計測センサーと回避戦略に対する衝撃力の影響

衝撃力と計量センサーへの影響と回避策

産業計量、物流輸送、自動生産などの分野では、計量センサーが主要な測定コンポーネントとして機能し、その精度と安定性がシステム全体の運用品質を直接決定します。しかし、実際の応用では、頻繁に発生する衝撃力は、計量センサーに不可逆的な損傷を引き起こし、測定結果の精度に影響を与え、さらにはデバイスの寿命を縮めることさえあります。この記事では、さまざまな大きさの衝撃力が計量センサーに与える具体的な影響を詳細に分析し、科学的かつ効果的な軽減策を提案します。

I. さまざまな衝撃力範囲が計量センサーに与える具体的な影響

(1) 低範囲衝撃力（センサーの定格範囲の30％未満）

• 一方では、頻繁な低範囲衝撃は、センサーの弾性体を繰り返し微小変形の状態に保ちます。時間の経過とともに、これは弾性体の「疲労効果」を引き起こし、その弾性係数が徐々に変化し、永続的な精度問題につながります。たとえば、元の誤差が≤±0.1％のセンサーは、徐々に誤差が±0.5％を超え、高精度な計量要件を満たせなくなる可能性があります。
• 他方では、低範囲衝撃は、ひずみゲージと弾性体の間の接着安定性に影響を与える可能性があります。ひずみゲージは短期的には脱落しませんが、接着剤は繰り返し衝撃の下で徐々に劣化し、ひずみ伝達効率が低下します。これにより、センサーの出力信号の直線性低下が起こり、「データ変動」が発生します。

(2) 中範囲衝撃力（センサーの定格範囲の30％～80％）

• 弾性体の場合：中範囲衝撃力は、弾性変形の「安全閾値」を超える可能性があり、弾性ベースの局所的な塑性変形を引き起こします。負荷が取り除かれても、センサーは元の状態に戻ることができません。これにより、固定されたゼロ点偏差（たとえば、アンロード時に「-2kg」と表示される）が発生し、負荷中の重量が増加するにつれて誤差が比例して拡大します。
• ひずみゲージの場合：中範囲衝撃力は、ひずみゲージの感度グリッドに亀裂を生じさせたり、ひずみゲージが弾性体から剥がれたりする可能性があります。これは、信号の中断または異常な出力を直接引き起こし、「ゼロリセットの失敗」、「表示オーバーフロー」、さらには完全な機能不全として現れます。
• さらに、中範囲衝撃力は、センサーのシール構造を損傷し、ほこりや湿気が内部に侵入し、ひずみゲージと回路の腐食を加速させ、センサーの寿命をさらに縮める可能性があります。

(3) 高範囲衝撃力（センサーの定格範囲の80％以上）

• 弾性体が直接破断したり、ひずみゲージが完全に焼き切れたり、内部回路基板に亀裂が入ったりして、センサーが完全にスクラップになり、修理不能になる可能性があります。
• 同時に、高範囲衝撃力は連鎖反応を引き起こす可能性があります。たとえば、センサーが破断した場合、計量プラットフォームがサポートを失い、プラットフォームの傾斜や崩壊につながり、周囲の機器を損傷させたり、人身傷害を引き起こしたりする可能性があります。
• 一部のセンサーが高範囲衝撃力の下で完全に破断しなくても、不可逆的な重大な障害（たとえば、弾性体の内部亀裂、ひずみゲージの完全な焼損、信号ケーブルの断線）が発生します。これらの隠れた障害は隠蔽されており、その後の使用中に突然の故障を引き起こし、重大な安全リスクをもたらす可能性があります。

II. 衝撃力が計量センサーに与える影響の軽減策

(1) 衝撃防止：発生源での衝撃力の低減

• 産業生産（材料積み込みシナリオ）：「高速、直接」の積み込みを「段階的な積み込み」に変更します。— たとえば、センサーの上のホッパーの出口に緩衝板または流量制御バルブを取り付け、材料がゆっくりと落下するようにし、衝撃力を低範囲以下に抑えます。
• ワークピース配置シナリオ：フォースコントロールシステムを備えた自動ロボットアームを使用します。柔軟な機械制御を通じて、ワークピースを「軽タッチ」で計量プラットフォームに配置し、剛性のある衝撃を回避します。
• 物流輸送シナリオ：貨物積み込みプロセスを標準化し（「貨物の投げ込み」を禁止）、輸送車両の計量プラットフォームに「貨物位置決めデバイス」を取り付けて、揺れによる貨物のずれ（および追加の衝撃）を防ぎます。
• さらに、オペレーターのトレーニングを強化し、計量機器の定格範囲を明確にし、過負荷操作を禁止します。— 基本的に高範囲衝撃力の発生を回避します。

(2) 衝撃緩衝：物理構造を介して衝撃エネルギーを吸収する

1. 弾性緩衝要素：センサーと計量プラットフォームの間にゴムパッド、スプリングバッファ、またはポリマー緩衝ブロックを取り付けます。これらの弾性コンポーネントは衝撃エネルギーを吸収し、瞬間的な衝撃力を徐々に変化する力に変換します（たとえば、トラックスケールのスプリングバッファは、材料積み込みの衝撃を和らげます）。