ひずみゲージセンサ用接続ケーブルで、考慮すべき点は?

ひずみゲージベースのセンサをアンプモジュールに接続するために使用する信号ケーブルは、さまざまな要件を満たす必要があります。測定の精度は、力に基づく運転機械の信頼性と同様に、ケーブルの選択にも左右されます。したがって、設置する際には、どのセンサを選択するかだけでなく、どのケーブルを使用するかを適切に考慮することをお勧めします。ただし、測定の不確実性を判断する方法や適切なインターフェイスの選択方法などの質問よりも重要ではないように見えます。

測定リードと標準電源ケーブルの違いは何ですか?

この質問に答えるために、まずひずみゲージセンサの出力電圧の大きさを考慮してみましょう。

ひずみゲージセンサの出力信号は、 mV/V 単位で表示されます。HBKは、設計に応じて、公称(定格)力で負荷されたときに 0.5 mV/V ~ 4 mV/V を超える出力信号を供給する力センサからの出力です。

例えば、 U10F/250KN の出力信号は、 250,000 N の力が負荷されたときに 2 mV/V です。フォースセンサは通常、 5 V の印加電圧(供給電圧)で動作します。これは、定格(定格)の力で 10 mV の出力電圧を使用できることを意味し、現代のアンプでは簡単に500,000桁以上に分解できます。1デジットは 0.02 µV または 0.5 N の電圧変化に対応します。問題は、この変化をセンサから測定増幅器に損失や干渉なしで送信することです。したがって、信号ケーブルは次の要件を満たす必要があります:

  • 厳しいEMC環境においても、安全性を保証できる非常に効果的なシールド
  • 低キャパシタンス、低配線抵抗。そうでない場合は、ケーブル内に RC 要素が作成されます。これにより、高速測定中に位相シフトや振幅エラーが発生し、ケーブルが不要なフィルタとして機能する可能性があります
  • キャリア周波数測定アンプを使用する際に不要な影響を回避するために、ワイヤの容量対称性(ワイヤの個々のペアは同じ容量を持つ必要があります)
  • 高い幾何学的対称性により、電磁および静電容量性の影響を補正します

 

ひずみゲージ信号ケーブルは、各信号ケーブルに 4 本(または 6 本)の個別のワイヤで構成されています(図を参照)。ケーブルワイヤ間のキャパシタンスは、ケーブルの設計と長さによって異なります。すべての容量が同一で、可能な限り低いことが理想的です。ワイヤの色は HBK規格に対応しています。青と黒はひずみゲージ回路に印加電圧を供給します。測定信号は赤と白のワイヤで利用でき、増幅されて評価されます。

上記のすべての要件を満たすために、一般にひずみゲージ測定用に設計されたケーブルを使用することをお勧めします。

ケーブルの種類が異なるのはなぜですか

上記で述べたことは、信号ケーブルの要件の一部のみをカバーしています。つまり、純粋に計測学的な前提条件です。

実際には、ドラッグチェーンに対する適合性、温度抵抗の増加、特に高い測定精度が必要な場合など、多くの追加機能が必要です。これらの要件をすべて同時に満たすケーブルはありません。

このため、 HBK の標準的な力トランスデューサアクセサリには、さまざまな要件を満たす3種類のケーブルが用意されています。

厚さ 4 mm 未満のタイプ 131 ケーブルは、ドラッグチェーンなどの過酷な環境での使用に適しています。その小さな直径は機械的な観点からは大きな利点ですが、その結果、より高い容量とライン抵抗が生じます。したがって、このケーブルは、長いライン長と組み合わせて高キャリア周波数( 4.8 kHz )で使用することは推奨できません。さらに、超高速測定での使用は、ケーブルが短い( 10 m 未満)場合にのみ推奨されます。

Type131ケーブルは、最小の力シャントを確保することが重要な場合にも使用できます。

Type139Bケーブルの外径は 7.5 mm です。 すべての信号ケーブルのワイヤをカバーするシールドに加えて、個々のペアもシールドされています。つまり、フォースセンサの出力を測定増幅器に接続する 2 本のワイヤ、励起電圧を伝送する 2 本のワイヤ、およびセンスラインもシールドされています。これにより、励起電流が測定信号やセンスラインに影響を与えないようにします。

このケーブルは、静電容量が非常に低いため、高いキャリア周波数と非常に長いライン長( 100 m 以上)にも適しています。これは、基準範囲で高精度測定を行うための最初の選択肢です。一方、非常に硬いため、曲げ半径が大きくなっています。したがって、 Type139B ケーブルは、継続的に動いているアプリケーションやドラッグチェーンには適していません。このケーブルは、Type131ケーブルの「特別仕様」です。

3つ目のタイプのケーブルは、前述の 2 つの専門家の間の妥協点です。Type157 ケーブルは、低キャパシタンスで、低ライン抵抗で、ダブルシールドケーブルよりも硬くありません。また、高温での測定にも使用できます。

当社のケーブルの詳細な技術データは、 こちらでご覧いただけます。すべてケーブルは、ご指定の長さで提供できます。

上記に加えて、温度制限を遵守することが重要です。化学的影響も問題を引き起こす可能性があります。あらゆる種類の化学物質に対してケーブルをテストすることは不可能なため、実用的なテストのみで最適なケーブルを決定します。

この記事に記載されているケーブルは、地中に敷設するのに適していません。これらのアプリケーション、および質問を提起するその他のアプリケーションについては、当社の HBK営業担当者に連絡し、ソリューションについてアドバイスを求めることをお勧めします。

プラグを自分でケーブルにはんだ付けする場合は、シールドがグランドにしっかりと接続されていることを確認してください。HBK製品では、ケーブルシールドはフォースセンサのハウジングとアンプのハウジングにガルバニック接続されており、測定チェーン全体にファラデーケージを形成します。このため、 HBK力測定チェーンは、非常に高いレベルの電磁干渉耐性を達成します。EMCラボでのテストおよび IEC規格に基づくテストは、すべてのHBK力センサのタイプテスト手順の一部です。

センサとアンプの電位が異なると、ケーブルシールドの電流が補償され、測定に大きな干渉を与える可能性があります。したがって、アンプハウジングとセンサは低抵抗で短絡している必要があります。

非常に長いケーブルが必要な場合は、特に固定ケーブルで力トランスデューサを使用する場合に、エクステンションを使用することをお勧めします。このために、当社のケーブルはメートル単位で入手できます。これは、時々変更が行われるテストベンチに役立ちます。

HBMshop 価格・納期の確認、クイック見積もりはこちらから