荷重計測器

荷重計測器とは

荷重計測器

荷重計測器は,ロードセル(LOAD CELL)と呼ばれています。LOAD;荷重を受ける,CELL:単位素子という意味になります。つまり,力(質量やトルクなど)を電気信号に変換して出力するセンサとなります。

ロードセルで最も多く用いられているのが,ひずみゲージ式で,高精度で温度変化などの影響が小さいこと,シンプルな構造で,製作,メンテナンスが簡単であること,可動部分,摩擦部分が少なく,長寿命で性能が維持されることなどといった特徴があります。 

荷重計測器の使用用途

ロードセルは,力の測定が行われるあらゆる場所で使われています。機器に内蔵されているものであるため,直接目にすることはほとんどありませんが,産業用はかり,天秤,台はかり,体重計,試験機などに搭載されています。ロードセルには,ビーム型,S字型,コラム型,ダイヤフラム型といった種類があり,用途によって使い分けています。多くの台はかりにはビーム型,産業用はかりにはコラム型,引張力を測定する際は,S字型が使用されます。

荷重計測器の原理

ひずみゲージ式のロードセルの原理について簡単に説明します。

ここで,ひずみゲージとはどういうものかということですが,多くの金属には機械的な伸び縮みを与えると,電気抵抗が変化するという性質を持っています。ひずみゲージは,金属が持つこの性質を利用して,電気抵抗の変化からひずみを検出するものです。

ロードセルの構成は,起歪体(歪みが生じる部分)とひずみゲージからなり,起歪体にひずみゲージを張り付けて使われます。ひずみが大きく発生する部分にひずみゲージを張り付けて,測定を行います。

ひずみゲージの抵抗変化とひずみの間には比例関係があり,以下の式が成り立ちます。
ΔR/R = K ×ε
R:元の抵抗値
ΔR:伸縮によって変化した抵抗値
K:比例定数(ゲージ率)
ε:ひずみ

発生した電気抵抗は,ホイートストンブリッジ回路で検出されます。ホイートストンブリッジ回路は,小さい電気抵抗を検出するのに適した電気回路で,4個の抵抗がひし形のような形状に組まれています。

参考文献
https://www.unipulse.tokyo/techinfo/loadcetthowto/
https://www.aandd.co.jp/products/loadcell/introduction/cell_intro01.html#h01
https://www.aandd.co.jp/pdf_storage/tech_doc/loadcell/t_cell_faq_ver1.pdf

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