スチールマイクロセンサー CZL902

商品紹介

マイクロ 荷重センサ ミニチュア化された重量測定部品は、ひずみ効果に基づいて開発されています。そのコアは、微細な感応構造（ひずみゲージ型エラストマーなど）を通じて、重量信号を測定可能な電気信号に変換します。通常、その体積は数立方センチメートルから数十立方センチメートルの範囲内に抑えられており、測定範囲はグラムからキログラムまでカバーし、「小型」と「高精度」という2つの利点を兼ね備えています。軽荷重かつ限られた空間での計量シナリオにおける主要部品として、医療機器、民生用電子機器、知能装置、科学研究試験などの分野で広く使用されており、マイクロデバイスにおける重量センシングを実現するための重要な基盤となっています。

1. コアの特徴と機能

1) 小型化という主要特性

• 超小型・軽量設計： 標準サイズは5mm×5mm×2mmから30mm×20mm×10mmまでで、カスタマイズモデルの中にはミリ単位まで小型化されたものもあり、重量はわずか0.1g～5gと非常に軽量であるため、スマートウォッチやマイクロポンプなど、スペースが限られた場所に埋め込むことが可能で、装置の全体的な構造設計に影響を与えることなく実装できます。

• コンパクトな構造設計： ほとんどの製品は一体型パッケージを採用しており、センシティブな素子と信号処理回路をマイクロハウジングに統合しています。一部のモデルは表面実装やリードタイプなど、薄型・軽量の取り付け形態をサポートしており、PCB基板への直接のはんだ付けやスナップフィット固定に適しています。

2) 計量性能の利点

• 広範囲での高精度測定： 測定範囲は0.1g～50kgをカバーし、中心的な測定精度は±0.01%FS～±0.1%FS、分解能は最大0.001gに達します。これにより、実験室でのマイクログラムレベルのサンプル計量から、家電製品におけるグラム単位の重量監視まで、幅広い用途に対応可能です。

• 高速な動的応答： 応答時間は≤10msであり、自動分類ラインでの高速軽負荷計量や医療用輸液における滴下速度の重量監視など、瞬間的な重量変化をリアルタイムで捉えることが可能で、信号遅延による測定誤差を回避します。

• 安定した妨害耐性： 内蔵の温度補償モジュール（-10℃～60℃の作業環境に対応）により、環境温度の変動による影響を相殺。差動信号出力または電磁シールド設計を採用し、装置内部回路からの電磁干渉に抵抗し、データの安定性を確保します。

3) 統合および適応機能

• 複数信号出力への適応： アナログ信号（0-5V、4-20mA）およびデジタル信号（I2C、SPI、UART）出力をサポートし、追加の信号増幅モジュールを必要とせず、MCU、単一チップマイコン、小型PLCなどのマイクロ制御ユニットに直接接続できます。

• 材料および媒体との適合性： センシティブな要素には主に316Lステンレス鋼、チタン合金、またはエンジニアリングプラスチックが使用されており、ハウジングは防食処理が施されており、医療用体液、食品原料、電子部品など、さまざまな計量媒体に適しており、汚染や腐食による損傷を回避します。

• 低消費電力特性： 待機時消費電流は≤10mA、スリープモード時は最低10μAまで低下可能で、ハンドヘルド型の計量器やスマートウェアラブルデバイスなどのバッテリー駆動ポータブル機器に適しており、バッテリー寿命を延ばすことができます。

2. 解決される主要産業課題
軽負荷および小型化された計量シナリオにおいて、従来のロードセル（プラットフォームスケール用センサーや産業用計量モジュールなど）は「サイズが大きすぎる、消費電力が高い、精度が不十分、統合が困難」といった問題があります。小型ロードセルは、以下の主要な課題を特に解決します：
• 小型デバイスへの統合における障壁： 従来のセンサーでは小型デバイスに組み込むことが難しいという問題を解決し、スマートブレスレットの体重監視機能やミニチュア医療ポンプの液体薬剤の重量制御など、「計量機能＋小型化」というデバイスの両要件を小型フォームファクター設計によって満たします。
• 軽負荷下での高精度測定の難しさ ：従来のセンサーがグラム単位やミリグラム単位の計量で精度が不十分であるという問題を解決し、実験室での微量サンプルの計量や電子部品ピンの重量検出など、精密生産および科学研究に信頼性の高いデータを提供します。
• 携帯端末における消費電力の問題： 従来のセンサーの高消費電力によりバッテリー寿命が短くなる問題を、低消費電力特性によって解決し、ハンディ型宅配便用はかりや屋外でのサンプル採取用計量装置などの連続使用時間を延長します。
• 複雑な設置スペースの制限： 自動化設備の内部部品の計量やパイプライン内の流体重量の監視など、狭く特殊な構造を持つ空間においても計量要件を満たします。パッチ型および内蔵型の設置により、空間制約を突破します。
• 複数のシナリオにおける信号の互換性問題： 従来型センサーの信号が小型制御ユニットと一致しないという問題を解決します。デジタル信号出力モデルはマイコンやMCUに直接接続可能で、小型デバイスにおける回路設計の複雑さを軽減し、R&Dコストを削減します。

3. ユーザーエクスペリエンスの特長
•高い統合利便性： 標準化されたピン配置およびパッケージサイズにより、PCB基板への直接はんだ付けまたはスナップフィット固定が可能で、複雑な機械構造を必要とせず、統合時間を30分以内に短縮し、装置の生産効率を大幅に向上させます。
• 簡単なデバッグ操作： デジタル信号モデルは、コマンドによるゼロ点およびレンジの一鍵キャリブレーションをサポートしており、アナログ信号モデルは優れた直線性を備え、簡単な回路デバッグだけで使用可能となるため、開発者の技術的ハードルが低くなります。
•使用時の高い安定性： 温度補償および干渉防止設計により、データドリフトは≤±0.05%FS/年とされており、ポータブルおよび組み込み用途での頻繁なキャリブレーションが不要となり、保守後の作業負荷が軽減されます。
•柔軟で多様なモデル選択： さまざまな測定範囲、信号タイプ、取り付け方法に対応した幅広いモデルを用意しており、装置のサイズ、電源電圧、精度要件に応じて直接選定可能です。一部のメーカーは小ロットのカスタマイズにも対応し、個別ニーズに応えます。
•適切なコスト管理： 大量調達時における単価は数十元から数百元の間で制御可能であり、カスタマイズされた小型センシングソリューションと比較してコストを50％以上削減できる。同時に、低消費電力特性により機器全体のエネルギー消費コストも削減される。

4. 典型的な使用シナリオ
1) 医療分野
• 輸液モニタリング装置：輸液ポンプに組み込み、薬液のリアルタイムでの重量変化を監視し、輸液速度を算出し、薬液が切れそうになった場合にアラームを発動させることで空瓶のリスクを回避する。集中治療室（ICU）などでの精密な輸液管理に適用される。
• リハビリテーションおよび介護機器：スマートリハビリ用体重計や義肢の重量感知モジュールに使用され、高齢者のリハビリトレーニング中の体重変化のモニタリングや、義肢への力覚フィードバックの提供を通じてリハビリの安全性を向上させる。
• ラボ用医療機器：マイクロピペットや生化学分析装置において、試薬やサンプルの重量を測定し、サンプル添加の正確さを保証します。例えば、COVID-19検査用試薬の微小サンプルの重量測定などです。
2) 消費者向け電子機器およびスマートウェアラブル
• スマートウェアラブルデバイス：スマートブレスレットやスマートウォッチに組み込まれ、体重や体脂肪の間接的な測定や、運動中の負荷の監視を可能にします。たとえば、走行時の着地における足への負荷の重さを分析するなどです。
• スマートホームデバイス：スマートキッチンスケールやコーヒーメーカーで原材料の重量を計るために使用され、コーヒー粉の量を正確に測定して抽出濃度を制御したり、スマートゴミ箱の満杯状態を監視したり（重量によってゴミの容量を判断）します。
• 携帯型計量ツール：小型エクスプレススケールやスーツケース用はかりなど、小型で低消費電力の設計により、ユーザーが持ち運びやすく、物品の重量をリアルタイムで測定できる。
3) 業界向けオートメーションおよびマイクロ製造
• 電子部品の生産：SMT実装ラインにおいて、チップや抵抗器などの部品の重量を監視し、不良品を除外する。また、半導体パッケージ工程では、封止用コロイドの重量を測定してパッケージ品質を確保する。
• マイクロオートメーション装置：マイクロアッセンブリロボットのエンドエフェクタに使用され、把持した部品の重量を感知して、正常に把持できたかを判断する。例えば、スマートフォンのカメラモジュールの組立時の計量および検出に利用される。
• 流体制御装置：マイクロ計量ポンプや燃料噴射装置に組み込まれ、重量による流体供給量を監視します。例えば、燃料噴射システム内の微量の燃料を計量し、燃焼効率を確保します。
4) 科学研究および試験
• 材料科学研究：ナノ材料や薄膜材料などの微小な材料サンプルの重量、または引張・圧縮中の材料の重量変化を測定し、性能分析のためのデータを提供します。
• 環境モニタリング装置：マイクロ水質モニターおよび空気サンプリング装置において、採取されたサンプルの重量を測定して汚染物質濃度を算出します。たとえば、大気中粒子状物質のサンプリング後の重量分析が該当します。
5) 物流および小売
• マイクロソーティングシステム：高速自動仕分けラインの終点では、小包を重量別に分類するために weigh します。また、無人スーパーのセルフチェックアウトカウンターでは、重量データベースと連携して製品を識別します。
• 小売業用計量機器：宝飾品スケールや貴金属スケールなどがあり、金やダイヤモンドなどの貴重品を高精度で計量するために使用されます。小型設計のため、カウンター上に設置してもスペースをあまり取りません。

要約

小型、高精度、低消費電力」を核とする競争優位性を持つマイクロロードセルは、従来の計量装置が抱えていたスペースや測定範囲の制約を打破し、医療、民生用電子機器、マイクロ製造などの分野における軽負荷計量ニーズに正確に対応しています。その容易な統合性、安定した性能、適切なコスト管理は、マイクロデバイスの機能向上を推進するだけでなく、さまざまな業界が計量において「高精度化、小型化、知能化」を実現するための信頼できるサポートを提供しています。このようにして、マイクロロードセルは現代のセンサー技術において欠かせない重要な一分野となっています。

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