2025-07-28
ロードセルとは何かご存知ですか？
ロードセルとは何ですか？
ロードセル（「フォース」、「計量」、または「重量」ユニットとも呼ばれます）は、それに作用する負荷を測定可能な（アナログまたはデジタル）出力に変換するセンサーです。出力は、加えられた力または負荷に比例します。次に、ロードセルの使用方法と、力測定用のさまざまな種類のロードセルを紹介します。
変換は、ロードセル構造と組み合わせられたひずみゲージの物理的変形によって実現されます。ひずみゲージは、4つのひずみゲージ（フルブリッジ）、2つの計器（ハーフブリッジ）、または1つの計器（クォーターブリッジ）を備えたホイートストンブリッジ回路に接続されています。ハーフブリッジとクォーターブリッジを使用すると、ブリッジは精密モニターを使用して完成します。
ゼロまたは無負荷信号と感度に対する温度の影響を補償するために、ブリッジ回路に追加の接着可能な抵抗器を構成します（加えられた負荷によって生じる出力に加えて、無負荷時にブリッジを無効にする別の抵抗器）。
完成したホイートストンブリッジは、回路を励起するために安定したDC電源を必要とします。これは通常5VDCまたは10Vdcですが、1VDCから18Vdcまでの任意の値にすることができます。
接着ひずみゲージにストレスが加わると、抵抗の変化が発生し、ホイートストンブリッジのバランスが崩れます。これにより、ストレス値に線形に比例する出力信号が得られます。この信号の値は、励起電圧にも比例し、通常は数ミリボルトです。
ロードセルの出力オプション
これらの低レベルのミリボルト信号は、さまざまなカスタマイズされたひずみゲージ計器と互換性があります。これらの計器には、デジタルディスプレイ、アナログおよびデジタルアンプが含まれます。一般的なアナログアンプは、後続の処理のために、より高いレベルの電圧（0-5VDC、0-10VDC）または電流（0-20mA、4-20mA）を生成します。
デジタルアンプは通常、ユニバーサルASCIIプロトコルまたはModbusなど、より専門的な業界固有のプロトコルの範囲を使用して、RS232、RS422、またはRS485出力を提供します。アナログおよびデジタル計器の両方のサイズは、ロードセルまたはフォースセンサーの本体内にアイテムを設置できるほど小さく（小型化）なっています。
ロードセルの設計は、生成する出力信号の種類（空気圧、油圧、または電気）または、負荷または重量を検出する方法（曲げ、せん断、圧縮、引張など）によって区別されます。
研究および産業用途におけるさまざまな目的に対応するために、ロードセルは複数の形式をとることができます。ただし、今日のほとんどの設計では、フォイルまたは半導体を使用して、ひずみゲージを感知要素として使用しています。
フォイルゲージは、ロードセル設計オプションの最も広い範囲を提供し、多くの場合、最も一般的に使用されています。ひずみゲージパターンは、引張力、圧縮力、およびせん断力の測定を提供します。
半導体ひずみゲージは、モード範囲が小さいですが、利点が小さく、大きなスケールファクターを提供し、同じストレス下でより大きな出力を生成します。これらの特性により、小型ロードセルの設計に使用される傾向があります。校正された金属リングを使用して、リングが負荷測定に使用されていることを証明し、その動きは精密変位センサーを使用して測定されます。
西安ロードセルの動作原理
ひずみゲージは、それらに作用する負荷を電気信号に変換します。測定器自体はビームまたは構造コンポーネントに接着されており、力が加わると、ビームまたは構造コンポーネントが変形します。ほとんどの場合、4つのひずみゲージを使用して、最大の感度と温度補償を実現します。通常、2つの計器は伸びた状態で、2つは圧縮された状態で、補償調整を介して配線されています。負荷が加わると、ひずみにより負荷の抵抗が負荷に比例して変化します。ひずみゲージのバージョンがユニットコストを削減しながら精度を向上させ続けるにつれて、他のロードセルはますます人気がなくなっています。
初期のロードセル設計では、引張力または圧縮力にさらされたときに金属部品に導入された直接応力を測定するために、ひずみゲージが単純に使用されていました。
湾曲ビーム設計は、曲げ力にさらされたときの感知要素の応力を監視するためにひずみゲージを使用します。最近では、負荷センサーに加えられる力の方向に依存しないため、せん断応力の測定が、より効果的な負荷決定方法として採用されています。
その他の種類のロードセルには、油圧（または静水圧）、空気圧、圧電、および振動ワイヤロードセルが含まれます。
