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計量機器の小範囲精度と大範囲不精度の原因分析

2025-12-23

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計量機器の小範囲精度と大範囲不正確さの理由の分析

産業生産、商業取引、科学研究実験において、計量機器の精度はデータの信頼性と事業の安定性に直接関連しています。しかし、実際の応用では、「小範囲では正確に計量できるが、大範囲では大きな誤差が生じる」という現象がよく見られます。この問題は偶然ではなく、機器の機械構造、コアコンポーネントの性能、回路システムの安定性など、複数の要因が複合的に作用した結果です。この記事では、この問題の原因を体系的に分析し、ユーザーが迅速にトラブルシューティングを行い、計量機器の安定した動作を確保するための、的を絞った解決策と予防策を提供します。

I. 問題の核心原因:機械から回路に至るマルチリンクの故障

計量機器の計量ロジックは、以下の連鎖に従います:外力 → 機械構造伝達 → センサー信号変換 → 回路処理 → データ表示。大範囲での不正確な計量は、本質的に、1つのリンクが「高負荷」条件下で安定して動作しないことを意味します。具体的には、原因は主に4つのカテゴリーに分類されます:

(1) 機械構造:高負荷下での変形と適応の失敗

機械構造は計量機器の「骨格」です。小範囲では、負荷圧力が低いため、構造変形は無視できます。大範囲では、負荷が構造の許容限界を超え、不可逆的な変形やコンポーネントのずれを引き起こし、直接的に計量誤差の原因となります。
  1. 計量プラットフォーム/支持フレームの剛性不足
     
    計量プラットフォームに薄い鋼板や低品質の合金を使用している場合、または支持フレームが「曲げ抵抗」を考慮せずに設計されている場合(例:支持間隔が広すぎる、梁の断面が小さすぎる):
  • 小範囲では、構造はわずかな弾性変形しか起こさず、計量結果への影響はわずかです;
  • 大範囲では、計量プラットフォームが大きくたわんだり、支持フレームが傾いたりし、負荷がセンサーに均等に伝達されなくなります。圧力の一部は構造変形によって「吸収」されるため、表示値は実際の重量よりも小さくなります。
例:市販の電子プラットフォームスケールの計量プラットフォームの厚さが3mmから1.5mmに減ると、50kgの小範囲での誤差はわずか0.1kgですが、200kgの大範囲では1〜2kgに拡大します。
  1. 緩んだり摩耗したコネクタ
     
    計量プラットフォームは通常、ボルト、ガスケットなどを介してセンサーに固定され、支持フレームはベースに固定されます:
  • 小範囲では、コネクタにかかる張力/圧力が低いため、変位は発生しません;
  • 大範囲では、コネクタが緩んでいる場合(例:ボルトが締められていない)または摩耗している場合(例:ガスケットがひび割れている)、計量プラットフォームは「オフセット変形」を起こします。一部の領域が沈み、他の領域が浮遊します。センサーは均一な圧力信号を受け取ることができず、計量誤差が発生します。
  1. 過度に制約された制限デバイス
     
    振動や過負荷によるセンサーの損傷を防ぐために、ほとんどの機器には、計量プラットフォームの垂直方向の動きを制限する制限デバイス(例:上下のリミットポスト、横方向のリミットブロック)が装備されています:
  • 小範囲では、制限デバイスと計量プラットフォームの間にはわずかな隙間があるため、制約は発生しません;
  • 大範囲では、制限デバイスがきつすぎると(隙間< 0.5mm)、計量プラットフォームは押し下げられたときにデバイスと剛性接触します。制限デバイスは逆方向に「支持力」を加え、実際の負荷の一部を相殺し、表示される重量が実際の重量よりも小さくなり、負荷が増加するにつれて誤差が大きくなります。

(2) センサー:コアコンポーネントの範囲適応と性能劣化

センサーは計量機器の「心臓」であり、機械的圧力を電気信号に変換する役割を担います。その範囲適合性、直線性、および経年劣化は、計量精度に直接影響します。「小範囲では正確だが、大範囲では不正確」という現象は、主にセンサーの範囲のミスマッチ直線性不良、または過負荷による損傷に関連しています。
  1. センサーの範囲の過小選択
     
    センサーの範囲は、機器の最大容量に一致する必要があります(通常、センサーの範囲は機器の最大容量の1.2倍以上である必要があります)。範囲が過小選択されている場合(例:200kg容量のデバイスが150kg範囲のセンサーを使用):
  • 小範囲(例:≤50kg)では、センサーは「線形動作区間」で動作し、出力信号は負荷に比例し、正確な計量を保証します;
  • 大範囲(例:≥100kg)では、センサーは線形区間を超え、「飽和ゾーン」に入ります。信号の増加は遅くなるか停滞し、負荷が増加しても表示される重量は常に実際の値よりも低く、正常に上昇しません。