ロードセルガイド

このガイドでは、利用可能なさまざまなタイプのロードセルを詳しく説明するとともに、ロードセルがどのように機能し、どのタイプが何に適しているかについて紹介しています。

さまざまなタイプのロードセルがある中で、モデルの違いは主に2つの方法で区別することができます：

1. 重量を検出するもの（圧縮型ロードセル、引張型ロードセル、その他の測定タイプ）
2. 生成される出力信号によるもの（油圧式ロードセル、圧電式ロードセル、その他様々な構成）

厳密には、どのようなタイプのロードセルであっても、常に重力方向に動作する（したがってアライメントが必要）ことに留意する必要があります。「ロードセル」という用語は、様々なタイプの力検知装置を指すのに使われることが多く、その多くはあらゆる方向からの力を測定できるように設計されています。

多くの作業環境では、ロードセルの価格を査定したりロードセル部品の購入を計画したりする際には、意図する用途に使用するデバイスの種類を正確に明らかにすることが必要です。

ストレインゲージの素材（通常は金属箔または半導体）に取り付けられたスプリングエレメントは、通常スチールまたはアルミでできているため、強度が高いものの、わずかに弾性があります。そのため、十分な圧力（上からの下向きの力（圧縮）または下からの引張力（伸張））がかかると、ストレインゲージは変形し、その後元の形状に戻ります。

ストレインゲージはスプリングエレメントの変形の度合いを極めて正確に測定することができます。一般的なロードセルでは、この微小変形解析が電子的に高精度の重量測定値に変換されます。その結果、方向圧力はロードセルに電気信号を発生させ、その大きさは測定される力に比例します。

一般にロードセルは、動作中にさまざまな外部からの影響を受けます。これらの影響を制御、監視、調整する必要があります。これらの影響には、あらゆる材料の構造（したがって抵抗）に影響する全体的な温度のほか、悪天候、湿気やほこりの侵入、場所による環境条件の変化など、さまざまな環境上の課題が含まれます。

購入する際に考慮すべきもう1つの要素は、ロードセルハウジングの種類です。一般的なロードセルハウジングの材質には、以下のようなものがあります：

• アルミロードセル
• ニッケルめっきロードセル
• ポリエチレンめっきロードセル
• スチールロードセル
• ステンレススチールロードセル

定期的に繰り返し高荷重にさらされる張力ゲージやひずみゲージと同様に、ロードセルも経年劣化によって、わずかなドリフトやずれの兆候が現れます。工業用ベストプラクティスガイド（ISO9000規格を含む）では一般的に、継続的な測定精度を保証するために、校正手順は理想的には年1回、最低でも18～24ヶ月ごとに実施すべきであるとされています。

一般的な校正プロセスでは通常、インクリメンタルスケールで直線測定と繰り返し測定の両方を行い、非常に低い荷重または非常に高い荷重から、問題のセルの最小/最大定格荷重に向かって徐々に段階的な比率で上昇または下降させます（理想的には両方）。

あらかじめ定義された5つのステップで測定し、荷重スケールを上下させながら各測定値を3回取得することは、ほとんどのロードセル校正試験手順の適切な標準と見なされています。多くの場合、ロードセルの校正は、重量による商品の販売に関する法的要件を満たすために、設置場所で独自に検証する必要もあります。

産業用、製造用、家庭用など、ロードセルには、さまざまなタイプや構成があります。

以下のセクションでは、それぞれのロードセルの概要と、どのような用途に最適かを説明します。

油圧式ロードセル

油圧式ロードセルは、ピストンとシリンダーの周囲に配置され、ピストンに取り付けられたダイアフラムを介して力による変位を測定します。これにより、充填流体のチューブ内の圧力変化、荷重下での圧縮膨張が記録され、ロードセルがこれを検出して読み取り値に変換します。

油圧式ロードセルは、他の多くのタイプのロードセルと比較して回路が比較的堅牢であるため、特に危険で環境的に厳しい、またはアクセスが困難な場所や用途で使われます。油圧式ロードセルは、湿気や汚れ、化学薬品への暴露など、典型的な環境的課題のある工業用および農業用の計量用途に広く使用されています。

マイクロロードセル

マイクロロードセルはコンパクトであるため、一般的に変形を感知・計測するために箔ひずみゲージではなく半導体ひずみゲージに依存しています。マイクロロードセルは、圧縮型と引張型の両方を含む多種多様な構成で購入することができ（製品によっては）、大型とほぼ同様に幅広い用途で使用することができます。

マイクロロードセルや小型ロードセルは、スペースが限られている場所での圧縮力の計測に一般的に使用されます。これらのロードセルは、メーカーやモデルによって異なりますが、通常10 gから2000 lbsまでの範囲で非常に正確で精密な読み取り値を提供します。

マイクロロードセルを購入する際には、大半のミニチュアロードセルは一方向からの力しか測定できないように設計されているため、測定の精度や有用性に影響を及ぼす可能性のある「寄生力」（別の方向から作用する力）に特に注意することをお勧めします。

多くの圧電用途では、適切な条件下で準静的測定を行うために、チャージアンプなどのアクセサリーを用いて適応させることができます。

ロードセルは一般的に、さまざまな産業および製造環境、屋外用途、その他のさまざまな厳しい環境や危険な環境での安定性を高めるために、より信頼性が高く耐久性のあるIP定格が採用されています。

IP65ロードセルは、連続気流試験による真空密閉を含め、ほこりやその他の微粒子に対する完全な保護が認定されます。さらに、あらゆる角度から入ってくる低圧の方向性水流（最大6.3mm）にも耐性があり、機器の動作に影響を与えない限り、限定的な水の浸入を許容します。

IP66ロードセルは、連続気流試験による真空密閉を含め、ほこりやその他の微粒子に対する完全な保護が認定されます。また、あらゆる角度（最大12.5 mm）からの高圧噴流水に対しても保護されており、装置の動作に影響を与えない限り、限定的な噴流水の侵入を許容します。

IP67ロードセルは、連続気流試験による真空密閉を含め、ほこりやその他の微粒子に対する完全な保護が認定されます。また、水深15cm～1mで最大30分間の完全浸水に対する保護も提供します（この場合も、影響がない限り、限定的な浸水は許可されます）。

IP68ロードセルは、連続気流試験による真空密閉を含め、ほこりやその他の微粒子に対する完全な保護が認定されます。また、より高い圧力下（すなわち、より深い水深）での長時間の浸漬に対する保護も提供されます。

IP68定格試験の正確なパラメータは、ロードセルメーカーが設定し公表します。 ロードセルの用途によっては、これらのパラメータに温度変動や流速などの他の要因が含まれることがあります。

ロードセルとストレインゲージは、どちらも力や荷重を計測するための装置ですが、その動作方法は異なります。

ストレインゲージは、外力を受けたときの物体のひずみや変形を測定するセンサーです。金属製の細い針金や箔を測定対象物の表面に固定することで動作します。対象物が変形すると、針金や箔も変形し、抵抗値が変化します。この抵抗値の変化はひずみ量に比例し、電気回路を使って測定することができます。

一方、ロードセルは力を電気信号に変換することで、加えられた力や荷重を測定する装置です。力が加わると変形するスプリングエレメントと呼ばれる金属製の構造体から構成されています。 そしてスプリングエレメントに取り付けられたストレインゲージがこの変形を検出します。 ストレインゲージは変形を測定し、電気信号に変換して測定・記録します。

つまり、ストレインゲージは物体の変形を計測し、ロードセルは変形を電気信号に変換することで物体に加えられた力を計測します。 ロードセルには通常、1つ以上のストレインゲージが組み込まれています。

ロードセルは現代の産業、製造、重量ベースの販売、品質保証など、ありとあらゆる環境において極めて重要な部品です。

そのため、今日の市場では非常に幅広い構成、ブランド、およびロードセル変換器タイプが販売されており、目的とするアプリケーションに最適な製品タイプを選択する際には、それらがどのようなもので、どのように機能するのかについての知識が不可欠です。

ロードセルの購入に関する詳細な情報やアドバイス、あるいは要求の厳しい現代の作業場で使用されるセンサーや変換器技術に関するその他の内容については、当社の専門家サポートチームにいつでもお問い合わせください。