2025-09-26
計量および力測定センサーの選択について
計量センサーは電子はかりの心臓部として知られており、その性能は電子はかりの精度と安定性を大きく左右します。電子はかりを設計する際、センサーの選択方法という問題に直面することがよくあります。
1、 センサーの選び方
計量センサーは、質量信号を測定可能な電気信号出力に変換するデバイスです。センサーを使用する際には、センサーが置かれる実際の作業環境を考慮することが重要であり、これはセンサーを正しく選択するために不可欠です。センサーが正常に機能するかどうか、その安全性と耐用年数、さらには計量装置全体の信頼性と安全性にも関連しています。
環境がセンサーに与える影響は、主に以下の側面を含みます。
1. 高温環境は、センサーのコーティング材の溶融、はんだ接合部のひび割れ、弾性体内部の応力構造の変化などの問題を引き起こします。高温環境で動作するセンサーには、高温耐性センサーがよく使用されます。さらに、断熱、水冷、または空冷装置を追加する必要があります。
2. ほこりや湿気は、センサーの短絡を引き起こす可能性があります。これらの環境条件下では、高い気密性を持つセンサーを選択する必要があります。センサーの種類によって封止方法が異なり、その封止特性には大きな違いがあります。
一般的な封止方法には、シーラント充填またはコーティング、ゴムパッド機械的固定シール、溶接（アルゴンアーク溶接、プラズマビーム溶接）、および真空窒素封止があります。
封止効果の観点から見ると、溶接封止が最適であり、シーラントの充填と塗布は量の違いです。清潔で乾燥した屋内環境で動作するセンサーには、接着剤で封止されたセンサーを選択できますが、湿気やほこりの多い環境で動作するセンサーには、膜ホットスリーブ封止または膜溶接封止、真空充填および窒素充填センサーを選択する必要があります。
3. 高腐食性環境（湿度や酸性度など）では、弾性体の損傷やセンサーの短絡を引き起こす可能性があるため、表面にスプレーまたはステンレス鋼カバーを施して、耐食性と優れた封止特性を備えたセンサーを選択する必要があります。
4. 電磁界がセンサーの出力異常信号に与える影響。この場合、センサーのシールドが良好な電磁耐性を持っているかどうかを厳密に確認する必要があります。
5. 可燃性および爆発性の物質は、センサーに完全な損傷を与えるだけでなく、他の機器や個人の安全性にも大きな脅威をもたらします。したがって、可燃性および爆発性環境で動作するセンサーは、防爆性能に対するより高い要件があります。可燃性および爆発性環境では、防爆センサーを選択する必要があり、そのようなセンサーの封止カバーは、その気密性だけでなく、防爆強度、およびケーブルリードの防水性、防湿性、防爆性も考慮する必要があります。
2、 センサーの数と範囲の選択
センサーの数の選択は、電子はかりの目的と、はかり本体がサポートする必要があるポイントの数に基づいています（サポートポイントの数は、はかり本体の重心を実際の重心と一致させるという原則に従って決定する必要があります）。一般的に、はかり本体のサポートポイントの数に基づいて、いくつかのセンサーが選択されます。ただし、電子フックはかりなどの一部の特殊なはかりでは、1つのセンサーのみを使用できます。一部の電気機械複合はかりでは、選択するセンサーの数は、実際の状況に応じて決定する必要があります。
センサー範囲の選択は、はかりの最大計量値、選択されたセンサーの数、はかり本体の重量、可能な大きな偏荷重、および動的荷重などの要因を総合的に評価することに基づいて決定できます。一般的に、センサーの範囲が各センサーに割り当てられた荷重に近いほど、計量の精度が高くなります。ただし、実際の使用では、計量対象物に加えて、はかり本体の重量、風袋重量、オフセット荷重、振動衝撃などの荷重もセンサーに存在します。したがって、センサー範囲を選択する際には、センサーの安全性と寿命を確保するために、さまざまな要因を考慮する必要があります。
センサー範囲の計算式は、はかり本体に影響を与えるさまざまな要因を十分に考慮した後、広範な実験を通じて決定されます。
式は次のとおりです。
C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N
C - 単一センサーの定格範囲; W - はかり本体の自重; Wmax - 対象物の最大正味重量; N - はかり本体に使用されるサポートポイントの数; K-0- 保険係数、一般的に1.2〜1.3の範囲; K-1- 衝撃係数; K-2- はかり本体の重心オフセット係数; K-3- 風圧係数。
たとえば、最大計量能力が30tで自重が1.9tの30t電子自動車はかりには、4つのセンサーが装備されています。当時の実際の状況に基づいて、保険係数K-0=1.25、衝撃係数K-1=1.18、重心オフセット係数K-2-=1.03、風圧係数K-3=1.02が選択され、センサーのトン数が決定されます。
解決策：センサー範囲計算式に従って：
C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N
次のことがわかります：
C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）/4＝12.36t
したがって、15tの範囲のセンサーを選択できます（センサーのトン数は一般的に10T、15T、20t、25t、30t、40t、50tなどであり、特別にカスタマイズされていない限り）。
経験に基づくと、センサーは一般的にその範囲の30％から70％以内で動作する必要があります。ただし、動的トラックはかり、動的トラックはかり、鋼はかりなど、使用中に大きな衝撃力が発生する一部の計量器の場合、センサーを選択する際には、その範囲を一般的にその範囲の20％から30％に拡大し、センサーの計量予備を増やして、その安全性と寿命を確保する必要があります。
3、 さまざまなタイプのセンサーの適用範囲を考慮する
センサータイプの選択は、主に計量の種類と設置スペースに依存し、適切な設置と安全で信頼性の高い計量を確保します。一方、メーカーの提案を考慮する必要があります。メーカーは一般的に、応力条件、性能指標、設置形態、構造タイプ、および弾性体の材料に基づいてセンサーの適用範囲を指定します。たとえば、アルミニウムカンチレバービームセンサーは、価格設定はかり、プラットフォームはかり、切断はかりなどに適しています。スチールカンチレバービームセンサーは、ホッパーはかり、電子ベルトはかり、選別はかりなどに適しています。スチールブリッジセンサーは、鉄道はかり、トラックはかり、天井クレーンはかりなどに適しています。コラムセンサーは、自動車はかり、動的トラックはかり、大トン数ホッパーはかりなどに適しています。
4、 センサーの精度レベルも選択する必要があります
センサーの精度レベルには、非線形性、クリープ、クリープ回復、ヒステリシス、再現性、感度などの技術指標が含まれます。センサーを選択する際には、単に高グレードのセンサーを追求するのではなく、電子はかりの精度要件を満たすことと、そのコストの両方を考慮してください。
センサーレベルの選択は、次の2つの条件を満たす必要があります。
1. 機器の入力要件を満たす。計量表示器は、センサーの出力信号を増幅およびA/D変換した後、計量結果を表示します。したがって、センサーの出力信号は、機器が必要とする入力信号サイズ以上である必要があります。つまり、センサーの出力感度は、センサーと機器間のマッチング式で表す必要があり、計算結果は機器が必要とする入力感度以上である必要があります。
センサーと機器のマッチング式：
センサー出力感度x励起電源電圧xはかりの大規模/はかりの分割数xセンサーの数xセンサー範囲
たとえば、最大分割数が1000分割の25kgの定量包装はかり。はかり本体は、範囲25kg、感度2.0 ± 0.008mV/V、アーチブリッジ電気圧12Vの3つのL-BE-25センサーを採用しています。はかりはEVT-800A機器を採用しています。使用されているセンサーは、機器と一致させることができますか。
解決策：相談の結果、EVT-800A機器の入力感度は0.6 μ V/dです。したがって、センサーと機器間のマッチング式に従って、機器の実際の入力信号は次のようになります：
2×12×25/1000×3×25＝8μV/d＞0.6μv/d
したがって、使用されているセンサーは、機器の入力感度の要件を満たしており、選択した機器と一致させることができます。
2. 電子はかり全体の精度要件を満たす。電子はかりは、主に、はかり本体、センサー、および機器の3つの部分で構成されています。センサーの精度を選択する際には、センサーの精度は、理論的な計算値よりもわずかに高くする必要があります。これは、理論は、はかり本体の強度差、機器の性能不良、はかりの過酷な作業環境など、客観的な条件によって制限されることが多く、はかりの精度要件に直接影響するためです。したがって、あらゆる側面から要件を改善し、経済的利益を考慮して、目標の達成を確保する必要があります。
