Aluminium-Mikrosensor CZL616C

Produkteinführung

Mikroskalige Wäge-Sensoren sind kompakte Wagemessgeräte, die auf der Dehnungseffekt-Technologie basieren. Ihr Kernelement besteht darin, Gewichtssignale mithilfe mikroempfindlicher Strukturen (z. B. dehnungsmessstäbchenbasierte Elastomere) in messbare elektrische Signale umzuwandeln. Diese Sensoren, deren Abmessungen typischerweise einige bis mehrere Dutzend Kubikzentimeter betragen, arbeiten im Bereich von Gramm bis Kilogramm und vereinen die beiden Vorteile geringer Baugröße und hoher Präzision. Als wesentliche Bauteile für Wägeanwendungen in leichten und platzbeschränkten Umgebungen werden sie häufig in medizinischen Geräten, Unterhaltungselektronik, intelligenten Geräten und wissenschaftlichen Prüfanlagen eingesetzt und bilden die entscheidende Grundlage für die Gewichtserfassung in mikroskaligen Geräten.

1. Kernmerkmale und Funktionen

1) Das Kernmerkmal der Miniaturisierung

• Ultrakompakt und leicht: Die Standardgrößen reichen von 5 mm × 5 mm × 2 mm bis 30 mm × 20 mm × 10 mm, wobei einige Sondermodelle auf millimeterkleine Abmessungen verkleinert werden können und nur 0,1 g bis 5 g wiegen. Dadurch ist eine nahtlose Integration in beengte Räume wie Smartwatches und Gehäuse von Mikropumpen möglich, ohne die strukturelle Integrität des Geräts zu beeinträchtigen.

• Kompaktes Design: Die meisten Modelle verfügen über eine integrierte Verpackung, bei der empfindliche Komponenten und Signalverarbeitungsschaltungen in einem mikrokleinen Gehäuse kombiniert sind. Einige Varianten unterstützen dünne Montageoptionen wie Oberflächenmontagetechnik (SMT) oder Anschlussdrähte und sind kompatibel mit direktem Löten auf Leiterplatten oder Schnappmontage.

2) Gewichtungsleistungsvorteile

• Präzise Messung über einen weiten Bereich: Das System deckt einen Bereich von 0,1 g bis 50 kg ab, mit einer grundlegenden Messgenauigkeit von ±0,01 % FS bis ±0,1 % FS und einer Auflösung von bis zu 0,001 g. Es erfüllt sowohl Anforderungen an Laboranalysen auf Mikrogramm-Ebene als auch die Bedürfnisse der Unterhaltungselektronik hinsichtlich der Gewichtsüberwachung im Grammbereich.

• Schnelle dynamische Reaktion: Mit einer Ansprechzeit von ≤10 ms erfasst er augenblickliche Gewichtsänderungen in Echtzeit, wie beispielsweise Hochgeschwindigkeits-Leichtlast-Wiegung in automatisierten Sortieranlagen oder Tropfgeschwindigkeitsüberwachung bei medizinischen Infusionen, und verhindert so Messabweichungen durch Signallatenz.

• Stabile Störfestigkeit: Das integrierte Temperaturkompensationsmodul (Betriebstemperatur von -10 °C bis 60 °C) gleicht Temperaturschwankungen der Umgebung aus. Mit differentiellen Signalausgängen oder elektromagnetischer Abschirmung widersteht es effektiv inneren Schaltungsstörungen und gewährleistet Datenstabilität.

3) Integrations- und Kompatibilitätseigenschaften

• Mehrfachausgangskompatibilität: Unterstützt analoge Signale (0–5 V, 4–20 mA) und digitale Signale (I2C, SPI, UART), wodurch eine direkte Anbindung an Mikrocontroller, Ein-Chip-Mikrocontroller und kompakte SPS möglich ist, ohne dass zusätzliche Signalverstärkungsmodule erforderlich sind.

• Material- und Medienkompatibilität: Die empfindlichen Komponenten bestehen hauptsächlich aus Edelstahl 316L, Titanlegierung oder technischen Kunststoffen mit korrosionsbeständigen Gehäusen. Diese Komponenten sind kompatibel mit verschiedenen Wägemedien, einschließlich medizinischer Flüssigkeiten, Lebensmittelzutaten und elektronischen Bauteilen, und verhindern wirksam Kontamination oder Korrosionsschäden.

• Leistung bei geringem Stromverbrauch: Statische Leistungsaufnahme ≤10 mA, im Schlafmodus reduziert auf 10 μA, ideal für batteriebetriebene tragbare Geräte (z. B. Taschenwaagen, Smart Wearables), um die Batterielebensdauer zu verlängern.

2. Kernprobleme in der Industrie, die behoben werden müssen

In Anwendungen mit geringer Belastung und miniaturisierten Wägevorgängen stehen herkömmliche Wägezellen (z. B. Plattformwaagen-Sensoren und industrielle Wägemodule) vor Herausforderungen wie übermäßiger Baugröße, hohem Stromverbrauch, unzureichender Genauigkeit und Schwierigkeiten bei der Integration. Mikrowägezellen adressieren gezielt diese zentralen Probleme:

• Herausforderungen bei der Integration von Mikrogeräten: Bewältigung der Unfähigkeit herkömmlicher Sensoren, in kompakte Geräte eingebettet zu werden, wie beispielsweise die Gewichtsüberwachungsfunktion in intelligenten Armbändern oder die Flüssigkeitsdosiersteuerung in miniaturisierten medizinischen Pumpen, durch Erzielung sowohl der Wägefunktion als auch der Miniaturisierung mittels kompaktem Design.

• Das Problem der Messung bei geringer Last und hoher Präzision: Lösung des Problems unzureichender Genauigkeit herkömmlicher Sensoren beim Wiegen im Gramm- und Milligrammbereich, wie beispielsweise das Wägen von Labor-Mikroproben oder die Gewichtserfassung von elektronischen Bauteilanschlüssen, um zuverlässige Daten für die präzise Produktion und wissenschaftliche Forschung bereitzustellen.

• Herausforderungen hinsichtlich der Energieeffizienz bei tragbaren Geräten: Bewältigung des Problems kurzer Akkulaufzeit, verursacht durch hohen Stromverbrauch herkömmlicher Sensoren, wie beispielsweise bei Handgepäckwaagen und tragbaren Geräten zur Probengewinnung im Außeneinsatz; diese Geräte verfügen über energieeffiziente Eigenschaften, um die Nutzungsdauer pro Ladevorgang zu verlängern.

• Komplexe Einbauraum-Begrenzungen: Bewältigt Gewichtsanforderungen in beengten oder konstruktiv einzigartigen Umgebungen, wie z. B. die Wägung interner Komponenten bei automatisierten Anlagen und die Flüssiggewichtsüberwachung in Rohrleitungen, durch die Nutzung von Oberflächenmontage- oder Einbau-Lösungen, um räumliche Einschränkungen zu überwinden.

• Kompatibilität in mehreren Szenarien: Behebt die Diskrepanz zwischen herkömmlichen Sensorausgangssignalen und Mikrocontroller-Einheiten. Das Modell mit digitalem Signalausgang kann direkt mit Mikrocontrollern (MCUs) verbunden werden, wodurch die Schaltungsplanung für kompakte Geräte vereinfacht und die Entwicklungs- und Forschungskosten reduziert werden.

3. Highlights des Benutzererlebnisses

• Hoher Integrationskomfort: Standardisierte Pin-Anordnung und Gehäuseabmessungen ermöglichen direktes Löten auf Leiterplatten oder Schnappbefestigung ohne komplexe mechanische Konstruktionen, wodurch die Integrationszeit auf unter 30 Minuten reduziert wird und die Produktions-Effizienz der Ausrüstung erheblich gesteigert wird.

• Der Debugging-Prozess ist unkompliziert: Digitale Signalmodelle ermöglichen die Kalibrierung von Nullpunkt und Messbereich per Knopfdruck über Befehle, während analoge Signalmodelle eine hervorragende Linearität aufweisen. Mit nur grundlegender Schaltkreis-Diagnose können sie sofort eingesetzt werden, was die technische Hürde für F&E-Teams erheblich senkt.

• Sehr zuverlässige Leistung: Die Temperaturkompensation und Störfestigkeit gewährleisten eine Datenabweichung von ≤±0,05 %FS/Jahr, wodurch häufige Kalibrierungen bei tragbaren oder eingebetteten Anwendungen entfallen und der Wartungsaufwand deutlich reduziert wird.

• Flexible Auswahl: Eine breite Palette an Modellen mit unterschiedlichen Messbereichen, Signaltypen und Montagemöglichkeiten. Die Auswahl kann direkt anhand der Gerätegröße, Versorgungsspannung und Genauigkeitsanforderungen erfolgen. Einige Hersteller bieten zudem Kleinstserien nach Maß an, um individuelle Anforderungen zu erfüllen.

• Die Kostenkontrolle ist angemessen: Die Stückkosten können beim Großkauf im Bereich von einigen bis mehreren hundert Yuan gehalten werden, was um mehr als 50 % niedriger liegt als bei maßgeschneiderten Mikrosensorsystemen. Gleichzeitig reduzieren die Eigenschaften mit geringem Stromverbrauch die Gesamtkosten für den Energieverbrauch der Ausrüstung.

4. Typische Anwendungsfälle

1) Gesundheitswesen

• Infusionsüberwachungsgeräte: In Infusionspumpen integriert, überwachen sie die zeitliche Gewichtsänderung der Lösung, berechnen die Tropfgeschwindigkeit und lösen Alarme aus, wenn die Flüssigkeit fast aufgebraucht ist, um Leerenflaschen zu verhindern, wie dies beispielsweise in Intensivstationen bei der präzisen Steuerung von Infusionen der Fall ist.

• Rehabilitations- und Pflegegeräte: einschließlich intelligenter Rehabilitationswaagen und Gewichtssensoren für Prothesen, die Gewichtsschwankungen während der Rehabilitation älterer Menschen überwachen oder Kraft-Feedback für Prothesen bereitstellen und dadurch die Sicherheit der Rehabilitation erhöhen.

• Laborgeräte: Unter Verwendung von Pipetten und biochemischen Analysegeräten zur Messung von Reagenz- oder Probenmengen, um eine präzise Zugabe von Proben sicherzustellen, beispielsweise das Mikrowiegen von Proben für COVID-19-Testkits.

2) Unterhaltungselektronik und intelligente Wearables

• Smart Wearables: In Fitness-Tracker und Smartwatches integriert, ermöglichen diese Geräte die indirekte Messung von Körpergewicht und Körperfett sowie die Echtzeit-Kraftüberwachung während des Trainings – beispielsweise die Analyse des Aufprallgewichts beim Laufen.

• Smarte Haushaltsgeräte: Verwendet zur Zutatenwägung in intelligenten Küchenwaagen und Kaffeemaschinen, beispielsweise die präzise Dosierung von Kaffeepulver zur Steuerung der Brühkonzentration; oder Überfüllungsüberwachung in intelligenten Abfalleimern (Bestimmung der Abfallkapazität über das Gewicht).

• Tragbare Wägegeräte, wie Mini-Paketwaagen und Gepäckwaagen, zeichnen sich durch kompakte Bauweise und geringen Energieverbrauch aus und ermöglichen es Nutzern, sie bequem mitzuführen und Gewichte von Gegenständen in Echtzeit zu messen.

3) Industrielle Automatisierung und Mikrofertigung

• Elektronikfertigung: In SMT-Bestückungsanlagen (Surface Mount Technology) das Gewicht von Bauteilen wie Chips und Widerständen überwachen, um fehlerhafte Teile auszusortieren; oder in der Halbleiterverpackung das Gewicht des Vergussmaterials messen, um die Verpackungsqualität sicherzustellen.

• Mikroautomatisierungsgeräte: Ein Endeffektor für Mikro-Montageroboter, der das Gewicht von Bauteilen erfasst, um einen erfolgreichen Greifvorgang zu bestimmen, beispielsweise bei der Gewichtsprüfung von Smartphone-Kameramodulen.

• Fluidregelungsgeräte: In mikroskaligen Dosierpumpen und Einspritzdüsen eingebettet, überwachen sie die Fluidzufuhr gewichtsbasiert, beispielsweise durch präzise Kraftstoffwägung in Einspritzsystemen, um die Verbrennungseffizienz sicherzustellen.

4) Forschungs- und Prüffelder

• Materialwissenschaftliche Forschung: Das Gewicht winziger Materialproben (z. B. Nanomaterialien, Dünnfilme) oder Gewichtsänderungen während Zug- oder Druckbelastung messen, um Daten für die Leistungsanalyse bereitzustellen.

• Umgebungsmessgeräte: Bei Mikro-Wasserqualitätsmonitoren und Luftprobenahmevorrichtungen wird das Gewicht der gesammelten Proben gemessen, um Schadstoffkonzentrationen zu berechnen, beispielsweise die Gewichtsanalyse von atmosphärischen Partikeln nach der Probenahme.

5) Logistik- und Einzelhandelsektor

• Mikrosortiersystem: Am Ende der automatisierten Sortierlinie für Expresslieferungen wiegt es kleine Pakete, um sie nach Gewicht zu klassifizieren; oder an den Selbstbedienungskassen in unbemannten Supermärkten identifiziert es Produkte durch Wägung (unterstützt durch eine Gewichtsdatenbank).

• Handelswägesysteme, wie Schmuckwaagen und Edelmetallwaagen, sind für die präzise Messung wertvoller Gegenstände wie Gold und Diamanten konzipiert. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise lassen sie sich platzsparend auf Theken stellen, ohne viel Platz einzunehmen.

Zusammenfassung

Mikrowäge-Sensoren, deren Kernstärken in der „kompakten Bauweise, hohen Präzision und geringen Leistungsaufnahme“ liegen, haben die räumlichen und messtechnischen Einschränkungen herkömmlicher Wägesysteme überwunden. Sie erfüllen präzise die Anforderungen an die Leichtlastwägung in Bereichen wie Medizintechnik, Unterhaltungselektronik und Mikrofertigung. Durch ihre einfache Integration, stabile Leistung und kostengünstige Konstruktion treiben sie nicht nur Funktionsverbesserungen bei Mikrogeräten voran, sondern bieten auch zuverlässige Unterstützung für die branchenübergreifende Umsetzung von „Präzision, Miniaturisierung und Intelligenz“ in der Messtechnik. Dadurch sind sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Sensortechnologie geworden.

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