コラム型ロードセル CZL110

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 円筒形エラストマー（直径10～100mmオプション）、高剛性設計（自然振動周波数が高い）、優れた偏心荷重・横方向力に対する耐性（通常、定格負荷の±5％～±10％の横方向力を耐えることが可能）、良好な力の一様性。
• 精度性能: 高精度グレード（一般的にC3、C6、一部ハイエンドモデルはC1に到達）、非直線性誤差 ≤ ±0.01%FS、繰返し誤差 ≤ ±0.005%FS、ゼロドリフトが小さい（≤ ±0.002%FS/℃）。
• 材質および保護: エラストマー材料は合金鋼（経済モデル、降伏強度 ≥800MPa）またはステンレス鋼（304／316L、耐腐食性）から選択可能で、保護等級IP67／IP68はオプション。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ます。• 取り付け互換性：両端がねじ式（M12 - M60）またはフランジ接続、コンパクトな設置スペースで、垂直／軸方向の荷重用途に適しており、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台のセンサー同期動作に対応）。

コア機能

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

• 測定精度が不十分： 従来のセンサーにおける偏心荷重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応するため、高剛性構造と精密なひずみゲージ接着技術を採用し、偏心荷重条件下での測定誤差を≤±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： ステンレス鋼素材とIP68保護設計により、湿度、粉塵、酸塩基腐食（化学タンクや屋外計量装置など）の環境下での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。

• 重荷重測定における安定性： 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。

• システムとの互換性問題： 複数の信号出力モードを備えており、追加の信号コンバーターを必要とせずに、異なる制御システム（Siemens PLCや昆仑通态タッチスクリーンなど）との接続問題を解決します。

3. ユーザー体験

• 設置の簡便さ： 標準化されたねじ式／フランジインターフェースに加え、取り付け用レンチと位置決めピンが付属しているため、一人での設置が可能。力の方向を調整しやすいよう、底部には水平調整用穴が備わっています。

• 操作およびキャリブレーション： 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。

• 低メンテナンスコスト： 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、故障率が低く（年間平均故障率 ≤ 0.5％）です。脆弱な部品（端子台など）は個別に交換が可能です。

• データフィードバック： 高速な信号応答で、動的計量時もデータ遅延がなく、デジタルモデルには故障診断機能（過負荷警報、配線異常通知など）が内蔵されており、簡単かつ迅速なトラブルシューティングが可能です。

• 互換性の経験： 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. 典型的な適用シナリオ

1) 工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重量測定。単一センサー容量は50〜200tで、複数のセンサーを並列接続して計量プラットフォームを構成（たとえば、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・化学業界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、材料投入の正確な制御を実現（防爆仕様センサーが必要）。

2) 機械・設備への統合

• 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／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級）および高動的応答（≤3ms）が要求されます。

• 建設機械：コンクリート混合プラントにおける配合成分の計量およびタワークレーンの過負荷保護。屋外の湿気があり振動する環境に適した仕様（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。

• カスタマイズ計量機器：防爆仕様の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済みロードセルを使用し、特殊産業のニーズに対応。

4) その他の特殊シナリオ

• 食品／医薬品業界：衛生グレードのステンレス鋼センサー（316L材質、表面研磨仕上げ）。原材料の計量および完成品の計測に使用し、GMP基準に準拠。

• 採掘／冶金業界：高温環境（≤120℃）用のカスタマイズモデル。鉱石ホッパーの重量測定および冶金炉の重量監視に使用（高温補償機能が必要）。

5.使用方法（実用ガイド）

1) 設置手順

• 準備：設置面を清掃する（平面で油分がなく、平面度誤差≤0.1mm/mを確保）。センサー外観を確認（変形なし、配線端子が健全）。

• ポジショニングと固定：荷重点に垂直にセンサーを取り付け、負荷が軸方向に伝達されるようにする（横方向の力は避ける）。トルクレンチを使用して指定されたトルクで締め付ける（合金鋼センサーは20-50N·m、ステンレス鋼センサーは15-30N·mが推奨）

• 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－）、デジタル信号はModbusプロトコルに従って接続してください。電磁干渉を避けるため、高電圧配線から離して配線を行ってください（≥10cm）。

• 保護処理：屋外設置の場合は、雨よけカバーを追加し、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。

• 負荷校正：標準質量体（定格負荷の50％および100％が推奨）を載せ、メーター表示値を記録し、メーターや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、データの変動を防ぐために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、フィルタ周波数は5～10Hzです）。

3) 定期メンテナンス

• 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、電源電圧（12〜24V DCで安定している必要があります）を確認してください。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／湿気のある環境では≥IP67、水中または粉塵の多い環境では≥IP68が必要です。

3) 設置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接続を、重負荷の場合はフランジ接続を選択してください。偏心負荷のリスクがある場合は、偏心負荷対応設計（偏心負荷誤差 ≤ ±0.01%FS）のモデルを選択してください。

• 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：防爆用途の場合、Ex ia IIC T6 認証が必要です。食品業界向けにはFDA／GMP認証が必要です。計量用途では、CMC（計量器型式承認証）が必要です。

• 特殊機能：動的計量には応答時間 ≤5ms のモデルを、遠隔監視には無線伝送（LoRa／NB-IoT）付きのスマートモデルを選択してください。

要約

コラムロードセルは、「高剛性、抗干渉性、広範囲」という3つの主要な利点を持ち、主に中～重負荷のシーンにおける正確な計量、過酷な環境への適応、システムとの互換性などの問題を解決します。ユーザーエクスペリエンスは、簡単な設置、簡易なメンテナンス、安定したデータ出力に重点を置いています。選定時には、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た上で、設置方法やシステム互換性に基づいて判断する必要があります。使用中は、軸力の正確な加力と定期的なキャリブレーションを厳密に遵守し、長期的な信頼性を確保する必要があります。産業用計量、機械システムの統合、計量器の製造などの分野に適しており、中～重負荷の計量シーンで最も選ばれるセンサータイプです。

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