【基礎から学ぶロードセル】 ロードセルの種類と分類

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身体測定や健康診断で、体重を測る際に体重計に乗りますよね?
体重計のように“荷重”を測定する装置は、身の周りに結構存在します。
このような荷重を測る装置は、総称としてはロードセルと呼ばれています。
本記事では、そんなロードセルの構造や原理について、詳しく解説していこうと思います。

今回は、「ロードセルの種類と分類」についての説明です。

1.初めに

ロードセルは、光・液体・空気圧・磁力・振動など様々なものを利用して動作します
その違いから、ひずみ型ロードセル・磁歪型ロードセル・静電容量型ロードセルなど様々な種類に分類されます。
また、荷重を掛ける方向や形状の違いによっても分類されます。
その為、一言“種類”と言っても数は膨大です。

今回は、荷重を掛ける方向と形状による分類についてまとめていきます。

磁歪型ロードセル・静電容量型ロードセルなどに関しては、最も普及しているひずみ型ロードセルの解説を別の記事で行っているので説明は割愛します。
調べても詳しい情報出てこないし…。

ひずみ型ロードセルに関して詳しく知りたい場合は以下の記事をご覧ください。

【基礎から学ぶロードセル】 ロードセルとは? ~ひずみ型ロードセルの原理~
身体測定や健康診断で、体重を測る際に体重計に乗りますよね?体重計のように“荷重”を測定する装置は、身の周りに結構存在します。このような荷重を測る装置は、総称としてはロードセルと呼ばれています。本記事では、そんなロードセルの構造や原理について、詳しく解説していこうと思います。今回はロードセルについてです。

2.荷重方向による分類

荷重方向による分類は、引張型・圧縮型・曲げ型などがあります。
各イメージ図は以下の通りです。
引張と圧縮のどちらにも対応している交番型という種類もあるようなのですが、調べても大した説明が出てきません。

図1

3.形状による分類

まず様々な形状がある理由についてですが、ロードセルはそれぞれ荷重(力)を加える場所・方向があらかじめ決まっています
ひずみゲージの変形方向の問題ですね。
その為、使用用途に適したタイプを選定する必要があります。

形状による分類は、ビーム型・ロバーバル型・コラム型・S字型・リング型・ダイヤフラム型などがあります。
それぞれ簡単に補足説明をしていきます。

ビーム型

形状は長方形で、リード線が引き出されていない側の端部に荷重をかけて使用する。
荷重を加えるポイントによってはシングルポイント・ダブルポイントなどの違いがあるようです。
一般的な“はかり”に使用されていて、精度が高いのが特徴。
代わりに大容量のロードセルには向いていないです。
対応する質量は大体数kg~数百kg。

A&D オ-ルステンレスビーム型ロードセル LCM13T005
◆台はかり・ホッパ・タンク用オールステンレスロードセル ◆耐腐食性を要求するプラットホーム、タンクスケールの構築に最適。 ◆引張り・圧縮の両方に使用でき、取付設置が簡単。 ◆零点の温度影響:0.016% of R.O./10℃ Typ. ◆...

ロバーバル型

ビーム型と同じ扱いをされているような気がする。
ビーム型の場合はある点に荷重を加えての測定でしたが、ロバーバル型の場合は荷重をある一定範囲に加えれば同様の結果が得られるようになっています
つまり、測定を点で行うのがビーム型測定を面で行うのがロバーバル型です。

天秤をイメージしてみればわかりやすいです。
普通の天秤なら重りの位置によって釣り合いが取れたり取れなかったりと結果が変化してしまいます。

図2

図2のように置き場が変わる、つまり荷重の加わる点によって結果が変わってしまうのがビーム型、これを工夫してどこに重りを置いても結果は変わらなくなるようにしたのがロバーバル型です
ちなみに、ロバーバル型の機構はフランスの数学学者のロバーバルによって考案された機構です。

コラム型

円柱型とも呼ばれている。
形状は円柱で、円状の上面か下面に応力をかけて使用します。
ひずみゲージを2つしか使用しないので構造が単純で、大容量にしても比較的小型にできる。
逆に小容量のものには向いていないです。
対応する質量は大体数t~数百t。

コラム型ロードセル 引張圧力ロードセル(10KG)
1. 高精度: このコラム型ロードセルは、周囲の引張力、圧縮力、圧力力を高精度で測定できるように設計されており、高さが低く、接触面積が大きく、全体の精度が高くなります。この高い精度により、常に正確な読み取り値が保証されます。これは産業におい...

リング型

円環型とも呼ばれている。
円周の外側から応力をかけて使用する。
精度が高く、中容量に対応しているタイプ。
対応する質量は大体数百kg~数十t。

スケールシリンダー シングルレベルせん断ビーム デジタルロードセル 計量リング型力センサー(Size:50KG)
スケールシリンダー シングルレベルせん断ビーム デジタルロードセル 計量リング型力センサー

ダイアフラム型

円型のロードセル。
丸形のテーブルの裏面にひずみゲージが付いていて、テーブルの上に置いたものの応力を測るようなイメージ。
高さを低くできるというメリットはあるが、精度が低くなる。

DYMH-105 張力センサー 圧縮 フラットダイヤフラム型力センサー ロードセルトランスデューサー(Size:100kg)
DYMH-105 張力センサー 圧縮 フラットダイヤフラム型力センサー ロードセルトランスデューサー

ロードセルで検索するとビーム型(ロバーバル型)・コラム型・S字型のものはよくヒットしますが、リング型・ダイアフラム型のものはほぼヒットしませんでした。
リング型・ダイアフラム型に関しては使用例もあまり出てこなかったので、ビーム型(ロバーバル型)・コラム型・S字型の方がよく使われているという認識で良いと思います。

以上、ロードセルの種類と分類についての説明でした。