マルチヘッド計量機を合理的に選ぶ方法

著者：Smartweigh–マルチヘッド計量器

マルチヘッド計量器は、力を電気信号に変換する電力変換装置であり、マルチヘッド計量器の中核となる構成要素です。力と電気の変換を行うセンサーには多くの種類があり、一般的には抵抗式ひずみ力型、磁場式力型、容量式センサーなどがあります。磁場式力型は電子分析天秤に用いられ、容量式センサーはマルチヘッド計量器の一部であり、抵抗式ひずみ力型計量器はほとんどの計量器製品で一般的に使用されています。

抵抗ひずみ式マルチヘッド計量器は、構造がシンプルで精度が高く、使用範囲が広く、比較的劣悪な自然環境でも使用できます。そのため、抵抗ひずみ式マルチヘッド計量器がマルチヘッド計量器として採用されています。抵抗ひずみ式マルチヘッド計量器は、主にポリウレタンエラストマー、抵抗ひずみゲージ、および補償電源回路で構成されています。

ポリウレタンエラストマーは、マルチヘッド計量器の応力がかかる部分であり、高品質の炭素鋼と高品質のアルミニウム合金プロファイルで構成されています。抵抗ひずみゲージは、グリッドデータ型にエッチングされた金属材料箔でできており、4つの抵抗ひずみゲージはブリッジ構造方式でポリウレタンエラストマーに接着されています。無電力の場合、ブリッジ回路の4つの抵抗器の値はすべて同じになり、ブリッジ回路は平衡状態となり、出力はゼロになります。

ポリウレタンエラストマーが力によって変形すると、抵抗ひずみゲージも変形します。ポリウレタンエラストマーが力と曲げを受ける全過程において、2 つの抵抗ひずみゲージが伸び、鉄線が伸びて抵抗値が増加し、他の 2 つのゲージが力を受けると抵抗値が減少します。このようにして、元々バランスが取れていたブリッジ回路がバランスを失い、ブリッジ回路の両側に動作電圧差が生じます。動作電圧差は、ポリウレタンエラストマーにかかる力の大きさに関係します。動作電圧差をチェックしてセンサ力の大きさ、動作電圧を取得します。計器盤でデータ信号をチェックして計算した後、さまざまなマルチヘッド計量器構造の設定をより有効に活用するために、マルチヘッド計量器はさまざまな構造形式で構成され、センサの名前は通常、外観設計に基づいて呼ばれます。

例えば、スタッキングチェーン型センサー（重要な電子式自動車天秤）、カンチレバービーム型（地上天秤、倉庫用はかり、電子式自動車天秤）、コラム型（電子式自動車天秤、倉庫用はかり）、自動車型（はかり）、S型（倉庫用はかり）など、マルチヘッド計量器には様々な構造のセンサーが搭載されていることが多い。センサーを適切に選択することで、マルチヘッド計量器の特性向上に役立つ。

抵抗式マルチヘッド計量器には、数百グラムから数百トンまで、さまざまな仕様とモデルがあります。マルチヘッド計量器の測定範囲を選択する際には、一般的に使用されるマルチヘッド計量器のサイズに応じて明確にする必要があります。目安としては、センサーの総負荷（個々のセンサーの最大許容負荷×センサー数）＝マルチヘッド計量器の最大重量の1/2～2/3です。

マルチヘッド計量機の精度レベルは、a、b、c、d の 4 つのレベルに分けられます。異なるグレードには、異なる誤差範囲があります。クラス A センサーは最大で規定されています。

等級の後の数字は計測検証値を表し、データが大きいほどセンサーの品質が高いことを示します。例えば、C2はC等級で計測検証値は2000、C5はC等級で計測検証値は5000です。明らかにC5はC2よりも高い値を示しています。

センサーの一般的なグレードは C3 と C5 であり、これら 2 つのグレードのセンサーを使用して精度グレード III のマルチヘッド計量器を作成できます。マルチヘッド計量器の誤差は、主に離散システム誤差、遅延誤差、再現性誤差、応力緩和、ゼロ点温度の追加誤差、定格出力温度の追加誤差によって引き起こされます。近年登場したデジタルセンサーは、A/D 変換電源回路と CPU 電源回路をセンサーに組み込みました。センサーの出力はアナログ動作電圧データ信号ではなく、ソリューションによって解決された正味重量アナログ信号であり、次の利点があります。1. 計器盤各デジタルセンサーのデータ信号を個別に収集し、線形方程式に従って計算することができ、各センサーを独立して校正できるため、4 つのコーナーの誤差を一度に調整できる可能性が非常に高くなります。

デジタルセンサーとアナログセンサーを使用するマルチヘッド計量機の最大の難点は、4隅の誤差調整です。これは通常、複数の校正を指定する必要があり、その都度重い標準分銅を移動させるため、時間と労力がかかります。 2. 計器盤はすべてのセンサーのデータ信号を検出できるため、計器盤からすべてのセンサーの問題を確認でき、メンテナンスが容易です。 3. デジタルセンサーは485インターフェースを介してアナログ信号を送信し、伝送距離が長くても影響を受けません。

パルス信号伝送の困難で影響を受けやすい問題を解消します。4. デジタルセンサー内部のマイクロコントローラーにより、センサーのさまざまな誤差を調整できるため、出力センサーデータ情報がより正確になります。マルチヘッド計量器は、マルチヘッド計量器の中枢神経系と呼ばれ、その特性がマルチヘッド計量器の精度と信頼性を大きく左右します。

マルチヘッド計量器を設計する際、センサーの使い方という問題によく直面します。マルチヘッド計量器は、実際には高品質のデータ信号を、正確に測定可能な電子信号出力に変換する装置です。センサーを使用する際に最初に考慮すべき点は、センサーが設置されるオフィス環境です。

これはセンサーの適切な使用にとって特に重要であり、センサーが適切に機能するかどうか、その他の安全性や耐用年数、さらにはすべての重量測定機の信頼性や安全性にも関係します。自然環境がセンサーに及ぼす害には次の側面があります。(1) 高温の自然環境により、センサーのコーティング材料が溶融し、ポリウレタンエラストマーの熱応力によってスポット溶接や構造変化が生じます。高温の自然環境で動作するセンサーは、耐熱センサーを選択することが多く、断熱、水冷、空冷などの機器を追加する必要があります。

（２）煙や湿気によるセンサーの短絡故障の危険性。ここの自然環境では、気密性の高いセンサーを使用する必要があります。センサーによってシール方法が異なり、シール性能も大きく異なります。

一般的なシーリング方法には、ゴムシートへのシーラント充填と機械式シーリング装置、電気溶接（アーク溶接機、電子ビーム溶接など）、真空包装用の窒素充填シーリングなどがあります。実際のシーリング効果から判断すると、電気溶接シーリングが最も優れており、充填・シーリング量は劣ります。室内の清潔で乾燥した自然環境で使用するセンサーには、接着剤シーリングのセンサーを選択できます。湿度が高く煙の多い自然環境で使用するセンサーには、パルス衝撃吸収式熱シーリングまたはパルス衝撃吸収式溶接シーリング、真空包装窒素充填センサーを選択する必要があります。

（３）湿度、寒さ、酸、アルカリなど腐食性の高い自然環境では、ポリウレタンエラストマーの損傷、短絡故障、センサーへのその他の危険が生じるため、外層には耐食性と密閉性に優れた静電スプレー塗装またはステンレス鋼板カバーを選択する必要があります。（４）磁場がセンサー出力のデータ信号に悪影響を与える場合。この場合、溶液センサーの遮蔽特性を厳密にチェックし、優れた電磁耐性があるかどうかを確認します。

（５）可燃性、引火性、爆発性は、センサーに高度な危険をもたらすだけでなく、他の機械設備や人命の安全にも大きな脅威をもたらします。したがって、可燃性、引火性、爆発性の自然環境で動作するセンサーは、防爆型の特性を明確に規定する必要があります。すなわち、可燃性、引火性、爆発性の自然環境では防爆型センサーを使用しなければなりません。この種のセンサーのシーリングカバーは、気密性だけでなく、防爆型の圧縮強度、ケーブル出口の防湿性、防水性、防爆性も十分に考慮する必要があります。

第二に、センサーの総数と測定範囲の選択：センサーの総数の選択は、マルチヘッド計量器の主な目的、計量器本体の支持点のレベル（支持点の数は、重なり合う計量器本体の形状の重心点と特定の重心点の基準に基づいて決定する必要があります）に依存します。一般的に、計量器の支点にはいくつかのセンサーが使用されますが、電子フックスケールなどの特殊な計量器ではセンサーは1つしか選択されず、一部の電気機械工学融合スケールでは、具体的な状況に応じてセンサーの数を明確に選択する必要があります。センサーの測定範囲の選択は、計量器のサイズ、センサーの数、計量器自体の重量、および想定される大きな車輪の重量と負荷などの要因に基づいて評価できます。

一般的に、センサーの測定範囲が各センサーの負荷に近いほど、計量精度は高くなります。しかし、特定の用途では、計量対象物に加えて、計量器自体の重量、風袋重量、車輪重量、振動衝撃なども考慮する必要があります。そのため、センサーの測定範囲を使用する際には、センサーの安全性と長寿命を確保するために、多くの要素を考慮する必要があります。

スケール本体を危険にさらすさまざまな要素を考慮し、多くの実験を経てセンサーの測定範囲の計算方法が明確化されました。式は次のように計算されます。C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N。C-個々のセンサーの定格範囲、W-スケール自体の重量、Wmax-対象物の正味重量の最大値、N-スケールによって選択された支点の総数、K-0-商業保険指数（一般的に1.2～1.3）、K-1-中間衝撃指数、K-2-スケール重心点オフセット指数、K-3-気圧指数。

例えば、30t 電子フロアスケールの場合、最大計量は 30t、スケール自体の重量は 1.9t、4 つのセンサーが選択され、その時の具体的な状況に応じて、商業保険指数 K-0=1.25、衝撃指数 K-1=1.18、重心が選択されます。ポイント偏差指数 K-2=1.03、空気圧指数 K-3=1.02 解法: センサー測定範囲の計算方法に従って: c=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N。 c=1.25×1.18×1.03×1.02×(30+1.9)/4=12.36t。したがって、センサーの測定範囲は15tです（センサーの耐荷重は、特別なカスタマイズでない限り、一般的には10T、15T、20t、25t、30t、40t、50tなどです）。

実務経験によれば、重量計の動作は一般的に測定範囲の 30%〜70% の範囲内ですが、動的トラックバランス、動的電子自動車バランス、ステンレス鋼板スケールなど、アプリケーション全体のプロセスに大きな影響を与える重量計の場合、センサーを使用する場合は、一般的に測定範囲を拡張して、センサーが測定範囲の 20%〜30% の範囲内で動作するようにします。また、さまざまなセンサーのアプリケーション分野を考慮する必要があります。センサー形式を選択する鍵は、重量の種類と屋内空間の設定であり、適切な設定を確保し、重量が信頼できるようにすると同時に、メーカーの推奨事項を考慮する必要があります。メーカーは一般的に、センサーの耐久性、性能パラメータ、設置方法、構造形式、ポリウレタンエラストマー材料などの特性に応じてセンサーのアプリケーション分野を要求します。ビームセンサーは、材料スケール、電子ベルトスケール、スクリーニングスケールなどの鋼材蓄積および放出チェーンセンサーに適しています。

最終的には、センサーの精度レベルを選択する必要があります。センサーの精度レベルには、センサーの非線形性、応力緩和、応力緩和修復、遅延、再現性、感度などの性能指標が含まれます。センサーを使用する際には、電子仕様書に記載されている精度規定だけでなく、コストも考慮しなければなりません。

センサーレベルの選択では、次の 2 つの基準を考慮する必要があります。1. 計量パネルの入力規定を考慮する。計量インジケータは、マルチヘッド計量器の出力データ信号が大きくなり、A/D 変換が解決された後に計量結果情報を表示します。したがって、マルチヘッド計量器の出力データ信号は、計量パネルで指定された入力条件サイズよりも大きくなければなりません。マルチヘッド計量器の出力感度をセンサーと計量パネル間のマッチング式に取り込むと、計算結果は計量パネルで指定された入力感度よりも大きくなければなりません。

マルチヘッド計量器と計器盤のマッチング式：重量計の出力感度×推奨電源電圧×計量器のサイズ、重量計の近視度×センサーの数×センサーの測定範囲。例えば、重量25kgの定量包装機と測定範囲1000の近視度が大きい計量器の場合、測定範囲25kg、感度2.0±0.008mV/VのL-BE-25センサーを3個選択し、石アーチブリッジ電気動作電圧12Vの計量器用AD4325計器盤を選択します。選択したセンサーをダッシュ​​ボードと組み合わせるかどうかを確認します。

解決策: AD4325計器盤の入力感度は0.6μV/dなので、マルチヘッド計量器と計器盤のマッチング式によれば、計器盤の具体的な入力データ信号は2×12×25/1000×3×25=8μV/d>0.6μV/dとなります。したがって、選択したマルチヘッド計量器は計器盤の入力感度の規制を考慮に入れることができ、計器盤の選択と組み合わせることができます。 2. 電子タイトルの精度に関する規制を考慮する。

電子表示は主に、スケール、センサー、および計器パネルの 3 つの部分で構成されています。マルチヘッド計量器の精度を選択する際、マルチヘッド計量器の精度は、基本理論の計算値よりもわずかに高くなります。基本理論は通常、スケールなどの客観的な理由によって制限されます。スケールの圧縮強度がやや低い、計器パネルの特性が非常に優れている、スケールの設置場所の環境が極端であるなどの要因です。

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