。この変形は、ゲージの電気抵抗を変化させ、測定して力の読み取り値に変換できます。
抵抗の小さな変化を増幅し、温度効果を補正するために、通常、荷重セルのひずみゲージがホイートストーンブリッジ回路に配置されます。この構成は4つの抵抗要素で構成され、少なくとも1つはアクティブなひずみゲージです。ホイートストーンブリッジは、小さな抵抗変化の正確な測定を可能にし、コモンモードエラーをキャンセルし、ロードセルの全体的な精度と安定性を改善します。
さまざまな種類の負荷セルを理解することは、特定のアプリケーションに適した設計を選択するために重要です。各タイプには独自の強みと制限があり、さまざまなシナリオに適しています。
単一点荷重セルは、単一のアプリケーションで力を測定するように設計されています。それらは一般に、小さなプラットフォームスケールと小売の計量アプリケーションで使用されます。
S字型のデザインにちなんで名付けられたSビーム負荷セルは汎用性が高く、張力と圧縮力の両方を測定できます。それらは、吊り下げスケールアプリケーションと材料テストでよく使用されます。
圧縮負荷セルとも呼ばれるキャニスター荷重セルは、形状が円筒形であり、大容量荷重を処理するように設計されています。それらは一般にトラックスケールと大規模な産業用途で使用されています。
ボタンロードセルはコンパクトで、スペースが制限されているアプリケーション向けに設計されています。これらは、医療機器や小規模な力測定アプリケーションでよく使用されます。
ビーム負荷セルには、曲げビームやせん断ビーム設計など、さまざまな構成があります。それらは、産業の計量およびプロセス制御アプリケーションで広く使用されています。
材料と建設方法の選択は、負荷セルの性能と耐久性に重要な役割を果たします。
荷重セルの構造で使用される一般的な材料は次のとおりです。
1。アルミニウム：軽量および腐食耐性、低容量から中容量の用途に適しています。
2。スチール：高容量の負荷セルに最適な、高強度と耐久性を提供します。
3。ステンレス鋼：過酷な環境に優れた腐食抵抗を提供します。
4。合金鋼：強度と費用対効果のバランスを提供します。
材料の選択は、必要な容量、動作環境、予算の制約などの要因に依存します。
最新の荷重セル構造には、多くの場合、精密機械加工と高度な製造技術が含まれます。コンピューター数値制御（CNC）加工により、緊密な耐性と荷重セルボディの一貫した生成が可能になります。密閉された負荷セルのために、レーザー溶接やガラスから金属への結合などの技術を使用して、環境要因から内部コンポーネントを保護する堅牢で気密エンクロージャーを作成します。
ひずみゲージロードセルの設計を最適化するには、いくつかの重要な考慮事項が含まれます。
負荷セル構造に対するひずみゲージの位置は、感度を最大化し、エラーを最小化するために重要です。有限要素分析（FEA）は、ゲージ配置の最適な位置を決定するためによく使用されます。
温度の変動は、負荷セルの精度に影響を与える可能性があります。自己温度補償ゲージの使用や追加の温度センサーの組み込みなどの温度補償技術の実装は、幅広い動作条件にわたって精度を維持するのに役立ちます。
クリープ（一定の負荷の下での時間の経過に伴う出力の変化）とヒステリシス（異なる方向から負荷に近づくときの出力の差）は、ロードセルの設計における一般的な課題です。慎重な材料の選択と構造設計は、これらの効果を最小限に抑えるのに役立ちます。
機械的停止を組み込んだり、定格能力を超えて力に耐えるために荷重セル構造を設計したりすると、偶発的な過負荷による損傷を防ぐことができます。
効果的な負荷セルの設計は、機械的構造とひずみゲージを超えています。完全な測定システムを作成するには、最新の力測定技術との統合が不可欠です。
ひずみゲージロードセルからの生の出力は通常、ミリボルト範囲であり、増幅とフィルタリングが必要です。信号コンディショニングサーキットは、次のように設計されています。
1。低レベルの信号を増幅します
2。ノイズと不要な周波数を除外します
3.ホイートストンブリッジに励起電圧を提供します
4。温度効果を補正します
デジタルシステムの場合、高解像度のアナログ間コンバーター（ADC）を使用して、増幅されたアナログ信号をデジタル形式に変換します。 ADCの選択は、必要な解像度、サンプリングレート、システム統合要件などの要因に依存します。
高度なロードセルシステムは、多くの場合、測定の精度と安定性をさらに強化するために、デジタル信号処理（DSP）技術を組み込んでいます。 DSPは以下に使用できます
1。ノイズを減らすためのデジタルフィルタリング
2。高度なキャリブレーションアルゴリズムの実装
3。非線形性およびその他の系統的エラーを補償します
4.リアルタイムデータ分析の実行
適切なキャリブレーションは、ロードセルの精度と信頼性を確保するために重要です。キャリブレーションプロセスでは、既知の力を荷重セルに適用し、測定システムを調整して正確な測定値を提供します。
1。死んだ重量キャリブレーション：正確に既知の質量を使用して、荷重セルに力をかける。
2。油圧または空気圧のキャリブレーション：圧力ベースのシステムを利用して、正確な力を適用します。
3。参照荷重セルのキャリブレーション：テスト中の荷重セルの出力を、非常に正確な参照荷重セルと比較します。
典型的なキャリブレーション手順には以下が含まれます。
1。ゼロ残高：荷重が適用されずに出力をゼロに調整します。
2。スパン調整：既知のフルスケールの負荷を適用し、予想される出力に合わせてゲインを調整します。
3。線形チェック：範囲全体で複数のポイントでロードセルの応答を検証します。
4。ヒステリシステスト：方向の増加と減少による負荷に近づくときの出力の違いを確認します。
5。再現性テスト：繰り返し荷重条件下で一貫した測定値を確保します。
過酷な環境または衛生が重要な場所での用途の場合、密閉された負荷セルは、水分、粉塵、その他の汚染物質に対する優れた保護を提供します。
1。溶接シール：精密溶接を使用して、永続的な気密シールを作成します。
2。ガラス間シーリング：金属に直接結合する特殊なガラスを使用して、堅牢なハーメチックシールを作成します。
3。エポキシシーリング：高性能エポキシ樹脂を利用して、荷重セルのエンクロージャーを密封します。
1。過酷な環境での耐久性の向上
2。長期的な安定性の改善
3。食品および製薬産業におけるウォッシュダウンアプリケーションへの適合性
4。腐食性の大気に対する保護
適切な取り付けと取り付けは、最適なロードセルの性能を実現するために重要です。重要な考慮事項は次のとおりです。
荷重セルのサポートと容器システムは、測定値に影響を与える可能性のある屈曲を排除するように設計する必要があります。長い脚のタンクの場合、ゆがみを最小限に抑えるために、脚の上部近くに荷重セルを取り付ける必要があります。
特殊な取り付けキットは、側面を吸収し、荷重セルの適切な負荷導入を確保するのに役立ちます。これらのキットには、多くの場合、ロードボタン、ベースプレート、回転防止デバイスなどのコンポーネントが含まれます。
荷重セルの適切なアライメントとレベリングは、正確な測定に不可欠です。ミスアライメントは、エラーを導入し、時間の経過とともにロードセルに損傷を与える可能性があります。
ロードセルケーブルの適切なルーティングと保護は、信号の干渉と物理的損傷を防ぐのに役立ちます。柔軟な導管または装甲ケーブルを使用すると、産業環境で追加の保護を提供できます。
負荷セルは、幅広い産業の計量システムの重要なコンポーネントです。これらのシステムに負荷セルを統合するには、次のような要因を考慮する必要があります。
1。システム容量と精度の要件
2。環境条件（温度、湿度、振動）
3。データ通信プロトコル（例：Modbus、Profibus、Ethernet/IP））
4。規制コンプライアンス（例えば、OIML、法的貿易申請のためのNTEP認定）
5。プロセス制御システムとデータ収集ソフトウェアとの統合
ロードセルの設計は、機械工学、電気原理、材料科学を深く理解する必要がある多面的なプロセスです。制度ゲージの選択から信号処理とシステムの統合まで、設計プロセスの各側面を慎重に検討することにより、エンジニアは最新の産業および科学的アプリケーションの厳しい要件を満たす負荷セルを作成できます。材料、センシングテクノロジー、デジタル信号処理の最新の開発についての情報を提供することは、ロードセルのパフォーマンスの境界を押し広げようとしている人にとっては重要です。
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、特定の方向に重量または力を測定するように設計されており、しばしばひずみゲージを組み込みます。一方、フォースセンサーは、さまざまな技術（圧電センシングや容量性センシングなど）を使用でき、複数の方向で力を測定するように設計できます。
A2：適切な容量を選択するには、測定して安全係数を追加するために必要な最大の力または重量を検討してください。通常、予想される最大負荷よりも20〜50％高い容量のロードセルを選択することをお勧めします。これにより、過負荷を防ぎ、ロードセルが最適な範囲で動作し、精度と寿命が改善されます。
A3：Sビーム負荷セルなどの一部の負荷セル設計では、張力と圧縮力の両方を測定できます。ただし、多くの負荷セルは、張力または圧縮のいずれかのいずれかのために特別に設計されています。アプリケーションの要件に一致するロードセルを選択することが重要です。
A4：キャリブレーション頻度は、使用状況、環境条件、精度要件などの要因に依存します。一般的に、少なくとも毎年積極的なセルを調整することをお勧めします。ただし、一部のアプリケーションでは、特に過酷な環境や高精度の測定では、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。
A5：負荷セルの精度に影響する主な要因は次のとおりです。
1。温度変動
2。クリープとヒステリシス
3。非線形性
4。取り付けおよびアライメントの問題
5。電気ノイズと干渉
6。オーバーロードまたは衝撃負荷
7。環境要因（湿度、振動など）
適切な設計、材料の選択、および設置を通じてこれらの要因に対処することで、荷重セルの精度と信頼性を最大化するのに役立ちます。
