スチールマイクロセンサー CZL913EC

商品紹介

マイクロ 荷重センサ は、ひずみ効果に基づいて開発された小型化された重量測定部品です。そのコアは、マイクロ感応構造（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。その体積は通常、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、測定範囲は数グラムから数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用途におけるコア部品として、医療機器、民生用電子機器、スマートデバイス、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です。

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： 従来の寸法は5mm×5mm×2mmから30mm×20mm×10mmまでであり、カスタマイズされたモデルの中にはミリ単位まで小型化され、重量がわずか0.1g～5gにまで抑えられたものもあり、スマートウォッチやマイクロポンプなどの限られた空間への統合が容易で、装置全体の構造設計に影響を与えることなく搭載できます。

• 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、センサー素子と信号処理回路をマイクロハウジング内に一体化しています。一部のモデルは表面実装タイプやリード付きタイプなど、軽量な取り付け形式をサポートしており、PCB基板上への直接半田付けやスナップフィットによる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に達し、分解能は0.001gまで可能です。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レベルの重量監視まで、幅広い用途に対応できます。

• 高速な動的応答： 応答時間≤10msで、自動分類ラインでの高速軽荷重計量や医療用輸液における滴下速度の重量監視など、瞬時の重量変化をリアルタイムで捉えることが可能であり、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°C〜60°Cの動作環境に対応）により、周囲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することで、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： センシング素子には主に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を使用。ハウジングは耐腐食性で、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、汚染や腐食損傷を回避します。

• 低消費電力特性： 静的消費電力は≤10mAで、スリープモードではわずか10μAまで低下し、バッテリー駆動のポータブルデバイス（ハンドヘルド型はかりやスマートウェアラブルデバイスなど）に適しており、バッテリー寿命を延長します。

2. 業界の核心的な課題を解決

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した。小型ロードセルは、以下の核心的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困難だった問題を解決し、スマートブレスレットの体重測定機能や小型医療ポンプでの液体薬剤の重量制御などにおいて、「計量機能＋小型化」という両立を可能にする、小型フォームファクター設計を実現します。

• 軽荷重下での高精度計測の困難さ： 実験室における微量サンプルの重量測定や電子部品ピンの重量検出など、グラムおよびミリグラム範囲での計量時に伝統的なセンサーが持つ精度不足の問題を解決し、精密製造および科学研究に信頼性の高いデータを提供します。

• 携帯型デバイス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。

• 複雑な設置空間の制約： 自動化装置内の内部部品の計量やパイプライン内流体の重量監視など、狭く特殊な構造を持つ空間における計量要求に対応し、パッチ型および埋め込み型の設置により空間制限を突破します。

• 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

• 高い統合の利便性： 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。

• シンプルなデバッグ操作： 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。

• 使用における高い安定性： 温度補償および干渉防止設計により、データドリフトを≤±0.05%FS/年に抑え、携帯型および組み込み型の使用シーンにおいて頻繁なキャリブレーションを不要とし、保守後の作業負荷を低減します。

• 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、取り付け方法を持つモデルが幅広く用意されており、装置のサイズ、電源電圧、精度要件に応じて直接選択できる。一部のメーカーは少量でのカスタマイズにも対応しており、個別のニーズに応えることが可能。

• 合理的なコスト管理： 一括調達により、単価を数十元から数百元の範囲内に抑えることができ、カスタム設計の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、装置全体のエネルギー消費コストを低減できる。

4. 典型的な適用シナリオ
1) 医療・健康分野
• 輸液モニタリング機器：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、輸液速度を算出する。液体がほぼなくなるとアラームを発動し、空瓶のリスクを回避する。集中治療室などでの精密な輸液制御に利用される。
• リハビリ・看護機器：義肢の知能型リハビリ用体重計や重量感知モジュールに使用され、高齢者のリハビリ訓練中の体重変化のモニタリングや、義肢への重量フィードバックの提供に活用され、リハビリの安全性を高めます。
• 病院用検査機器：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性を確保します。例えば、新型コロナウイルス検査用試薬の微小サンプルの重量測定などが挙げられます。

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統合され、体重や体脂肪の間接的な測定、または運動中の負荷重量のモニタリングを可能にします。たとえば、走行時の足の着地重量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において、原材料の重量を計るために使用され、例えばコーヒー粉の正確な重量を測定して抽出濃度を制御する。また、スマートゴミ箱の満杯状態を監視する（重量からゴミの容量を判断することで）。
• 携帯型計量ツール：小型の宅急便用スケールやスーツケース用計量器など、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
• 電子部品製造：SMT実装生産ラインにおいて、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、半導体パッケージングでは、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機器:マイクロアセンブリロボットのエンドエフェクタで,握った部品の重さを感知し,握り成功かどうかを判断するために使用されます.例えば,携帯電話カメラモジュールの組み立て中に重量検査を行う場合です.
• 液体制御装置:マイクロメーターポンプや燃料注入器に組み込まれ,燃焼効率を確保するために燃料注入システムで微量量の燃料を重量で計量するなど,重量を通して液体供給量を監視します.

4) 科学研究および試験分野
• 材料科学研究: 小型の材料サンプル (ナノ材料や薄膜材料など) の重量や,ストレッチや圧縮中に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する.
• 環境モニタリング機器：微小水質モニターや空気採取装置において、採取されたサンプルの重量を測定し、大気中の粒子状物質のサンプリング後の重量分析など、汚染物質濃度の算出に使用される。

5) ロジスティクスおよび小売分野
• マイクロソーティングシステム：宅配自動仕分けラインの終点で小包の重量を計量し、重量に基づく分類を行う。また、無人スーパーのセルフレジでは、重量データベースと併せて重量測定により商品を識別する。
• 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」を核とする競争力を備えたマイクロ計量センサーは、従来の計量機器が抱えていたスペースや測定範囲という制約を打破し、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。これらのセンサーは、容易な統合性、安定した性能、適切なコスト管理により、マイクロデバイスの機能向上を促進するだけでなく、さまざまな業界が計量において「高精度化、小型化、知能化」を実現するために信頼できるサポートを提供しています。このようにして、現代のセンシング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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