マルチヘッド計量機はどのように動作するのか？（原理）

著者：Smartweigh–マルチヘッド計量器

マルチヘッド計量器は、運動エネルギーをある方向から別の方向に変換する機械です。具体的には、マルチヘッド計量器は、支持力、収縮、作動圧力、トルクなどの機械的エネルギーを、正確に測定可能な電子信号に変換する力センサです。データ信号の圧縮強度は、解放力の圧縮強度に応じて変化します。

出力データ信号に基づいて、マルチヘッド計量器には油圧式、空気圧式、抵抗ひずみゲージ式の3つの基本タイプがあります。工業生産で最も一般的に使用されている計量器は、ひずみゲージを内蔵したマルチヘッド計量器です。抵抗ひずみゲージ式マルチヘッド計量器は、抵抗ひずみゲージを固定する固体金属材料の本体（または「弾性黄色部品」）で構成されています。

筐体は一般的にアルミニウム、炭素鋼、またはステンレス鋼板で作られており、非常に丈夫でありながら延性にも優れています。マルチヘッド計量器は、計量時にわずかに変形しますが、荷重がかかっていない限り、常に元の形状に戻ります。本体形状の変化に適切に対応するために、抵抗ひずみゲージも外観が変化します。

これにより、抵抗ひずみゲージの抵抗値が変化します。この変化は、動作電圧の変化として正確に測定できます。出力におけるこのような変化は、解放された正味重量と正の相関関係にあるため、動作電圧の変化から物品の正味重量を決定できます。マルチヘッド計量器はどのように動作するのでしょうか？「マルチヘッド計量器はどのように動作するのか？」に答えるには、まず「抵抗ひずみゲージはどのように動作するのか？」を理解する必要があります。抵抗ひずみゲージは、力が解放されたときの抵抗器の変化を正確に測定する装置です。

一般的な抵抗ひずみゲージは、グリッド状に配置された非常に細かい箔のワイヤーメッシュで構成されており、1つの軸に沿ってひずみ力が解放されるとワイヤー抵抗が変形します。抵抗ひずみゲージにはさまざまな種類があります。線形抵抗ひずみゲージ：抵抗ひずみゲージの背面に接続された電源線は、抵抗ひずみゲージの端と平行です。これは、半径方向のひずみと曲げひずみを正確に測定するために使用されます。

切削抵抗ひずみゲージ：抵抗ひずみゲージの背面に接続された電源線は、作業圧力フレームの両側に45度の角度で配置されます。これは、切削ひずみを正確に測定するために使用されます。抵抗ひずみゲージは、精度を向上させるために、一般的に多数の抵抗ひずみゲージと組み合わせて使用​​されます。

デジタルパワーアンプの抵抗歪みゲージが1つある場合をクォーターブリッジ、2つある場合をハーフブリッジ、4つある場合をフルブリッジと呼びます。抵抗歪みゲージの抵抗変化は、充電式バッテリーを支え力で押し下げるのとは異なります。張力距離によって抵抗歪みゲージが柔らかく伸び、抵抗が持ち上がります。

締め付け力によって抵抗ひずみゲージの厚みが短くなり、抵抗値が低下します。抵抗ひずみゲージは薄型の背面（固定ブラケット）に取り付けられ、それが計量モジュールに直接取り付けられるため、抵抗ひずみゲージはマルチヘッド計量器のひずみ力を感知することができます。単一の抵抗ひずみゲージで正確に測定できる抵抗値の変化は非常に小さく、約0.12°です。

負荷モジュールの感度は、解放されるひずみゲージの数とともに増加します。この小さな変化をより理解しやすいものにする良い方法は、スマート計量ブリッジとして相互接続することです。抵抗ひずみゲージの種類 抵抗ひずみゲージはさまざまな方向に配置されており、その事実は正確に測定される力の種類にあります。

曲げひずみ、せん断ひずみ、半径方向ひずみ、トルク、および作動圧力はすべて、抵抗ひずみゲージの特殊な合理的な配置を使用して正確に測定されます。スマート計量ブリッジ回路には、4 つの均等化抵抗器が装備されており、以下に示すように既知の励起動作電圧を使用します。5 は既知の安定動作電圧であり、VO が正確に測定されます。すべての抵抗器がバランスしている場合、R1/R2R3/R4 となり、VO はゼロになります。

抵抗値のいずれかが変化すると、VOにも変化が生じ、これはオームの法則を用いて正確に測定・表現できます。オームの法則は、2点間の電気導体を流れる電流（I、アンペア）は、2点間の動作電圧（V）に正比例することを強調しています。抵抗（R、正確にはオームで測定）は、この関係における変数定義として導入されたものであり、電流の流れとは直接関係ありません。

オームの法則は、I=V/R という式で表されます。スマート計量ブリッジの電源回路の 4 枚の紙ストリップに適用すると、次の式が得られます。マルチヘッド計量器では、この抵抗は、支持力の代替として抵抗ひずみゲージに置き換えられ、収縮が正確に測定されます。計量された充電式バッテリーに力が解放されると、各抵抗ひずみゲージの抵抗値が変化し、VO が正確に測定されます。

得られたデータ情報から、上記の方程式系を用いてVOを容易に特定することができる。

著者：Smartweigh–マルチヘッド計量機メーカー

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