Stahl-Mikrosensor CZL913EC

Produkteinführung

Mikro lastwagenwaagen sind miniaturisierte Gewichtsmesskomponenten, die auf Basis des Dehnungseffekts entwickelt wurden. Ihr Kern wandelt Gewichtssignale durch mikrosensible Strukturen (wie dehnungsmessende Elastomere) in messbare elektrische Signale um. Ihr Volumen wird üblicherweise in einem Bereich von wenigen Kubikzentimetern bis zu mehreren Dutzend Kubikzentimetern gehalten, wobei die Messbereiche von Gramm bis Kilogramm reichen und die beiden Vorteile „geringe Größe“ und „hohe Präzision“ vereinen. Als zentrale Komponente für Wägeszenarien mit geringer Last und in beengten räumlichen Verhältnissen werden sie in Bereichen wie Medizintechnik, Unterhaltungselektronik, intelligente Ausrüstung sowie wissenschaftliche Testverfahren breit eingesetzt und bilden die entscheidende Grundlage für die Realisierung von Gewichtssensoren in Mikrogeräten.

1. Kernmerkmale und Funktionen

1) Miniaturisierung als Kerneigenschaft

• Ultrakleines Volumen und geringes Gewicht: Herkömmliche Abmessungen reichen von 5 mm × 5 mm × 2 mm bis 30 mm × 20 mm × 10 mm, und einige kundenspezifische Modelle können auf Millimeter-Ebene verkleinert werden, mit einem Gewicht von nur 0,1 g bis 5 g, wodurch eine einfache Integration in beengte Räume wie Smartwatches und Mikropumpen möglich ist, ohne das gesamte strukturelle Design des Geräts zu beeinträchtigen.

• Kompaktes Strukturdesign: Die meisten verwenden eine integrierte Verpackung, bei der empfindliche Elemente und Signalverarbeitungsschaltungen in einem mikrokleinen Gehäuse zusammengefasst sind. Einige Modelle unterstützen leichte Montageformen wie Oberflächenmontage (SMD) und baugleiche Typen mit Anschlussdrähten, geeignet für direktes Löten oder Steckmontage auf Leiterplatten.

2) Gewichtsleistungs-Vorteile

• Präzise Messung über einen weiten Messbereich: Die Messbereiche umfassen 0,1 g bis 50 kg, wobei die zentrale Messgenauigkeit ±0,01 % FS bis ±0,1 % FS erreicht und die Auflösung bis zu 0,001 g beträgt, wodurch sowohl die wägung von Mikrogramm-Proben in Laboren als auch die Überwachung von Gewichten im Grammbereich in Consumer-Elektronik abgedeckt wird.

• Schnelle dynamische Reaktion: Reaktionszeit ≤10 ms, in der Lage, augenblickliche Gewichtsänderungen in Echtzeit zu erfassen, wie z. B. Hochgeschwindigkeits-Leichtlast-Wiegung auf automatisierten Sortierlinien oder Überwachung der Tropfgeschwindigkeit beim medizinischen Infundieren, wodurch Messabweichungen durch Signalverzögerung vermieden werden.

• Stabile Störfestigkeit: Integriertes Temperaturkompensationsmodul (geeignet für den Einsatz im Bereich -10 °C bis 60 °C), das Einflüsse durch Schwankungen der Umgebungstemperatur ausgleicht; verwendet differentielle Signalausgabe oder elektromagnetische Abschirmung, um elektromagnetische Störungen durch interne Schaltkreise des Geräts abzuwehren und somit die Datensicherheit zu gewährleisten.

3) Integrations- und Anpassungsfunktionen

• Mehrfach-Signal-Ausgangsanpassung: Unterstützt Analogsignale (0–5 V, 4–20 mA) und digitale Signale (I2C, SPI, UART) zur Ausgabe und kann direkt mit Mikrosteuergeräten wie MCUs, Mikrocontrollern und kleinen SPS-Systemen verbunden werden, ohne dass zusätzliche Signalverstärkungsbaugruppen erforderlich sind.

• Material- und Medienkompatibilität: Die Sensorelemente bestehen meist aus rostfreiem Stahl 316L, Titanlegierung oder technischen Kunststoffen, und das Gehäuse ist korrosionsbeständig, geeignet für verschiedene Wägegüter wie medizinische Körperflüssigkeiten, Lebensmittelrohstoffe und elektronische Bauteile, wodurch Kontamination oder Korrosionsschäden vermieden werden.

• Geringer Stromverbrauch: Stromverbrauch im Ruhezustand ≤10 mA und kann im Schlafmodus bis zu 10 μA sinken, geeignet für batteriebetriebene tragbare Geräte (wie z. B. Handwaagen und intelligente tragbare Geräte), verlängert die Batterielebensdauer.

2. Lösung zentraler Branchenprobleme

In Anwendungen mit geringer Last und miniaturisierten Wägeanwendungen treten bei herkömmlichen Wägezellen (wie Plattformwaagen-Sensoren und industriellen Wägemodulen) Probleme wie „übermäßige Baugröße, hoher Stromverbrauch, unzureichende Genauigkeit und Schwierigkeiten bei der Integration“ auf. Miniatur-Wägezellen adressieren gezielt folgende zentrale Probleme:

• Hindernisse bei der Integration in Miniaturgeräten: Lösen das Problem, dass herkömmliche Sensoren nicht in kleine Geräte eingebaut werden können, wie z. B. die Körpergewichtsüberwachungsfunktion von Smart-Armbändern oder die Kontrolle des Flüssigmedikamentengewichts bei miniaturisierten medizinischen Pumpen, und erfüllen durch ein kompaktes Design die doppelten Anforderungen der Geräte nach „Wägefunktion + Miniaturisierung“.

• Schwierigkeiten bei hocher Präzisionsmessungen unter leichten Lasten: Lösung des Problems der unzureichenden Genauigkeit traditioneller Sensoren beim Wiegen im Gramm- und Milligrammbereich, wie zum Beispiel beim Wiegen von Spurenabständen in Laboren und bei der Gewichtserkennung von elektronischen Bauteilspulen, wodurch zuverlässige Daten für die Präzisionsproduktion und die

• Stromverbrauchsprobleme bei tragbaren Geräten: Lösen Sie das Problem der kurzen Akkulaufzeit, die durch den hohen Stromverbrauch herkömmlicher Sensoren verursacht wird, wie z. B. bei handgehaltenen Express-Waagen und tragbaren Wägegeräten für die Probenentnahme im Freien, wobei die geringe Stromaufnahme die Nutzungsdauer pro Aufladung verlängert.

• Beschränkungen komplexer Anlagegebiete: Lösung der Anforderungen an das Wiegen in engen und speziell strukturierten Räumen, wie zum Beispiel das Wiegen von internen Komponenten automatisierter Geräte und die Überwachung des Flüssigkeitsgewichts in Rohrleitungen, durchbrechen von Raumbeschränkungen durch Patch-Typ und eingebettete Installation.

• Probleme der Kompatibilität von Signalen in mehreren Szenarien: Lösen Sie das Problem, dass die Signale herkömmlicher Sensoren nicht mit denen von miniaturisierten Steuereinheiten übereinstimmen. Modelle mit digitalem Signalausgang können direkt an Mikrocontroller und MCUs angeschlossen werden, wodurch die Komplexität des Schaltungsdesigns in kleinen Geräten reduziert und die Entwicklungskosten gesenkt werden.

3. Highlights des Benutzererlebnisses

• Hohe Integrationsfreundlichkeit: Standardisierte Pin-Belegung und Gehäuseabmessungen ermöglichen direktes Löten oder Schnappbefestigung auf Leiterplatten, wodurch komplexe mechanische Strukturen entfallen und die Integrationszeit auf unter 30 Minuten reduziert wird, was die Produktions-Effizienz der Ausrüstung erheblich verbessert.

• Einfache Inbetriebnahme: Digitale Signalmodelle unterstützen die einstufige Kalibrierung von Nullpunkt und Messbereich per Befehl; analoge Signalmodelle weisen eine hervorragende Linearität auf und benötigen nur eine einfache Schaltungsanpassung, um betriebsbereit zu sein, wodurch die technischen Anforderungen an Entwicklungsmitarbeiter gesenkt werden.

• Hohe Stabilität im Betrieb: Temperaturkompensation und Störungssicherung sorgen dafür, dass die Datenverschiebung ≤ ± 0,05% FS/Jahr beträgt, wodurch die Notwendigkeit einer häufigen Kalibrierung in tragbaren und eingebetteten Szenarien beseitigt und der Arbeitslast nach der Wartung verringert wird.

• Flexibile und vielfältige Modellwahl: Es gibt eine breite Palette von Modellen mit unterschiedlichen Messbereichen, Signalarten und Installationsmethoden, die direkt entsprechend der Gerätegröße, der Versorgungsspannung und den Genauigkeitsanforderungen ausgewählt werden können. Einige Hersteller unterstützen die Kleinstserienanfertigung, um individualisierte Anforderungen zu erfüllen.

• Angemessene Kostenkontrolle: Die Stückkosten können beim Großankauf auf einige zehn bis einige hundert Yuan begrenzt werden, was eine Kostensenkung von über 50 % im Vergleich zu maßgeschneiderten miniaturisierten Sensorsystemen bedeutet; gleichzeitig reduzieren die geringe Leistungsaufnahme die Gesamtbetriebskosten des Geräts.

4. Typische Anwendungsszenarien
1) Medizin- und Gesundheitsbereich
• Infusionsüberwachungsgeräte: In Infusionspumpen eingebettet überwachen sie die Echtzeit-Gewichtsänderung der Medikamentenflüssigkeit, berechnen die Tropfgeschwindigkeit und lösen einen Alarm aus, wenn die Flüssigkeit fast aufgebraucht ist, wodurch das Risiko leerer Flaschen vermieden wird, beispielsweise bei der präzisen Infusionssteuerung auf Intensivstationen.
• Rehabilitations- und Pflegeausrüstung: Wird in intelligenten Rehabilitationswaagen und Gewichtserfassungsmodulen von Prothesen eingesetzt, beispielsweise zur Überwachung von Gewichtsveränderungen während der Rehabilitation älterer Menschen oder zur Bereitstellung von Gewichtsrückmeldungen bei Prothesen, wodurch die Sicherheit der Rehabilitation erhöht wird.
• Labor-Medizintechnik: In Mikropipetten und biochemischen Analysegeräten misst es das Gewicht von Reagenzien oder Proben, um die Genauigkeit der Probengabe sicherzustellen, beispielsweise beim Wiegen von Mikroproben von COVID-19-Testreagenzien.

2) Unterhaltungselektronik und intelligente Wearables
• Intelligente tragbare Geräte: In intelligente Armbänder und Smartwatches integriert, ermöglichen sie die indirekte Messung von Körpergewicht und Körperfett oder überwachen das Gewicht der Kraft während des Trainings, beispielsweise durch die Analyse des Aufprallgewichts der Füße beim Laufen.
• Smart Home-Geräte: Zum Wiegen von Rohstoffen in intelligenten Küchenwaagen und Kaffeemaschinen, beispielsweise zur exakten Dosierung von Kaffee-Pulver, um die Brühkonzentration zu steuern; oder zur Überwachung der Füllmenge intelligenter Abfalleimer (durch Beurteilung der Müllkapazität mittels Gewicht).
• Tragbare Wägegeräte: Wie zum Beispiel Mini-Expresswaagen und Gepäckwaagen, mit kompakter Bauform und geringem Stromverbrauch, praktisch für den mobilen Einsatz und zur Echtzeit-Gewichtserfassung von Gegenständen.

3) Industrielle Automatisierung und Mikrofertigung
• Elektronikbauteilefertigung: In SMT-Bestückungsanlagen überwacht es das Gewicht von Bauteilen wie Chips und Widerständen, um fehlerhafte Produkte auszusortieren; oder in der Halbleiterverpackung wird das Gewicht des Vergussmaterials gemessen, um die Verpackungsqualität sicherzustellen.
• Mikroautomatisierungsausrüstung: Wird am Endeffektor von Mikroassemblierungsrobotern verwendet, um das Gewicht der gegriffenen Teile zu erfassen und zu bestimmen, ob der Greifvorgang erfolgreich war, beispielsweise die Wiegeprüfung während der Montage von Smartphone-Kameramodulen.
• Fluidregelungsausrüstung: In mikroskaligen Dosierpumpen und Einspritzdüsen integriert, überwacht sie das Fluidförderungsvolumen über das Gewicht, beispielsweise die Wägung geringster Kraftstoffmengen in Einspritzsystemen, um die Verbrennungseffizienz sicherzustellen.

4) Wissenschaftliche Forschung und Prüffeld
• Materialwissenschaftliche Forschung: Misst das Gewicht kleiner Materialproben (wie Nanomaterialien und Dünnschichtmaterialien) oder die Gewichtsänderung von Materialien während Zug- und Druckbelastung und liefert Daten für die Leistungsanalyse.
• Umweltüberwachungsausrüstung: Bei mikrobiellen Wasserqualitätsmonitoren und Luftprobenahme-Geräten misst es das Gewicht der gesammelten Proben, um die Schadstoffkonzentration zu berechnen, beispielsweise die Gewichtsanalyse nach der Probenahme von atmosphärischen Partikeln.

5) Logistik- und Einzelhandelsbereich
• Mikro-Sortiersystem: Am Ende der automatisierten Express-Sortieranlage wiegt es kleine Pakete zur gewichtsbasierten Klassifizierung; oder an der Selbstbedienungskasse von unbemannten Supermärkten identifiziert es Produkte durch Wiegen (in Verbindung mit einer Gewichtsdatenbank).
• Handelswaagen: Wie Schmuckwaagen und Edelmetallwaagen, die zum präzisen Wiegen von wertvollen Gegenständen wie Gold und Diamanten verwendet werden und aufgrund ihrer kompakten Größe platzsparend auf dem Ladentisch platziert werden können.

Zusammenfassung

Mikrowäge-Sensoren, deren Kernwettbewerbsfähigkeit in der „geringen Baugröße, hohen Präzision und geringen Leistungsaufnahme“ liegt, haben die räumlichen und bereichstechnischen Einschränkungen herkömmlicher Wägegeräte überwunden und erfüllen präzise die Anforderungen an die Leichtlast-Wägung in Bereichen wie Medizintechnik, Unterhaltungselektronik und Mikrofertigung. Ihre einfache Integrationsmöglichkeit, stabile Leistung und angemessene Kostenkontrolle fördern nicht nur die funktionale Verbesserung mikroskopischer Geräte, sondern bieten auch zuverlässige Unterstützung dafür, dass verschiedene Branchen die „Präzision, Miniaturisierung und Intelligenz“ bei der Wägungstechnik verwirklichen können. Damit sind sie zu einem unverzichtbaren und wichtigen Teilbereich der modernen Sensortechnik geworden.

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