ひずみゲージセンサーメカニズム PT306

商品紹介

ひずみゲージセンサのセンサコアは、ひずみゲージセンサの主要な機能部品です。その基本原理は、金属または半導体材料の「ひずみ効果」を利用したもので、力が加わって材料が変形すると、その抵抗値が体系的に変化する性質を用いています。この抵抗値の変化を測定可能な電気信号に変換することで、力、圧力、重量、トルクなどの機械的量を高精度に検出できます。センサの「心臓部」ともいえるこのコアは、測定性能を直接的に決定し、産業用計測・制御、計量システム、輸送・物流、医療機器などの分野で広く応用されています。

1. コアの特徴と機能

1) コアの性能上の利点

• 高精度および高感度： 高精度の金属（例：ケブラー、カマ合金）または半導体ひずみゲージを活用しており ストレインゲージ これらの部品は安定したひずみ係数を備えており、測定精度は±0.01%FSから±0.1%FSです。微小な機械的変形（マイクロひずみレベルの検出）を正確に検出でき、高精度測定用途に最適です。

• 広範な適応性： ひずみゲージの貼付技術を最適化し、さまざまな弾性検出素子（ビーム型、コラム型、リング型など）を選択することで、グラム単位から数百トンに及ぶ測定範囲を実現しています。この機能により、電子はかりの小規模な要件から工業用プレスの大規模な監視ニーズまで対応可能です。

• 優れた安定性と再現性： 弾性センシティブ素子はエージング処理され、応力緩和によるドリフトを低減しています。ひずみゲージには高温エージングおよび密封保護プロセスが採用されており、長期使用において抵抗値の安定性が確保されています。繰り返し誤差は±0.05%FS以下であり、データの一貫性が保証されています。

2) 主要機能性能

• 機械信号から電気信号への変換： このプロセスでは、外力や圧力などの物理量を、優れた直線性を持つ正確な抵抗信号に変換します。後段の信号処理回路と組み合わせることで、4-20mAや0-10Vなどの標準産業用出力信号を生成し、測定制御システムに直接連携することで、機械的パラメータのデジタル監視を可能にします。

• 温度補償機能： このシステムは、内蔵された温度補償機能付きひずみゲージを採用しているか、または専用の補償回路を使用して、環境温度の変動（-20℃～80℃、標準動作範囲）に対抗します。この仕組みにより、温度ドリフトによる測定誤差を防止し、全温度範囲にわたって安定した性能を確保します。

• 妨害に対する耐性および保護機能： ひずみゲージは絶縁・封止されており、弾性体の表面には防錆処理（亜鉛めっきや粉体塗装など）が施され、一般的な工業環境における湿気やほこりから保護されます。一部の高級モデルでは、電磁シールド層を内蔵しており、電力網や電磁機器からの干渉を最小限に抑えることができます。

3) 構造および統合特性

• コンパクトで軽量な設計： 弾性感受性要素はコンパクトな構造を特徴としており、機構全体の体積は数立方センチメートルに過ぎず、軽量です。そのため、スマートウェアラブル機器や小型センサー製品など、さまざまな小型センサー製品への統合に最適です。 圧力センサー .

• モジュラーデザイン： 一部の部品には標準化されたインターフェース（例：ねじ式固定、ピン接続）が採用されており、さまざまなハウジングや信号処理回路に迅速に組み立て可能で、センサー製造メーカーの研究開発および組立コストを削減できます。

• 過負荷保護設計： 弾性センシティブ素子は疲労に強い材料で作られており、過負荷能力は120%～200%FSです。瞬間的な衝撃力に対しても永久変形しにくく、モジュールの寿命を延ばします。

2. 解決すべきコア業界の課題

機械的測定シナリオにおいて、従来のセンサー機構は測定精度の低さ、適応性の悪さ、寿命の短さ、統合の困難さなどの課題に直面することが多いです。ひずみゲージセンサー機構は、こうした主要な課題を特に解決します。

• 高精度測定ソリューション： 従来の機械式センシング部品（ばね式またはレバー式など）における低精度および読み取り誤差の大きさを解決するため、この技術は材料のバッチ処理や計量検定などの産業用途における厳しいデータ精度要件を満たし、信頼性の高い測定結果を保証します。

• 測定範囲の適応制限： 単一の機構では多様な測定範囲の要件を満たせないという問題を解決します。異なる弾性体の構造設計により、同じ技術フレームワーク内で微小な力（例：医療用輸液圧力）から極めて大きな力（例：橋梁の重量測定）までの測定適応を可能にし、シナリオ切替コストを削減します。

• 環境干渉に関する問題： 当システムは、温度補償技術およびシール技術を採用することで、温度、湿度、振動による測定ドリフトに対応し、高温・低温の作業場、湿気の多い倉庫、振動する機械（例：工作機械）など、過酷な環境下でも安定した動作を保証します。

• センサー製造メーカーが直面するR&D効率の課題： コア部品の長期間にわたる開発サイクルと高コストを解決するために、モジュール化された機構により直接統合が可能となり、材料選定やひずみゲージの適用に関する投資を削減しつつ、 製品 商用化を加速します。

• 長期安定性: 疲労や経年劣化による従来型メカニズムの短寿命という問題を解決。耐疲労性に優れた弾性材料と精密製造技術により、平均故障間時間（MTBF）を50,000時間以上を実現し、頻繁なセンサー交換に伴うメンテナンスコストを低減します。

3. ユーザーエクスペリエンスの特長

• 簡単な統合： 標準化された構造設計とインターフェースを備えており、複雑な改造を必要とせずにセンサーハウジングや回路モジュールと組み立て可能で、自動生産ラインとの互換性があります。組立時間は10分以下に短縮され、生産効率が大幅に向上します。

• デバッグの容易さ： 抵抗出力は優れた直線性を示し、デバッグ時の複雑なアルゴリズム調整が不要です。簡単なゼロ点およびレンジのキャリブレーションで運用要件を満たすことができ、技術担当者の操作負担を大幅に削減します。

• 耐久性： 長期使用においてもデータドリフトは≤±0.1%FS/年と維持され、頻繁な再キャリブレーションが不要で、メンテナンス負荷を低減します。これにより、パイプラインの圧力監視など、無人での遠隔監視が求められる用途に最適です。

• 費用管理 コア材料（ひずみゲージ、エラストマー）は成熟しており、入手が容易で、標準化された生産プロセスが確立されています。圧電式や静電容量式の機構と比較して、コストを30～50％削減でき、さらに長寿命によりライフサイクルコストをさらに低減します。
• シナリオ対応性： 出力信号は、簡単な信号調整回路を通じて4-20mAやRS485といった産業用標準フォーマットに変換可能であり、追加の信号コンバーターを必要とせず、主流のPLCおよびDCSシステムにシームレスに統合できます。

4. 主な使用例

1) 工業用計量および測定

• 電子計量機器：電子台はかり、床上はかり、クレーンはかりのコア部品として、物品の高精度な重量測定を実現します。倉庫、物流パーク、港湾などで広く使用されており、その精度は取引決済基準を満たしています。

• 原料供給システムは、化学工業および食品加工における自動配合装置の材料トレイの重量または投入材料量を監視し、制御システムと連携して正確な原料混合を実現し、原材料の無駄や配合比率の誤差を防ぎます。

2) 機械量の監視・制御分野

• 構造応力監視：この技術は橋梁、建物、風力タービンブレードなどの大規模構造物に適用され、構造変形からのリアルタイムの機械的信号を取得し、構造安全性評価のための重要なデータを提供します。

• 荷重監視：工作機械の主軸、ロボットのジョイント、クレーンのフックなどに設置され、運転中の荷重変動を監視し、過負荷による設備損傷を防止します。

3) 圧力および力の検出

• 産業用圧力センサー：油圧および空気圧システムのコア部品として、配管やシリンダーの圧力を監視し、射出成形機の油圧システムなどにおいて安定したシステム運転を確保します。

• 医療用力センシング装置：ロボット支援手術において、整形外科手術での力覚フィードバック制御など、手術時およびリハビリテーション時の力を監視し、正確性と安全性を保証します。

4) 輸送および物流セクター

• 車両計量：動的計量システム（例：高速道路の過積載取締ステーション）やトラックスケールに使用され、車両の全重量および車軸荷重を監視し、過積載による道路損傷を防ぎます。

• 宅配便仕分け装置：自動仕分けラインにおいて、リアルタイムでの重量監視により小包を仕分けることで、仕分け効率を向上させます。

5) 消費者向け電子機器およびスマートデバイス

• スマートウェアラブル：フィットネストラッカーやヘルススケールなどのデバイスは、体重および運動時の力を監視し、健康データ分析をサポートします。

• スマートホームデバイス：たとえば、スマートドアロックにおける握力センサーやロボット掃除機における衝突検出機能など、これらの技術はデバイスのより高度な知的インタラクション体験を実現しています。

要約

「高精度、広い測定範囲、費用対効果」という特徴を持つひずみゲージセンサーコアは、機械的測定における精度、安定性、統合性に関する課題を解決することで、センサー製品の中心的存在となっています。成熟した技術フレームワーク、使いやすい操作性、幅広い適用性により、製造業、医療、輸送、コンシューマーエレクトロニクスなどの産業分野で不可欠な位置を占めており、自動測定および制御システムに信頼性の高いセンシング支援を提供しています。

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