Stahl-Mikrosensor CZL700D

Produkteinführung

Mikrowäge-Sensor:

Mikrowäge-Sensoren sind kompakte Wagemessgeräte, die mithilfe der Dehnungseffekt-Technologie entwickelt wurden. Ihr Kernelement besteht darin, Gewichtssignale über mikroskalige empfindliche Strukturen (z. B. dehnungsmessende Elastomere) in messbare elektrische Signale umzuwandeln. Diese Sensoren, deren Abmessungen typischerweise nur einige bis hin zu mehreren Dutzend Kubikzentimeter betragen, arbeiten im Bereich von Gramm bis Kilogramm und vereinen die beiden Vorteile geringer Baugröße und hoher Präzision. Als wesentliche Komponenten für Wägeanwendungen mit geringem Platzangebot und geringem Gewicht finden sie breite Anwendung in medizinischen Geräten, Unterhaltungselektronik, intelligenten Geräten sowie in der wissenschaftlichen Forschung und Prüfung und dienen als grundlegende Technologie für die Gewichtserfassung in miniaturisierten Systemen.

1. Kernmerkmale und Funktionen

1) Das Kernmerkmal der Miniaturisierung

• Ultrakompakt und leichtgewichtig: Die Standardgrößen reichen von 5 mm × 5 mm × 2 mm bis 30 mm × 20 mm × 10 mm, wobei einige kundenspezifische Modelle auf millimetergroße Abmessungen verkleinert werden und nur 0,1 g bis 5 g wiegen. Diese Bauteile können nahtlos in engste Bauräume wie Smartwatches und Miniaturpumpengehäuse integriert werden, ohne die strukturelle Integrität der Geräte zu beeinträchtigen.

• Kompaktes Design: Die meisten Modelle verfügen über eine integrierte Verpackung, die empfindliche Komponenten und Signalverarbeitungsschaltungen in einem mikroskaligen Gehäuse vereint. Einige Varianten unterstützen platzsparende Montagelösungen wie die Oberflächenmontagetechnik (SMT) oder Anschlussdrähte und sind kompatibel mit direktem Löten auf Leiterplatten oder Schnappmontage.

2) Gewichtungsleistungs-Vorteile

• Präzisionsmessung mit weitem Messbereich: Das System deckt einen Bereich von 0,1 g bis 50 kg ab, mit einer Kernmessgenauigkeit von ±0,01 % FS bis ±0,1 % FS und einer Auflösung von bis zu 0,001 g. Es erfüllt sowohl Anforderungen an die Laboranalyse im Mikrogramm-Bereich als auch die Überwachung von Gewichtsangaben im Gramm-Bereich in Consumer-Elektronik.

• Schnelle dynamische Reaktion: Mit einer Ansprechzeit von ≤10 ms erfasst er augenblickliche Gewichtsänderungen in Echtzeit, wie beispielsweise Hochgeschwindigkeits-Wiegung bei geringer Last in automatisierten Sortieranlagen oder Tropfgeschwindigkeits-/Gewichtsüberwachung in medizinischen Infusionssystemen, wodurch Messabweichungen durch Signallatenz vermieden werden.

• Stabile Störfestigkeit: Das integrierte Temperaturkompensationsmodul (im Bereich von -10 °C bis 60 °C) gleicht Umgebungstemperaturschwankungen aus. Mit differentiellem Signalausgang oder elektromagnetischer Abschirmung widersteht es wirksam Störungen durch interne Schaltkreise und gewährleistet die Datensicherheit.

3) Integrations- und Anpassungsfunktionen

• Mehrfach-Ausgangskompatibilität: Unterstützt analoge Signale (0–5 V, 4–20 mA) und digitale Signale (I2C, SPI, UART), wodurch eine direkte Verbindung mit Mikrocontrollern, Ein-Chip-Mikrocontrollern und kompakten SPS-Systemen ohne zusätzliche Signalverstärkungsmodule möglich ist.

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

• Leistungsaufnahme im Niedrigleistungsmodus: Stromverbrauch im Standby ≤10 mA, im Schlafmodus sinkt dieser auf 10 μA, ideal für batteriebetriebene tragbare Geräte (z. B. Handwaagen, Smart Wearables), um die Batterielebensdauer zu verlängern.

2. Kernindustrie-Probleme, die gelöst 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 in Mikrogeräte: Durch eine kompakte Bauweise wird die Integration in kleine Geräte ermöglicht, wodurch sowohl die Wägefunktion als auch die Miniaturisierung erreicht werden – beispielsweise bei der Gewichtsüberwachungsfunktion in intelligenten Armbändern oder der Flüssigkeitsdosiersteuerung in Mikromedizinpumpen, wo herkömmliche Sensoren nicht einbaubar sind.

• Das Problem der Messung geringer Lasten mit hoher Präzision: um das Problem unzureichender Genauigkeit herkömmlicher Sensoren beim Wiegen im Gramm- und Milligrammbereich zu lösen, wie beispielsweise beim Wiegen von mikroskopisch kleinen Laborproben oder beim Erfassen des Gewichts von elektronischen Bauteilen, und so zuverlässige Daten für die präzise Fertigung und wissenschaftliche Forschung bereitzustellen.

• Herausforderungen hinsichtlich der Energieeffizienz bei tragbaren Geräten: Um dem Problem der kurzen Akkulaufzeit durch hohen Stromverbrauch herkömmlicher Sensoren entgegenzuwirken, verfügen Geräte wie Hand-Paketwaagen und tragbare Probengewichts-Messeinheiten über energiesparende Eigenschaften, um die Einsatzdauer pro Ladevorgang zu verlängern.

• Einschränkungen durch begrenzten Einbauraum: Erfüllt Anforderungen an die Wägung in beengten oder konstruktiv einzigartigen Umgebungen, wie z. B. die Wägung interner Komponenten bei automatisierten Anlagen und die Überwachung des Flüssiggewichts in Rohrleitungen, indem Oberflächenmontage- oder Einbau-Lösungen genutzt werden, um räumliche Einschränkungen zu überwinden.

• Kompatibilität mit Mehrfachszenarien-Signalen: Es löst die Diskrepanz zwischen herkömmlichen Sensorausgangssignalen und Mikrocontroller-Einheiten (MCUs) auf. Das Modell mit digitalem Signalausgang kann direkt mit Mikrocontrollern (MCUs) verbunden werden, wodurch die Schaltkreisgestaltung für kompakte Geräte vereinfacht und die Entwicklungs- und Forschungskosten reduziert werden.

3. Highlights des Benutzererlebnisses

• Hohe Integrationsfreundlichkeit: Standardisierte Pin-Belegung und Gehäuseabmessungen ermöglichen direktes Löten auf Leiterplatten oder Schnappbefestigung ohne komplexe mechanische Konstruktionen, wodurch die Integrationszeit auf unter 30 Minuten reduziert und die Effizienz der Geräteproduktion erheblich gesteigert wird.

• Der Debugging-Prozess ist unkompliziert: digitale Signalausführungen ermöglichen die Kalibrierung von Nullpunkt und Messbereich per Befehl mit nur einem Klick, während analoge Signalausführungen eine hervorragende Linearität aufweisen. Mit einer einfachen Schaltungsabtastung können sie sofort eingesetzt werden, wodurch die technischen Hürden für F&E-Teams deutlich gesenkt werden.

• Sehr zuverlässige Leistung: Die Temperaturkompensation und die störfeste Auslegung gewährleisten, dass die Datenabweichung ≤±0,05 %FS/Jahr bleibt, wodurch häufige Kalibrierungen bei tragbaren oder eingebetteten Anwendungen entfallen und der Wartungsaufwand erheblich reduziert wird.

• Flexible Modellauswahl: Eine breite Palette von Modellen mit unterschiedlichen Messbereichen, Signalarten und Montagemöglichkeiten ist verfügbar. Sie können das Modell direkt anhand der Gerätegröße, Versorgungsspannung und Genauigkeitsanforderungen auswählen. Einige Hersteller bieten zudem Kleinstserien-Anpassungen an, um individuelle Anforderungen zu erfüllen.

• Die Kostenkontrolle ist angemessen: die Stückkosten können bei Großbestellungen im Bereich von einigen bis mehreren hundert Yuan gehalten werden, was über 50 % niedriger ist als bei maßgeschneiderten mikrosensorischen Lösungen. Gleichzeitig reduzieren die Eigenschaften mit geringem Stromverbrauch die Gesamtkosten für den Energieverbrauch der Geräte.

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: Mikropipetten und biochemische Analysatoren werden verwendet, um Reagenz- oder Probenmengen zu bestimmen und eine präzise Zugabe von Proben sicherzustellen, beispielsweise das Wiegen von Mikroproben für COVID-19-Testkits.

2) Unterhaltungselektronik und intelligente Wearables

• Smarte Wearables: In Fitness-Tracker und Smartwatches integriert, ermöglichen diese Geräte die indirekte Messung von Körpergewicht und Körperfett sowie die Echtzeit-Kraftüberwachung während körperlicher Aktivitäten, 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 Bauteile erfasst und deren Gewicht prüft, um einen erfolgreichen Greifvorgang zu bestätigen, beispielsweise bei der Gewichtskontrolle beim Zusammenbau 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, die mit ihren Kernstärken „kompakte Bauweise, hohe Präzision und geringer Stromverbrauch“ die räumlichen und messtechnischen Einschränkungen herkömmlicher Wägegeräte überwinden, erfüllen präzise die Anforderungen an die Leichtlastwägung in Bereichen wie Medizintechnik, Unterhaltungselektronik und Mikrofertigung. Ihre einfache Integration, stabile Leistung und kostengünstige Konstruktion treiben nicht nur funktionale Verbesserungen in Mikrogeräten voran, sondern bieten auch zuverlässige Unterstützung für die Industrie bei der Umsetzung von „Präzision, Miniaturisierung und Intelligenz“ in der Wägetechnik. Dadurch sind sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil der modernen Sensortechnologie geworden.

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