ロードセル_技術資料

　　計測原理_ホイーストンブリッジ回路

ロードセルに負荷がかかるとR1歪みゲージが変形し、抵抗値が変化します。この抵抗の変化によって、ホイートストンブリッジの出力電圧が変化します。 この回路構成により、ロードセルへの印加電圧は精度・ノイズ・計測範囲に影響を与えます。フィルター機能を持ち、安定した印加電圧を供給できるデータ収集機器を使用する事を勧めます。

Iｖ=Vi/(Rv+R3)
I1=Vi/(R1+R2)を代入

R1=R2=R3=R, Rv=R+ΔR を代入
(RRv-R2)/(2RRv+2R2)＊Vi
　ΔR/(4R+2ΔR）＊Vi

** ΔRはRに比べとても小さい為、 2ΔRは無視できる。

*** 出力電圧V Outputでの計測器入力抵抗 が余りに大きい為、ここへの電流は殆ど 流れず、計算上無視できる。

　　不具合のチェック方法

ユーザーは標準的な抵抗計測器を使用してロードセルに問題がないかチェックできます。

1. 絶縁抵抗のチェック

1-1)絶縁抵抗, 導線のシールド性: 全ての導線に接続し、全ての導線とケーブル内のシールド間の抵抗を計測して下さい。

1-2)絶縁抵抗、ロードセル金属体: 全ての導線を接続し、ロードセル金属体との間の抵抗を計測して下さい。

＊抵抗が標準的な抵抗範囲、約10MΩを超えていたなら、絶縁性能に問題はありません。

＊絶縁抵抗を計測する為に、決して50VDC,あるいは,35VRMS_ACより高い電圧を使用しないで下さい。高い電圧の場合、ゲージと本体間の絶縁を破壊するかもしれません。

2. ブリッジ回路_抵抗値のバランスチェック

2-1)必要な計測器

2-2)チェック方法

2-3)アンバランス_計算式：無負荷時、定格印加電圧を加えたときのロードセルの出力電圧。

2-4)ゼロオフセット_計算式

注意:

・ゼロオフセットが20%以上なら、機械的なダメージを受けており修理不可能です。

・オーバーロードの程度が酷くない場合は、ロードセルをユーザー選択において電気的にリセットする事で使用するかもしれませんが、機械的ダメージは復帰しておらず、ロードセルの寿命、破壊的なリスクがあります。

　　故障原因、修理

使用状況（主な故障原因）；

・オーバーロード（主に長時間、High Cycle試験にて）

・ショック　レベルが予想困難

・横荷重：複数の励起源（複合方向）があり予想が困難

・小型ロードセル/トルクセンサーにはオーバーロード保護機構付きモデルを選択

・定格容量の大きなモデルを選択、薄型ロードセルは4mV/Vと出力が大きい為、分解能に支障ない

・薄型ロードセルは他社製に比べ１０倍以上横荷重に強い

故障状況；

・物理的ダメージ、コネクター/ケーブル、その他備品

・悪環境、・不活性ガスシールの破損、・長期間に渡っての出力変化

修理；

ゼロシフト；

・オーバーロードしたロードセルの典型的な症状

・制限範囲ではゼロ復帰可能

・制限を超えたゼロシフトは修理不可能

・オーバーロードモードに関しては、ブリッジ抵抗が手掛かりとなる可能性あり

オーバーロード；・センジングエレメントの変形

水分/蒸気による故障；

・低い絶縁抵抗が原因となっている可能性あり

・度々、ドリフト、信号ノイズとして表示

不活性ガスシールの損失（特殊モデル）

修理項目；

・ダイアフラム交換、コネクターと保護具交換、ゼロ復帰、不活性ガス除去と充填

・コネクター交換、ケーブル修理

・TEDS Self-IDレトロフィット

入荷後、２〜３週間（ロードセルの総合評価を含む）

コネクター、ケーブル；交換時には再校正を推奨

　　校正用ロードセル

Interface社ロードセルは以下基準で校正され納品されます。

小型ロードセルは２点校正

Interface標準校正；

・引張、圧縮で各５点校正

・NISTトレーサビリテイが取れた校正機器を使用

ANSI Z-540/MIL-STD-45662A；

・引張、圧縮で各５点校正

・A2LA/ISO17025

ASTM E74 Class A；

・10点、3回

・カーブフィット,プロット,係数,最低負荷ﾘﾐｯﾄを含んだ校正証明書

・A2LA/ISO17025

ISO 376；

CLASS 0.5〜500 Lbf

1600 Gold Standard (大容量型）、1606 Golden Standard （小容量型）、2200校正用コラム型など複数の校正用機種を販売しており、ASTM, E74仕様を満足しています。

詳細使用はホームページをご覧下さい

校正用ロードセルは以下の点で優れた品質を確保しています。

・フィクスチャーをぴったりと接続

・ロードセルと固定具を頑固に固定可能

・優れた精度を持つ油圧強制機器による組立

・正確な時間での優れたクリープ精度確保

・温度変化、安定した電力、ノイズ管理によるエレクトロニクスの不安定さを削除した上での校正

校正機器選択ガイド

Interface社は、校正グレードのロードセルやトルク変換器、計測器、精密 mV/V トランスファー標準器、校正用アダプター、ジャムナット、ネジアダプター、検証用フレーム、Gold Standard ポータブル校正システム、Gold Standard 校正システム用ロードフレームなど、さまざまな校正機器を提供しています。

この新しいインターフェース・リソース により、Interface が提供する利用可能な校正機器をすばやくナビゲートすることができます。

　　用語説明

　ロードセルから大きな出力(mV/V) ⇒ 細かい分解能

高荷重を計測しながらも細かな値まで計測しなければならない時には、荷重計測システムにどれ程の分解能があるかが重要です。

ロードセル（トルクセンサー）⇒アンプ⇒からの出力信号はアナログですので、分解能は以下条件に依存します。

　1) 計測時のノイズレベル　2) デジタル計測器

左のロケット発射棟では10kNまで計測をしながら、0.25Nまでの分解能を計測します。

1) ノイズレベル

ロードセル定格荷重100%時の出力は4mV/V *10V =40mV/Vです。

Interfaceのデジタル表示器は大多数の環境下で 最低出力電圧（分解能）は1 microvolt を表示しますので、分解能は以下で算出されます。

2) 計測器分解能

10000N/2の16乗==0.1525N<0.25Nですので、貴社計測器が16 bit以上の分解能を持っていればOKです。

Interface製薄型Low-Profileロードセルは9000kNと大きな定格荷重の機種でも出力は4mV/Vと大きい為、細かな分解能で計測できます。

更に、細かな分解能を保持したい場合は、デユアルレンジのロードセル、トルクセンサーが用意されています。

　　温度補正

・温度変化による出力変動の原因：

起歪体(フレクスチャー)の弾性係数の温度変化（鉄系では −0.003％/℃、アルミニウム合金系材料は−0.07％/℃程度）とゲージ率の温度変化差があるからです。

・Interface特徴：

* Interfaceはロードセル素材の温度特性に合った歪みゲージ素材（フォイル）を使用しており、他社のように補正抵抗を必要しない為、4mV/Vのような高い出力を可能とし、高い分解能（優れたSN比）を保持します。

これは、Interfaceが歪みゲージを細かな仕様に合わせて内製し、温度補正が規定範囲内に入らなかった時は、歪みゲージ回路、及び、配線を交換しながら合わせ込む手間の掛かる作業によるものです。

* 歪みゲージはフレクスチャー材質の弾性係数において温度変化に合わせて補正できるよう設計されている為、温度補正範囲内で仕様書規定通り係数（ゲージファクター）で出力し、Zero Balance Shiftも規定内に収めます。

* Interfaceは室温と高温時に温度補正するのははく、最低温度、最高温度で温度補正を行っている為、右グラフの最も下の曲線を得られています。

　　クリープ補正

クリープとは、ある一定負荷が掛かった後、一定であるはずの値が指数関数的に上昇、あるいは、下降する現象であり、このグラフではA→Bの間に、M-K分の荷重変化が起こり、荷重を抜き、０から一定荷重を掛けると、再び、クリープ現象が発生します。

Interface仕様書内の％表示は20分後に掛けた荷重に対して、変化した値の割合を示しています。

クリープが上昇するか、下降するかはフレクスチャーと歪みゲージのクリープ率がどちらが大きいかで決まります。

クリープ現象を補正するには、フレクスチャーのクリープ率と同じ値を持つ歪みゲージを使用する事で補正しており、Interface薄型ロードセルは±0.025%と高精度のクリープ率を持っており、特注にて±0.010%にて提供します。

　　ゲージの接続_ブリッジ構成

クオーターブリッジ回路

温度補償やモーメント補償が必要ない場合には、クオーターブリッジを使用することも可能です。

ハーフブリッジ回路

ハーフブリッジ接続は通常、特定の OEM アプリケーション用に設計された低コストのロードセルに使用されます。

フルブリッジ回路

フルブリッジは、ゼロと出力の温度係数を簡単に補正し、モーメント感度を調整できるブリッジです。

フルブリッジ出力はハーフブリッジの2倍、クォーターブリッジの4倍となります。

6線式ブリッジ回路_Sense

接続ケーブルが長いと励磁電圧降下を引き起こします。ロードセルから2本の追加電線を戻すことで、励磁電圧を正確に10VDCに維持します。この6線式回路は、電線のドロップを補正するだけでなく、温度による電線抵抗の変化も補正します。

INPUT,SENSE線には電流が流れない為、電圧降下はありません。その為、INPUTはSENSEを必要としません。

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