コラムロードセル CZL425H

商品紹介

列 荷重センサ ひずみゲージ方式に基づく力感知部品です。力が加わることで円筒状の弾性体が変形し、ひずみを発生させ、それをひずみゲージが電気信号に変換します。高剛性、優れた外乱に対する耐性などを特徴としており、中～重負荷の計量シーンで広く使用されています。以下では、ニーズに対応するため、主な仕様項目から詳しく紹介します。 製品 選定、技術評価、およびソリューション作成：

1. 製品の特徴と機能

コア機能

• 構造設計 円筒型エラストマー（直径10-100mmはオプション）、高剛性設計（自然振動数が高い）、優れた偏心荷重・横方向力に対する耐性（通常、定格荷重の±5%～±10%の横方向力を耐えられる）、良好な力の均一性。

• 精度性能: 高精度グレード（一般的にC3、C6で、一部のハイエンドモデルはC1に達する）、非直線性誤差 ≤±0.01%FS、繰り返し精度誤差 ≤±0.005%FS、ゼロドリフトが小さい（≤±0.002%FS/℃）。

• 材質および保護: エラストマー材質の選択肢として合金鋼（経済版、降伏強度 ≥800MPa）またはステンレス鋼（304/316L、耐腐食性）があり、保護等級IP67/IP68がオプションで選べ、湿気の多い、粉塵の多い、わずかに腐食性のある環境に適している。

• 設置互換性： 両端はねじ式（M12-M60）またはフランジ接続で、コンパクトな設置スペースを実現しており、垂直・軸方向の荷重測定に適しており、複数のセンサーを並列接続して計量装置を構成可能（4〜8台のセンサーの同期動作をサポート）。

基本機能

• 力・重量測定: 静的・動的計量に対応（動的応答時間 ≤ 5ms）、広範囲の測定範囲（1t - 500t、カスタマイズモデルによっては1000tまで対応可能）。

• シグナル出力： アナログ信号（4 - 20mA、0 - 10V）またはデジタル信号（RS485/Modbus、HART）を提供し、主流の計量器、PLC、DCSシステムと互換性があります。

• 追加機能： 一部のモデルには温度補償（-20°C - 80°Cの補償範囲）、過負荷保護（定格負荷の150% - 200%）、防爆認証（Ex ia IIC T6）、および雷保護設計が統合されています。

• 長期的な信頼性: 長寿命の疲労特性（≥ 10⁶回の負荷サイクル）、良好なゼロ点安定性、年間ドリフトは≤ ±0.01%FS。

2. 解決される主な問題

•測定精度不足： 従来のセンサーにおける偏心負荷に対する耐性が低く、データの変動が大きいという課題に対処するため、高剛性構造と精密なひずみゲージ接着技術を採用し、偏心負荷条件下でも測定誤差を≤ ±0.02%FSに抑えることを実現しています。

•過酷な環境への適応性の低さ： ステンレス鋼素材＋IP68保護設計により、湿度、粉塵、酸塩基腐食（化学薬品タンクや屋外計量器など）の環境下におけるセンサー損傷や信号ドリフトの問題を解決します。

•設置およびスペースの制約： コンパクトな円筒構造＋柔軟な接続方法により、大型設備（反応槽やクレーンなど）における設置スペースの制限や軸方向力の導入が困難な問題を解決します。

•重荷重計測の安定性： 高剛性エラストマー＋過負荷保護設計により、中・重荷重用途（トラックスケールや港湾コンテナ計量など）でのセンサーの永久変形を防止し、長期的な計測信頼性を確保します。

•システム互換性の問題： 複数の信号出力モードを備えており、異なる制御システム（Siemens PLCや昆仑通泰タッチスクリーンなど）との接続困難を解消し、追加の信号コンバーターが不要です。

3. ユーザー体験

•取り付けの便利さ： 標準化されたねじ式／フランジインターフェースに取り付け用レンチおよび位置決めピンを備えており、一人での設置が可能。力の方向を簡単に調整できるよう、底部には水平調整用の穴が予め設けられている。

• 操作および較正： ゼロ調整は簡単（計器のワンボタンゼロ設定）で、標準分銅によるキャリブレーションも可能（キャリブレーション時間≤10分）。一部のデジタルモデルはソフトウェアによるリモートキャリブレーションにも対応。

• 低維持費 密封構造設計のため、頻繁なメンテナンスが不要。 ストレインゲージ 防湿材でコーティングされており、故障率が低い（年間平均故障率≤0.5％）。端子台などの交換可能な部品は個別に交換可能。

• データフィードバック： 信号応答が高速で、動的計量時でもデータ遅延なし。デジタルモデルには内蔵の故障診断機能（過負荷警報、配線異常通知など）があり、トラブルの迅速な特定が可能。

• 互換性の体験： 市場に出回っている計量器および制御システムの90％以上と互換性があり、ハードウェアインターフェースを変更する必要はなく、プラグアンドプレイが可能。複数のセンサーを並列接続でき、自動負荷分散をサポート。

4. 典型的な使用シナリオ

1）産業用計量およびメトロロジー

• シロ／タンク計量：化学および建材業界における粉体／液体シロの重量監視。レベル制御および在庫管理に対応（通常、4つのセンサーを対称に設置）。

• トラックスケール／レールスケール：道路および鉄道貨物の計量。単一センサー容量は50～200t。複数のセンサーを並列接続して計量台を構成（例：100tのトラックスケールでは、一般的に4つの25tセンサーを使用）。

• リアクター計量：医薬品および化学工業におけるリアクターのリアルタイム重量監視。制御システムと連携し、投入量の正確な制御を実現（防爆仕様のセンサーが必要）。

2）機械装置への統合

• クレーン／天井クレーンの過負荷保護：港湾や工場におけるクレーンの揚力容量を監視し、負荷が定格値を超えた際に警報を発生（振動耐性および高速応答を備えたモデルが必要）。

• プレス機／試験機：材料力学試験における圧力／引張力の測定。高精度（C1レベル）および高ダイナミック応答（≤3ms）が要求される。

• 建設機械：コンクリート混合工場でのバッチ計量およびタワークレーンの過負荷保護。屋外の湿気および振動環境に適した製品（保護等級 ≥IP67）。

3）計量器製造

• 台上秤／フロアスケールの主要構成部品：小型・中型台上秤（1-5t）および大型フロアスケール（50-500t）のコアセンシングユニット。優れた一貫性（複数センサー間の誤差 ≤±0.01%FS）が要求される。

• カスタマイズされた計量器：防爆型電子スケールや耐腐食性産業用スケールなど、ステンレス素材および防爆認証センサーを使用し、特殊産業のニーズに対応。

4）その他の特殊なシナリオ

• 食品・医薬品業界：衛生的なステンレスセンサー（316L材質、表面研磨仕上げ）を使用し、原材料の計量および完成品の計測に適しており、GMP基準に準拠。

• 採掘・冶金業界：高温環境（≤120℃）用にカスタマイズされたモデルで、鉱石ホッパーの計量や冶金炉の重量監視に使用（高温補償機能を必要とする）。

5. 使用方法（実用ガイド）

1）設置手順

• 準備：設置面を清掃してください（平面で、油分がなく、平面誤差が≤0.1mm/mであることを確認）。また、センサー外観の点検を行ってください（変形がないこと、端子台が破損していないこと）。• 設置と固定：負荷ポイントにセンサーを垂直に取り付けて、荷重が軸方向に伝達されるようにしてください（横方向の力は避ける）。トルクレンチを使用し、指定されたトルク値で締め付けてください（合金鋼製センサーの場合推奨20-50N·m、ステンレス鋼製の場合15-30N·m）。

• 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-）、デジタル信号の場合はModbusプロトコルに従って配線してください。配線時は高圧線から離れて（≥10cm）配線し、電磁干渉を回避してください。

• 保護処理：屋外設置の場合は雨よけカバーを取り付け、配線接続部は防水コネクタでシールしてください。腐食性環境では、センサー表面に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：電源をオンにして30分間予熱した後、メーターの「ゼロ」ボタンを押して、ゼロ出力が±0.001%FS以内であることを確認します。

• 負荷調整：標準質量（定格負荷の50％および100％が推奨されます）を載せ、メーターの読み取り値を記録し、メーターまたはソフトウェアで誤差を補正します（誤差は精度等級に対応する許容誤差以下でなければなりません）。

• 動的デバッグ：動的計量の場面では、センサーの応答時間をテストし、メーターのフィルタリングパラメータを調整します（通常、フィルタリング周波数は5～10Hzです）ことでデータの変動を防ぎます。

3）日常メンテナンス

• 定期点検：センサーユニットの表面を毎月清掃し、配線の緩みがないか確認します。また、四半期ごとにゼロ点の校正を行い、年1回フルキャリブレーションを実施します。

• 故障対応：データドリフトが発生した場合は、供給電圧を確認してください（12〜24V DCで安定している必要があります）。信号出力がない場合は、配線が正しいか、またはセンサーが過負荷で損傷していないかを確認してください。

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1.2〜1.5倍の範囲を持つモデルを選択してください（例：最大負荷50tの場合、60〜75tのセンサーを選択可能）。過負荷時の余裕を持たせてください。

• 精度クラス：産業用計量にはクラスC3（誤差 ≤ ±0.02%FS）を選び、実験室での試験にはクラスC1（誤差 ≤ ±0.01%FS）を、一般的な監視用途にはクラスC6（誤差 ≤ ±0.03%FS）を選んでください。

• シグナルタイプ：アナログ信号（4〜20mA）は従来の計器に適しており、デジタル信号（RS485）はスマート制御システムに適しており、リモートモニタリングをサポートします。

2）環境適応性に基づく選定

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

• 対象媒体：乾燥した環境では合金鋼を選択してください。湿気のある／腐食性の環境では304／316Lステンレス鋼を選択してください。高腐食性環境（例：酸・アルカリ溶液）ではハステロイを選択してください。

• 保護等級：屋外／湿気の多い環境では、IP67以上を推奨します。水中または粉塵の多い環境では、IP68以上を選択してください。

3）設置方法およびシステム互換性

• 設置方法：設置スペースが限られている場合は、ねじ式接続を選択してください。大きな負荷がある場合は、フランジ接続を選択してください。偏心荷重のリスクがある場合は、偏心荷重対応設計のモデルを選択してください（偏心荷重誤差 ≤ ±0.01%FS）。

• 互換性：センサーの出力信号が既存の計器／PLCと一致していることを確認してください。複数のセンサーを並列接続する必要がある場合は、アドレス設定をサポートするデジタルモデルを選定してください。

4）追加要件の確認

• 認証要件：防爆対応が必要な環境ではEx ia IIC T6認証を満たすものが必要です。食品業界ではFDA／GMP認証、計量用途ではCMC（計量機器型式承認証）が必要です。

• 特殊機能：動的荷重計測には応答時間≤5msのモデルを、遠隔監視には無線伝送（LoRa／NB-IoT）機能を備えたスマートモデルを選定してください。

要約

コラムロードセルは、「高剛性、干渉防止、広範囲」という3つの特徴を主な利点としており、中～重負荷用途における正確な計量、過酷な環境への適応性、システムとの互換性などの課題に対応しています。ユーザーエクスペリエンスとしては、簡単な設置、簡易なメンテナンス、安定したデータ出力が重視されます。ロードセルを選定する際は、まず測定範囲、精度、使用環境という3つの要件を明確にし、その後、取り付け方法やシステムとの互換性を踏まえて判断する必要があります。使用時には、軸力の正確な印加と定期的なキャリブレーションを厳密に守ることで、長期的な信頼性を確保します。産業用計量、機械統合、計量器製造などの分野に適しており、中～重負荷の計量シーンにおいて最も選ばれるセンサータイプです。

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