TOP技術情報ロードセルとは?ロードセルとは?はじめにロードセルという言葉は、エンジニアの方ならともかく一般の方が耳にすることはほとんどないと思います。ロードセルとは、簡単に言えば力をはかることができるセンサの一つです。これは「ロードセルなんて聞いたことがない」あるいは「詳しくは知らない」という方にロードセルについて少しだけ知っていただければというおはなしです。重さについて絵のようにリンゴを手にのせたとき、リンゴの重さを感じることができます。この際に感じている重さは、リンゴの質量[kg]だけではありません。リンゴが地球の重力によって落下しようとする力も同時に感じています。重さをはかることは力を測定していることになります。力の単位はニュートンといい、Nで表記します。力Fと質量m、加速度aは、次のような関係になっています。力F[N]=質量m[kg]×加速度a[m/s2]それでは1Nという力はどのくらいなのでしょうか?地球の重力により生じる加速度を重力加速度といいます。重力加速度は場所や高度により異なりますが、仮に9.8m/s2とした場合、102gの物体を手に乗せた際に感じている力は0.102[kg]×9.8[m/s2]=0.996[N]となりおよそ1Nとなります。質量を測定する場合は基本的に現地で校正を行う必要があります。(重力加速度が異なるため)例えば、稚内と鹿児島では1kgの質量を同じ校正のはかりで測定してしまうと約1.2gの差がでてしまいます。力を測るセンサは他にもありますが、ロードセルは数多く利用されているセンサの一つと言えます。変えて作られています。金属にはバネの性質を持つ部分がある下図左のように金属の両端をつかみ、徐々に引っ張るとどうなるでしょうか。金属片はあるところまでは微小ながら伸びていき最終的には破断してしまいます。下図右は、金属が伸びていく過程を力と伸びの関係で表した代表的なグラフです。金属が負荷に応じて伸びていく過程で「降伏点(こうふくてん)」と呼ばれるところを過ぎると、金属は負荷がなくなっても伸びたまま戻らない状態になります。降伏点より前であれば元の形に戻ります。この降伏点より前を「弾性域(だんせいいき)」、降伏点を超えたところを「塑性域(そせいいき)」といいます。グラフをよく見ると、弾性域では負荷に応じて伸びが比例関係になっていることがわかります。この部分が荷重センサとして使える領域となります。実際のロードセルでは、精度を高めたり、再現性や感度の向上を目的に特定の部分だけがひずむような加工をします。材質も合金やステンレス、アルミなど目的に応じて選定されます。金属がバネのように力に応じてひずむことを説明しました。センサとして電気信号にするにはどのような仕組みになっているのでしょうか。それを実現するのは「ひずみゲージ」と呼ばれる金属箔の抵抗体と「ブリッジ回路」という電気回路です。下図のようにひずみゲージでブリッジ回路を組み、指示計から電源(±EXC)を供給すると、微小な抵抗値の変化が電圧(±SIG)として出力されます。金属のひずみ量に比例して抵抗差が生まれると電圧出力(±SIG)が変化するため、力をはかることができます。ユニパルスのロードセルのひずみゲージは各ロードセルに合わせて専用設計されており、ブリッジ回路も性能を向上させるためにアレンジされています。小型圧縮タイプのロードセルでは下記のようなひずみゲージが採用されています。多種多様なロードセルロードセルは重さ、力をはかるために実に様々な種類と容量があります。時には専用に設計・製作されることもあります。ロードセルのこの高い適応性が、力センサとして広く利用されている理由の一つなのかもしれません。一般的に商品化されているものの一部をご紹介いたします。ユニパルス製ロードセルの最高峰!!他を寄せ付けない圧倒的な高精度。高応答にも関わらず、非直線性、ヒステリシス、繰返し性の全てにおいて1/10000を実現。試験機や校正用ロードセルとしてご利用いただけます。(»製品ページへ)ロードセルのタイプと荷重方向ロードセルはそれぞれに荷重をかける方向が決まっています。ある程度の許容はあるものの、これを逸脱した場合は誤差要因となります。明らかに決められた荷重方向と違う力や容量を超えた力が加わった場合は破損に至るケースもあります。温度影響について温度変化の影響を受けるセンサはたくさんありますが、ロードセルもそのひとつです。高精度な計量・測定が必要かつ周囲温度の変化がある場合には、その影響を考慮する必要があります。性能と精度の確認方法ロードセルの性能・精度を知るにはどこを見ればよいのでしょうか?当社カタログのロードセルの仕様部分を例に簡単にご説明します。実際のロードセルの選定はこの後にご紹介しますが、アプリケーションに応じて性能を確認するのが一般的です。理想直線と実際の出力との最大偏差(%FS)。行きと戻りの最大偏差(%FS)。複数回負荷を加えたときの最大ばらつき(%FS)。それぞれに適したロードセルではどのような違いがあるのでしょうか。ロードセルを計量目的で使用する場合、いかに精度よく重量をはかるか、ということが求められます。したがって、ロードセルのスペックは非直線性や繰返し性、場合によってはクリープなどの特性を重要視することが多くなります。ロードセルを力の測定で使用する場合は動的な荷重の変化に追従できる応答性や過負荷に耐えられる許容過負荷などが重要視されることが多くなります。応答性はロードセルの固有振動数が早ければ早いほど高くなります。力の測定ではクリープやヒステリシスなどの項目はあまり重要視されることはありません。圧縮引張で使える小型小容量ロードセル定格容量1Nからの微小容量をご用意。小容量だからこそ500%の耐負荷で安心。(»製品ページへ)非直線性の0.03%の高精度。50N~500Nまでの幅広いラインアップ。重さをはかる計量するものの大きさによって3個または4個で和算するタイプのもの、1個で計量するタイプのものの2種類があります。完全防水のシングルポイントロードセル食品生産ラインに最適。ハーメチックシールドにより完全防水、オールステンレスなので丸洗いOK。(»製品ページへ)(»製品ページへ)力をはかるアプリケーションに応じて応答性や過負荷による故障の危険性も考慮した上でロードセルを選定するのが望ましいでしょう。コンパクトなのに大容量!一般的なロードセルでは容量に比例してその外観も大きくなります。「スペースがない!」そんな時にはUSH、UCCをぜひご検討ください。安全とより良い測定のためにロードセルの主な故障原因ロードセルが破損してしまった原因をランキングにしてみました。圧倒的に多いのは過負荷による「破損」でした。単純に負荷がかかるだけではなく衝撃があったり、ねじられたり、場合によっては共振により思わぬ負荷がかかるということもあります。したがってご用途に応じて全容量の何%を常時使用するかを予め考慮して希望する精度にかなうか検討することをおすすめいたします。Cellは100N~200kNまで全11種類〉ロードセルアンプが必須ロードセルの出力は数mVと微弱な電圧の出力のため、ロードセルアンプが必須となります。ロードセルアンプの役割はこの微弱な信号を増幅することがメインです。他にもロードセルへの印加電源やノイズ成分を除去するフィルタ機能が備えられているものが一般的です。用途に合わせて様々な種類があります。»荷重計測(力をはかる)製品ページへロードセルの設置ロードセルの設置場所は必ず十分な強度を持たせてください。負荷をかけるべき場所以外に負荷がかからないよう保護をし、ケーブルが引っ張られないよう固定することが望ましいでしょう。粉塵や水滴などがある環境ではロードセル自体の防塵・防水機能を確認し、必要に応じてロードセルの保護を行ってください。電気的な外乱にも配慮をロードセルで取り扱う出力は非常に微弱です。環境によっては電気的な外乱への配慮が必要となる場合があります。工場などで利用する場合は、既に多数の電気を使用していたり、無線などの電波も使用していることがあります。必要以上にケーブルを延長するとそのリスクも大きくなります。定格負荷出力から無負荷出力(ゼロバランス)を差し引いた値。印加電圧1V当たりの出力電圧で表す(mV/V)。対する百分率で表す(%R.C.)。負荷に比例したひずみを発生させる部材。一定条件の下で、定格負荷を一定時間加えたときに現れる出力の変化。30分間における変化を定格出力に対する百分率で表す(%R.O./30min)。同一条件において繰り返し負荷したとき、負荷増加時の同一負荷に対する出力の差の最大値。定格出力に対する百分率で表す(%R.O.)。定格負荷までの負荷増加時と負荷減少時に生じる同一負荷に対する出力の差の最大値。定格出力に対する百分率で表す(%R.O.)。対する百分率で表す(%R.O.)。定格出力に対する百分率で表す(%R.O.)。変換器の使用上、最も適している印加電圧(V)。変換器の電気回路と変換器本体間の直流抵抗。通常はDC50Vで測定する(MΩ)。周囲温度の変化に起因する無負荷出力(ゼロバランス)の変化。10°C当たりの変化を定格出力に対する百分率で表す(%R.O./10°C)。周囲温度の変化に起因する定格出力の変化。10°C当たりの変化を定格出力に対する百分率で表す(%R.O./10°C)。変換器の特性を変化させることなく加えられる最大の印加電圧(V)。標準試験温度において、無負荷で出力端子を開いた状態のもとで測定する入力端子間抵抗(Ω)。ひずみの大きさを電気抵抗の変化にする素子。以下の場合、ユーザー登録をお断りする場合があります。■IDおよびパスワードの管理ユーザーIDは、お客様固有のものであり、本人確認の重要な情報となりますので、第三者に知られないようお客様において大切にお取り扱いください。ユーザーIDおよびパスワードの不適切な管理、使用上の過誤、第三者の使用等に起因する損害について、ユーザーは自ら責任を負うものとします。ユーザーIDおよびパスワードが第三者によって不正に使用されていることが判明した場合には、直ちに弊社へ連絡するものとします。求められた場合は、すみやかに対応いたします。弊社の業務に支障がある場合や業務の記録については、開示、訂正または削除の依頼にお応えできない場合がございます。■個人情報の利用目的ユーザー登録していただいたお客様の個人情報の利用目的については以下の通りです。■個人情報の第三者への提供ユーザー登録していただいたお客様の個人情報は、基本的にはお客さまのご要望に対応するために必要最小限度の当社内部署でのみ閲覧するものといたしますが、以下の場合、必要に応じてその一部または全部を第三者に通知する場合があることをあらかじめご了承ください。ドキュメントをダウンロードすることができます。<ユーザー登録が不要なドキュメント>どなたでもドキュメントをダウンロードできます。1.カタログPDF形式のカタログをダウンロードすることができます。Readerが必要です。<ユーザー登録が必要なドキュメント>ダウンロード頂くには、ユーザー登録が必要です。ご登録時に発行されるID、パスワードでログインしていただき、ダウンロードをお願いいたします。ユーザ登録がお済みでない方は、ユーザー登録ページにお進みいただき、ユーザー登録をお願いいたします。1.取扱説明書PDF形式の取扱説明書をダウンロードすることができます。Readerが必要です。2.CAD(外観図)DXF形式とPDF形式の外観図をダウンロードすることができます。*DXF形式の外観図は、ZIP形式で圧縮して掲載しているので解凍してご利用ください。Readerが必要です。3.サポートツールEDS、CPS、GSDファイルをダウンロードすることができます。※サポートツールは圧縮(ZIP形式)して掲載しております。解凍してご利用ください。•EDSファイルは「DeviceNet仕様書」に定義された特殊フォーマットのASCIIファイルです。•CPSファイルはオムロンが開発したFA統合ツールパッケージ「CX-One」に対応したXML形式ファイルです。•GSDファイルはPROFIBUSネットワークのコンフィグレーションに使用されるテキストファイルです。4.ソフトウェアCSV形式変換ツール、波形及び設定値取り込みツール等をダウンロードできます。※ソフトウェアは圧縮(ZIP形式)して掲載しております。解凍してご利用ください。次の使用条件をお読み下さい。いいます)に同意したときのみ、ダウンロードしたソフトウェア(以下「本ソフトウェア」といいます)をご使用になることができます。本使用条件は、使用者とユニパルス株式会社(以下「ユニパルス」といいます)との間に締結される法的な契約書です。本ソフトウェアをインストール、複製、または使用することによって、使用者は、本使用条件の条項に拘束されることに承諾されたものとします。本使用条件の条項に同意されない場合、ユニパルスは、使用者に本ソフトウェアのインストール、複製、または使用のいずれも許諾いたしません。本使用条件にいう本ソフトウェアとは、ユニパルスが提供する以下の情報です。本ソフトウェアに関する非独占的かつ譲渡不能な使用権をお客様に許諾致します。著作権がお客様に移転するものではありません。本ソフトウェア、複製物に関する著作権及びその他の権利は、その全て又は一部であるかを問わず、ユニパルスに帰属します。その他本ソフトウェアに関する権利の許諾を行うことはできません。本ソフトウェアの複製は、保管(バックアップ)の目的のためだけに限定されます。本ソフトウェアの修正、改変、逆コンパイル、逆アセンブル、その他リバースエンジニアリング等を行うことはできません。本ソフトウェアを、電子掲示板・ウェブサイトなど一般に電子的なアクセスが可能な場所へ置くことはできません。第三者にこのような行為をさせてはなりません。本ソフトウェアの解析、変更又は改造を行わないでください。お客様の解析、変更又は改造により、何らかの欠陥が生じたとしても、ユニパルスでは一切の保証をいたしません。解析、変更又は改造の結果、万一お客様に損害が生じたとしてもユニパルスは責任を負いません。本ソフトウェアは、無償で提供されるものであり、それゆえ何等保証もない現状有姿のままで提供されるものです。対する適合性、および権利侵害の不存在その他について明示であると黙示であるとを問わず、一切保証をするものではありません。本ソフトウェアの使用、若しくは機能から生じるすべての危険は、使用者が負担しなければなりません。本ソフトウェアの仕様変更およびその他いかなる理由においても、ユニパルスは、本ソフトウェアの誤り、機能不全または欠陥の修正義務を負いません。8.免責a)本ソフトウェアの使用又は使用できなかったことから生じたお客様の損害及び第三者からのお客様に対する請求については、ユニパルスは一切その責任を負いません。b)CADデータの内容および権利関係について一切の保証責任を負いません。仮にCADデータ中の寸法と実機の寸法との不一致等の不具合が存在し、使用者に損害が生じた場合や、CADデータのダウンロードまたは使用が第三者の特許権等の知的財産権を侵害していた場合でも一切責任を負いません。9.使用許諾の解除お客様が上記使用条件に違反した場合、本ソフトウェアの使用権の許諾は自動的に終了いたします。この場合、お客様は本ソフトウェア及び複製物を破棄しなければなりません。