片持ち梁式重量センサー CZL803

片持ち梁式ロードセルは、ひずみ抵抗原理に基づく力感知型検出要素であり、一端が固定され他端が懸垂された片持ち梁形状の弾性体を主構造としています。外力が加わると、梁の曲げ変形によりストレインゲージが変化し、それに伴って抵抗値が変化します。この抵抗変化は標準化された電気信号に変換されます。中程度の荷重容量、設置スペースの柔軟性、高い耐衝撃性といった特長を兼ね備えており、工業用材料タンク、プラットフォームスケール、ベルトスケールなど、中低荷重の集中荷重を扱う用途に広く使用されています。以下では、ニーズに対応するため、主な構成要素から詳細に解説します。 製品 選定、技術評価、およびソリューション作成：

1. 製品の特徴と主要機能

コア機能

1) 構造設計： 一体型片持ち梁構造（梁の厚さ8 - 50mm、長さ50 - 300mm）を採用し、固定端に複数の取り付け穴を設けて安定性を高めています。荷重端の応力は梁の中間部に集中し、垂直下方への集中荷重測定をサポートします。優れた耐衝撃性（定格荷重の200% - 300%の瞬間的衝撃に耐えられる）と高い応力伝達効率を備えています。

2) 精度性能： 精度等級はC3 - C6をカバーし、主流モデルはC3に達しています。非直線性誤差は±0.02%FS以下、繰返し誤差は±0.01%FS以下、ゼロドリフトは±0.003%FS/℃以下で、50kg - 5tの中距離用途における類似センサと比較して、優れた精度安定性を有しています。

3) 材料および保護： エラストマー部材には一般的に合金鋼（Q235、40CrNiMoA）または304／316Lステンレス鋼が使用され、表面処理はショットブラストおよび錆除去＋ニッケルメッキ（合金鋼）またはパッシベーション処理（ステンレス鋼）が施されます。保護等級は通常IP66／IP67で、産業用ヘビーデューティモデルはIP68に達し、粉塵や湿気のある複雑な工業環境にも適しています。

4) 設置互換性： 固定端はボルト締結または溶接に対応しており、負荷端はねじ、フランジ、または圧力ヘッドによって接続できます。装置の底面、側面など複数の位置への設置が可能で、単体または複数台を並列に使用でき、組み合わせの柔軟性が高いです。

基本機能

1) 中距離力測定： 中～低負荷（応答時間 ≤ 7ms）の静的／準動的計量に特化しており、測定範囲は50kg～20tで、一般的な用途は1t～10tの範囲に集中しています。一部の頑丈なモデルは50tまで拡張可能で、ほとんどの産業用中負荷シナリオのニーズに対応します。

2) 標準化された信号出力： アナログ信号（4～20mA、0～5V、0～10V）およびデジタル信号（RS485／Modbus RTU）を提供し、一部の産業用グレードモデルはHARTプロトコルをサポートしており、信号変換モジュールを追加することなくPLC、DCS、計量管理システムに直接接続できます。

3) 安全保護機能： 広温度域の温度補償（-20℃～80℃）を内蔵し、過負荷保護機能（定格負荷の150%～250%、合金鋼製モデルでは300%に達する）を備えています。防爆モデルはEx d IIB T4／Ex ia IIC T6の認証を取得しており、一部のモデルにはケーブル引き抜け防止コネクタも装備されています。

4) 長期的な信頼性： 疲労寿命は負荷サイクル数が10⁶回以上で、定格負荷下での年間ドリフトは±0.015%FS以下であり、産業用生産ラインや材料タンク監視など、長期間連続運転が必要な用途に適しています。

2. 解決される主な問題

1) 装置のエッジ部への設置が困難である点： 従来のセンサーが対称的な設置を必要とするという制限に対処するため、片持ち梁の「一端固定」構造は、サイロやプラットフォームスケールなどの装置底面の端部やブラケット側面に直接設置可能で、装置中央部に設置スペースが不足する問題を解決します。
2) 中間範囲における集中負荷の計測：1t～10tの中間範囲において、梁の応力の最適化設計により、集中負荷の計測誤差を±0.02%FS以内に抑えており、産業用バッチ処理や製品の重量計測など、中程度の負荷を扱う用途の精度要件を満たします。

3) 動的衝撃負荷による損傷： 片持ち梁型エラストマーのバッファ変形特性により、物質の落下や設備の振動によって引き起こされる瞬間的な衝撃を効果的に吸収でき、従来のセンサーが動的条件下で抱える損傷しやすいことや精度ドリフトの問題を解決します。

4) 複数センサー統合計量： センサーは良好な均一性（同一ロットでの誤差 ≤ ±0.01%FS）を持ち、2～4個の並列接続による統合計量をサポートしており、大型プラットフォームスケールやサイロなど分布荷重がかかる場面での重量加算および計量精度の一様性に関する課題を解決します。

5) 厳しい産業環境への適応： 合金鋼素材の強化およびIP67以上の保護等級設計により、粉塵の多い環境（鉱山など）、湿気の多い環境（化学工業など）、軽度の腐食環境（電気めっきなど）におけるセンサーの腐食や信号異常の問題を解決しています。

3. ユーザー体験

1) 高い設置自由度： 固定端の標準化された取り付け穴は、さまざまな機器構造と互換性があり、専用の位置決め工具を必要としません。水平器を使用して設置およびキャリブレーションが可能で、一人でも20分以内に単一センサの固定および配線作業を完了できます。

2) 操作およびキャリブレーションが簡単： 計量器でのワンタッチゼロ調整をサポートしており、三点キャリブレーション手順（定格負荷の25%、50%、100%）は中程度の範囲の用途に適しています。また、デジタルモデルでは、ホストコンピュータソフトウェアを通じて遠隔でパラメータ設定およびキャリブレーションを完了できます。

3) 維持管理コストを抑制： 完全密閉構造により粉塵の侵入を低減し、年間平均故障率は≤0.5%です。主要構成部品（ ストレインゲージ 端子は別々に包装されており、局所的な故障は個別に修理可能で、全体を交換する必要はありません。

4) 安定したデータフィードバック： 静的測定データの変動は≤±0.005%FSと非常に安定しており、ベルトコンベアなどの擬似動的シナリオにおいても遅れなく迅速に応答します。デジタルモデルには内蔵された故障診断機能があり、過負荷や低電圧などの異常に対してリアルタイムでアラートを提供します。

5) 高い組み合わせ適応性： 複数のセンサーを並列接続した場合でも、自動負荷分散をサポートするため、追加のバランスユニットが不要です。さまざまなサイズのプラットフォームスケールやサイロの設計要件に対応でき、システム統合の難易度を低減します。

4. 典型的な適用シナリオ

1) 工業用サイロ／ホッパーの計量
• 化学原料タンク：1～10tの化学原料貯蔵タンクの計量。タンク底部のブラケットに2～4個の片持ち梁式センサーを対称に設置。合金鋼素材で耐腐食性に優れ、IP67保護により工場内の湿潤環境にも適しています。±0.02%FSの高精度により、在庫の正確な計測が可能です。
• フィード／粉体ホッパー：穀物加工業界におけるバッチングホッパーの計量。センサーはホッパー底部の支持脚に設置され、落下する材料の衝撃に対応する耐衝撃設計を採用。制御システムと連携し、正確な給餌を実現。

2) ベルトスケール／コンベアの計量
• 工業用ベルトスケール：鉱山や発電所におけるバルク材搬送ベルトの計量。センサーはアイドラー・ブラケットに設置され、ベルトと物資の複合荷重に耐え、応答時間≤7msで連続搬送シナリオに適しており、計量精度は±0.1%です。

• コンベア：電子機器および食品産業におけるライン内計量および選別に使用。センサーはコンベア底部に内蔵され、製品の重量をリアルタイムで検出し、選別機構と連動。中程度の精度で大量生産のニーズに対応。

3) 中小型トラックスケール／プラットフォームスケール

• ワークショップ用プラットフォームスケール：1～5トンのワークショップ向け回転プラットフォームスケール。スケール本体の四隅に4つのシャー・ビームセンサーを装備。固定端は地面にしっかりと固定され、荷重端がスケール本体の荷重を受けます。偏心荷重に対する耐性により、異なる位置でも一貫した計量精度を確保します。

• フォークリフト車両スケール：携帯型のフォークリフト計量装置。フォークリフトのフォー部にセンサーを設置し、貨物の垂直荷重を測定。合金鋼素材で衝撃に強く、フォークリフト作業中の動的計量要件に適しています。

4) 自動化機器の力制御

• スタンピング機械の圧力監視：小型スタンピング機械の圧力制御。スタンピングヘッドと機械本体の間にセンサーを設置し、スタンピング力をリアルタイムでフィードバック。過負荷による金型の損傷を防止します。精度は±0.01%FSで、スタンピング品質を保証します。

• ロボットアセンブリの力制御：産業用ロボットのアセンブリ工程における圧力監視。せん断ビームセンサーがロボットアームの先端に統合され、アセンブリ圧力を検出し、動作力を調整する。自動車部品や電子部品のアセンブリに適している。

5) 特殊産業用途

• 防爆対応シーン：石炭鉱山および石油・ガス産業向けの防爆計量装置。Ex d IIB T4対応の防爆せん断ビームセンサーを使用し、防爆計量ボックスに設置することで、爆発性環境の安全要件を満たす。

• 腐食性環境：電気めっきおよび化学工業向けの計量装置。表面をパッシベーション処理した316Lステンレス鋼製のセンサーは、酸・アルカリに耐性があり、電解液の濃度検出や化学試薬の計量などの用途に適している。

5. 使用方法（実用ガイド）

1) 設置手順

• 準備：取り付け面を清掃してください（面が平らで、油分がなく、平面度誤差が≤0.1mm/mであることを確認）。センサー外観を点検し（ビーム本体に変形がなく、ケーブルに損傷がないこと）レンジに応じてM12-M24仕様の取り付けボルトを選定してください。

• 位置決めと固定：センサーの固定端をボルトで機器ブラケットにしっかりと締め付け、緩みのないよう確実に固定してください。荷重端は荷重構造に密着させ、荷重がビーム本体に垂直に作用するようにし、横方向やねじり方向の力が加わらないように注意してください。

• 配線仕様：アナログ信号の場合、「赤－電源＋、黒－電源－、緑－信号＋、白－信号－」の配線原則に従ってください。デジタル信号の場合はModbusプロトコルに対応するピンに接続してください。配線はインバーターなどの強い干渉源から離し、距離は≥15cm確保してください。

• 保護処理：屋外設置の場合、雨よけカバーを追加する必要があります。湿気の多い環境では、ケーブル接続部を防水接続ボックスで密封してください。腐食性環境では、センサーの非荷重面に特別な防錆コーティングを施してください。

2) キャリブレーションとデバッグ

• ゼロ調整：電源を入れて30分間予熱した後、「ゼロ調整」コマンドを実行し、ゼロ出力が±0.002%FSの範囲内にあることを確認してください。ずれが大きすぎる場合は、設置がしっかりしているか、横方向の力がかかっていないかを確認してください。

• 荷重調整：定格荷重の25%、50%、100%の標準質量を順番に載荷し、各ポイントでの出力信号値を記録します。校正ソフトウェアを使用して線形誤差を補正し、各荷重ポイントでの誤差がC3級の許容値（±0.02%FS）以下であることを確認してください。

• 線形テスト：測定範囲内で5つのテストポイントを均等に選択し、出力信号の線形性を検証します。線形誤差は±0.015%FS以下とし、中間範囲における全スケール精度の安定性を確保します。

3) 定期メンテナンス

• 定期点検：月に1回、センサー表面のほこりや油を清掃し、固定ボルトの締結状態を確認します。ゼロ点校正は四半期ごとに実施し、年1回フルスケールの校正および性能試験を実施します。

• 故障対応：データドリフトが発生した場合は、まず電源電圧（12〜24V DCで安定）を確認してください。表示値が異常な場合は、過負荷（定格負荷の300%を超えると損傷する可能性あり）またはビームの変形を確認し、必要に応じてセンサーを交換してください。

6. 選定方法（要件に正確に適合）

1) 主要パラメータの決定

• 範囲選定：実際の最大負荷の1.3〜1.6倍の範囲を持つモデルを選択（例：最大負荷5tの場合、6.5〜8tのセンサーを選択可能）し、衝撃負荷や安全マージンのための余裕を確保します。

• 精度クラス：産業用計測にはクラスC3（誤差 ≤ ±0.02%FS）を、一般監視用途にはクラスC6（誤差 ≤ ±0.03%FS）を選択し、動的荷重測定には応答時間 ≤ 7msのクラスC3モデルを選択してください。

• 信号タイプ：従来型制御システムにはアナログ信号（4-20mA）を、スマートシステムにはデジタル信号（RS485）を、産業用IoTシナリオには無線伝送モジュール付きモデルを選択してください。

2) 環境適応性による選定

• 温度：通常環境（-20°C～60°C）には標準モデル、高温環境（60°C～120°C）には高温補償モデル、低温環境（-40°C～-20°C）には耐低温モデルを選択してください。

• 対象媒体：乾燥環境には合金鋼（ニッケルメッキ）を、湿潤／やや腐食性のある環境には304ステンレス鋼を、強腐食性環境（酸・アルカリ溶液など）には316Lステンレス鋼を選択してください。

• 保護等級：屋内乾燥環境では≥IP66、屋外／湿潤環境では≥IP67、水中または粉塵の多い環境では≥IP68。

3) 設置およびシステム互換性

• 取り付け方法：機器の底面取り付けにはボルト固定を、側面取り付けにはフランジ接続を選択。複数のセンサーを計量システムで使用する場合、信号干渉を防ぐためにアドレスコード対応のデジタルモデルを選定。

• 互換性：センサー信号が既存のメーター／PLCの通信プロトコルと一致していることを確認。例えば、Siemens PLCの場合、統合の難易度を下げるためProfibusプロトコル対応モデルを優先選択。

4) 追加要件の確認

• 認証要件：防爆用途には対応する防爆等級の認証（石炭鉱山用はEx d I、化学産業用はEx ia IIC T6）が必要。計量用途にはCMC認証、輸出製品にはOIML認証が必要。

• 特徴：動的計量には、衝撃に強い強化タイプ（衝撃荷重 ≥300%FS）を選定すること。遠隔監視には、NB-IoT／LoRaモジュール付きのモデルを選ぶこと。高温環境には、温度補償チップを搭載した専用モデルを選定すること。

要約

片持ち梁式ロードセルは、「中程度の範囲での高精度、取り付けの柔軟性、優れた耐衝撃性」という主要な利点を持ち、主に産業用中負荷シナリオにおける機器の端部取り付け、集中荷重の測定、動的衝撃からの保護などの課題に対応しています。ユーザー体験の観点では、簡単な設置、メンテナンスフリーの運用、および良好なシステム互換性を重視しています。モデル選定にあたっては、まず測定範囲、精度、設置位置、環境という4つの主要要件を明確にした上で、システム互換性や追加機能に基づいて判断する必要があります。使用時には横方向の力や過負荷を避け、定期的なキャリブレーション手順を厳密に遵守することで、長期にわたる安定した動作を確保します。産業用マテリアルタンク、コンベアベルト秤、中小規模の計量器などに適しており、低～中負荷の産業用計量シーンにおける主流のセンシングソリューションです。