パラレルビーム計量センサー CZL642F

商品紹介

並列ビーム 荷重センサ は、ひずみ抵抗原理に基づく力感知検出素子であり、二重平行ビームまたは単一平行ビームのエラストマーを主構造としています。外力が加わると、ビームの曲げ変形によりストレインゲージが駆動され、抵抗値の変化を生じさせ、それを標準化された電気信号に変換します。軽荷重下での高精度、平面によるオフセンター荷重への耐性、取り付けの簡便さなどの利点を兼ね備えており、小範囲の重量測定、平面力測定および組み込み測定の場面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、主な寸法から詳細を紹介します。 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： 一体型並列ビーム構造（ビーム厚さ2〜15mm、長さ20〜150mm）を採用しており、応力分布がビームの中央部に均一に集中し、平面内で多方向の荷重を支持可能。優れた非対称荷重耐性（定格負荷の±20％～±30％の平面内オフセンター荷重に耐えられる）を持ち、明らかな応力の盲点がない。

• 精度性能： 精度レベルはC1-C3をカバーし、主流モデルはC2に達しています。非直線性誤差は≤±0.01%FS、繰返し誤差は≤±0.005%FS、ゼロドリフトは≤±0.002%FS/℃で、0.1kg～500kgの小範囲シナリオにおいて類似センサよりも優れた精度性能を発揮します。

• 材料および保護： エラストマーは、一般的に軽量用途向けにアルミニウム合金、一般的な産業用途向けに合金鋼、腐食性環境向けに304／316Lステンレス鋼を使用し、表面処理は陽極酸化処理、ニッケルめっきまたはパスベージングである。保護等級は通常IP65／IP67であり、食品グレードモデルはIP68に達し、さまざまな複雑な環境に適している。

• 設置互換性： 底部には標準化された取付穴（ねじ穴または円穴）が設けられており、ボルト固定または接着剤による取り付けをサポートしている。一部のマイクロモデルは埋め込み方式での取り付けが可能で、卓上型はかりや自動機器の狭い設置スペースに適しており、単一ユニットで平面のはかり要求に対応できる。

基本機能

• 軽負荷力測定： 静的／準動的軽負荷のはかり（応答時間≤4ms）に重点を置いており、測定範囲は0.1kg～500kgをカバーし、一般的な用途は1kg～200kgの範囲に集中している。マイクロモデルでは0.01kgという超小範囲の計測も可能である。

• 複数種類の信号出力： アナログ信号（4-20mA、0-3V、0-5V）およびデジタル信号（RS485/Modbus RTU、I2C）を提供します。マイクロインテリジェントモデルは信号補正モジュールを内蔵しており、単一チップマイコンやIoTモジュールに直接接続できます。

• 安全保護機能： 広い温度範囲での温度補償（-10℃～70℃）を備え、過負荷保護機能（定格負荷の150%～200%、通常アルミニウム合金モデルは150%）を有しています。一部のモデルにはショック防止用バッファ構造も含まれます。

• 長期的な安定性： 疲労寿命は負荷サイクル数≥10⁷回、定格負荷下での年間ドリフトは≤±0.01%FSであり、スーパーマーケットや実験室などの長期連続運転用途に適しています。

2. 解決される主な問題

• 軽負荷時における精度不足： 10kg未満の小範囲測定時における従来型センサーの誤差が大きいという課題に対し、ビーム応力を最適化設計することで、測定誤差を±0.005%FS以内に抑えることを実現しました。これにより、食品の重量測定や医薬品の個数カウントなど、高精度が求められる用途の問題を解決します。

• 平面偏心荷重の測定不正確さ： 平行ビーム構造の均一な応力分布特性により、計量対象物の位置ずれによって生じる偏心荷重の影響を効果的に相殺でき、卓上型計量器や選別装置における材料の配置位置が固定されていないことによる精度問題を解決します。

• 装置への一体取り付けの困難さ： コンパクトな構造と柔軟な設置方法により、自動設備やスマート家電への埋め込み設置要件に対応可能で、装置本体の主構造を変更する必要がなく、統合コストを削減します。

• 複数の環境への適応性が低い： 素材および保護レベルのアップグレードにより、湿度（例：養殖業における計量）、腐食（例：化学薬品の計量）、粉塵（例：小麦粉加工）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。

• 小型機器におけるコスト圧力： 単一のセンサーで平面計量要件を満たすため、複数の組み合わせが不要です。また、アルミニウム合金素材により製品の重量とコストを削減し、小型計量器および民生用電子機器のコスト管理問題を解決します。

3. ユーザー体験

• 極めて簡素な設置： 標準化された取付穴と位置決め基準面を備えており、専用のキャリブレーションツールは不要です。一般的なドライバーでの設置が可能で、平面度の要求が低く（≤0.1mm/m）、1人でのデバッグを10分以内に完了できます。

• 操作の敷居が低い： ゼロ調整および荷重計器のワンポイントキャリブレーション（定格負荷の100%の標準分銅のみ必要）をサポートしています。デジタルモデルはコンピュータソフトウェアで迅速にキャリブレーションでき、専門知識のない人でも簡単に操作できます。

• メンテナンスコストが非常に低い： 完全密閉構造により、ほこりや湿気の侵入が抑えられ、年間平均故障率は≤0.2%です。アルミニウム合金モデルは軽量（最小わずか5g）で、交換が容易であり、メンテナンス時に大規模な構造を分解する必要がありません。

• 高精度なデータフィードバック： 静的測定データの変動は≤±0.003%FSと小さく、準動的状況でもヒステリシス（磁滞）がありません。デジタルモデルにはゼロドリフト補正機能が備わっており、頻繁なキャリブレーションが不要で、データの安定性に優れています。

• 良い統合適応性： マイクロモデルは小型（最小サイズ20mm×10mm×5mm）で、スマートデバイス内部に埋め込むことが可能であり、デバイスの外観設計に影響を与えることなく使用できる。信号出力は主流の小型コントローラと互換性があり、プラグアンドプレイが可能。

4. 典型的な適用シナリオ

1) 民用および商業用軽負荷計量器

• スーパーマーケット用価格表示はかり／電子台上はかり：3～30kgの価格表示はかりのコアとなる検出ユニット。アルミニウム合金素材による軽量設計と偏心荷重に対する耐性により、設置位置の違いに関わらず正確な計量が可能で、誤差は≤±1gです。

• 高速電子はかり：1～50kgの高速計量用機器。ステンレス素材で汚れが付きにくく、清掃も簡単。IP67保護等級なので、宅配便営業所の湿気やほこりの多い環境にも適しています。連続した迅速な計量をサポートします。

• キッチンスケール／調理用スケール：0.01～5kg対応の高精度キッチンスケール。マイクロパラレルビームセンサーを採用し、ミリグラム単位の精度を実現。デジタル信号出力により高精細ディスプレイとの互換性があり、正確な材料配合の要件を満たします。

2) 業界用自動化装置

• 自動仕分け装置：食品およびハードウェア業界向けの重量仕分け機。仕分け用コンベアベルト下部に設置され、製品の重量をリアルタイムで検出し、仕分け機構と連動。仕分け精度は最大±0.1g。

• 生産ラインでの材料検出：電子部品の組立ラインにおける材料不足の検出。重量による測定で材料の欠品を判断（例：スマートフォンバッテリーの組立）。応答時間≤4msで、高速生産ラインに適しています。

• パッケージング機械の定量制御：小粒子・粉末用パッケージング機械の定量計量。C2精度クラスのモデルにより、1袋あたりの重量誤差を≤±0.2％に抑え、計量法令の要件を満たします。

3) 食品および製薬業界

• 製薬原料の計量：製薬業界における小容量原薬（0.1～10kg）の計量。316Lステンレス材を使用し、GMP認証取得。死角のない鏡面研磨仕上げで、消毒・滅菌が容易。精度は≤±0.01％FS。

• 水産物・肉類の計量：屠殺場や水産市場での切断および計量用機器。防水・防食設計（IP68）で直接洗浄可能であり、湿気や水分が多い作業環境に適しています。

4) 科学研究および実験装置

• 生物学的実験における計量：微生物培養や化学試薬の配合など、高精度が求められる実験室での試薬やサンプルの計量。超小型レンジモデル（0.01～1kg）を使用することで、その要求を満たします。

• 医療機器における力測定：リハビリ機器（握力計など）や医療用はかり（ベビースケール）の力／重量測定。軽量アルミニウム合金設計により機器の携帯性を向上。精度は±0.005%FSまで。

5) スマートコンシューマー電子機器およびIoTデバイス

• スマート家電：洗濯機における衣類重量の検出やコーヒーメーカーにおけるコーヒー豆投入量の計量。マイクロ組み込み型センサーにより機器のスマート制御を実現し、ユーザー体験を向上。

• IoTターミナル：スマート棚やスマートごみ箱の重量監視。低消費電力のデジタルモデルでNB-IoTによる無線伝送をサポートし、IoT遠隔管理シナリオに適しています。

5. 使用方法（実用ガイド）

1) 設置手順

• 準備：設置面を清掃し（油汚れやバリを取り除く）、センサーの外観を確認（ビーム本体の変形やケーブルの損傷がないこと）。測定範囲に応じて適切な取り付けボルトを選定（アルミ合金モデルには高強度ボルトの使用を避ける）。

• 位置決めと固定：荷重面にセンサーを水平に設置し、荷重がビーム本体の真上に垂直に作用するようにする（横方向の衝撃を避ける）。トルクレンチを使用してボルトを締め付ける（アルミ合金モデルは5～10N・m、合金鋼モデルは10～20N・m）。締めすぎによるビーム本体の損傷を防ぐ。

• 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－」に従って配線してください。デジタル信号の場合はピン定義に従って接続してください。マイクロモデルの配線時はケーブルを引っ張らないようにし、余長として5cm程度を確保することを推奨します。

• 保護処理：湿気の多い環境では、ケーブルコネクタを防水テープで密封してください。食品産業では、使用後は速やかにセンサー表面を清掃し、残留物による腐食を防いでください。

2) キャリブレーションとデバッグ

• ゼロキャリブレーション：電源を入れ、10分間通電暖機を行った後、「ゼロキャリブレーション」コマンドを実行してください。ゼロ出力が±0.001%FS以内にあることを確認してください。ずれが大きい場合は、設置面が平らかどうかを確認してください。

• 負荷の較正：定格負荷の100％に相当する標準質量（小範囲の場合は標準分銅を使用）を載荷し、出力信号値を記録して、メーターまたはソフトウェアで誤差を補正します。誤差は対応する精度等級の許容値以下である必要があります（C2等級では±0.01%FS以下）。

• 偏心負荷試験：センサーの荷重受ける面の異なる位置に同じ質量を載荷し、読み取り値の一貫性を確認します。偏差は±0.02%FS以下であるべきであり、そうでない場合は設置レベルの調整が必要です。

3) 日常メンテナンス

• 定期点検：センサー表面は毎週清掃し、配線の緩みは毎月点検してください。スーパーの計量器は四半期ごとに較正を行い、実験室機器は毎月較正を行ってください。

• 故障対応：データにドリフトが生じた場合、まず電源電圧を確認してください（5〜24V DCで安定、マイクロモデルは通常5V）。読み取り値が異常な場合は過負荷を確認し（アルミニウム合金製モデルは過負荷により永久変形を起こしやすい）、必要に応じてセンサーを交換してください。

6. 選定方法（要件の正確なマッチング）

1) コアパラメータの決定

• レンジ選定：実際の最大重量の1.2〜1.5倍の範囲で選定してください（例：最大重量10kgの場合、12〜14kgのセンサーを選択）。軽負荷時におけるレンジの大きすぎによる精度不足を避けてください。

• 精度クラス：実験室・医療用途ではC1クラス（誤差 ≤ ±0.005％FS）を、産業計量ではC2クラス（誤差 ≤ ±0.01％FS）を、民生用計量器ではC3クラス（誤差 ≤ ±0.02％FS）を選んでください。

• シグナルタイプ：民生用計量器はアナログ信号（0〜5V）、スマートデバイスはデジタル信号（I2C/RS485）、IoT用途はワイヤレスモジュール付きモデルを選んでください。

2) 環境適応性による選定

• 温度：通常の環境（-10 ℃～60 ℃）では標準モデルを選択してください。低温冷蔵環境（-20 ℃～0 ℃）では耐低温モデルを選択してください。高温環境（60 ℃～80 ℃）では高温補償タイプを選択してください。

• 対象媒体：乾燥環境ではアルミニウム合金を選択してください。湿気の多い環境／食品産業では304ステンレス鋼を選択してください。化学薬品による腐食環境では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≥IP65、湿気のある／洗浄が必要な環境では≥IP67、水中または強腐食環境では≥IP68を選択してください。

3) 設置およびシステム互換性

• 取り付け方法：卓上スケールにはボルト固定を選択してください。スマートデバイスには埋め込み取り付けを選択してください。設置スペースが限られている場合は、長さ30mm以下の小型モデルを優先してください。

• 互換性：センサーの電源電圧および信号タイプがコントローラーと一致していることを確認してください。マイクロモデルの場合、配線ミスやモジュールの焼損を防ぐため、ピン定義を確認してください。

4) 追加要件の確認

• 認証要件：食品・医薬品業界ではFDA／GMP認証が必要。計量用途ではCMC認証が必要。輸出製品にはOIML認証が必要。

• 特殊機能：高速ソーティングには応答時間3ms以下のモデルを選定。低消費電力用途にはスリープ電流10μA以下のIoTモデルを選定。衛生用途にはねじ部や死角のない一体型モデルを選定。

要約

並列ビーム式重量センサーは、「軽荷重での高精度、平面偏荷重対応、簡単な統合」の3つの主要な利点を持っています。そのコアソリューションは、小範囲での正確な計量、材料の偏荷重、機器への埋め込み設置といった課題を解決することにあります。ユーザー体験は、シンプルな操作性、メンテナンスフリー、コストの管理可能性を重視しています。選定時には、測定範囲、精度、設置スペース、環境の4つの要件を最優先し、その後でシステムとの互換性や追加機能の有無を組み合わせて判断する必要があります。使用中は過負荷や横方向の衝撃を避け、定期的なキャリブレーション手順を厳密に守ることで、長期的な安定動作を確保できます。軽荷重用計量器、自動化装置、食品・医薬品など幅広い分野に適しており、小範囲かつ平面での計量シーンにおける最適なセンシングソリューションです。

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