力測定用語集:力トランスデューサ(センサ)の特性

この実用的なオンライン力測定用語集では、力測定の分野で最も重要な技術用語を参照できます。

規格、ガイドライン、および一般情報

DIN EN ISO 376 

DIN EN ISO 376 は、力トランスデューサ(センサ) または測定チェーン(一般に標準では力証明装置と呼ばれます)の校正プロセスを記述しています。このプロセスは、基準力トランスデューサまたはトランスファースタンダードとして使用されるセンサに使用されるか、測定不確実性の判定に厳しい要件がある場合に適用されます。  この手順では、公称(定格)力を数回、段階的にプリロードし、それぞれ 120度づつ回転する 3 通りの取り付け位置で 8 または 10 の負荷ステージにロードし、クリープ測定を行います。  

次に、使用する各校正済みの力センサには校正証明書が付属しています。この証明書は、センサの精度クラスを示し、特性値を評価して文書化しています。校正証明書には、使用される標準テストマシン、使用される信号コンディショナ、および校正時の周囲条件(温度、空気圧など)に関する情報も含まれています。

 

 ヒント:対話型のオンライン 校正証明書はここからアクセスできます。DIN EN ISO 376 に準拠したキャリブレーションの個々の要素については、ドイツ連邦共和国( DAkkS )の国内認証機関からの校正証明書に基づいて、系統的に説明されています。

VDI/VDE 2638

VDI/VDE 2638 では、一貫した言語表現を行い技術的な理解を得るために、力センサの特性量を定義しています。この規格は、Association of German Engineers VDI によって発行されました

EN 60529 に準拠した保護等級  

保護の程度(IPコードまたは外郭による保護等級とも呼ばれる) は、異物や湿気の侵入に対する機器の外郭による保護状態を示します。この定格は 2桁の数字(IP67など)で構成されています。最初の数字は、固形物の侵入に対する保護のレベル、 2 番目の数字は湿気の侵入に対する保護のレベルを表します。 

例:IP67 –防塵構造で、最大深さ1メートルまでの水中に30分間だけの完全浸漬に対する防水保護機能があることを示す。  

ヒント:IP評価に関する詳細情報を含む、HBK計量技術の記事が ここに記載されています。

IEC 60068-2-6に準拠した機械的耐衝撃性

機械的衝撃抵抗は、センサ(トランスデューサ)が機械的応力にさらされる可能性のある範囲を示します。

IEC 60068-2-6 規格では、衝撃の数や加速度の測定などに使用される落下試験について説明しています。特性数値の詳細については、データシートの仕様または該当するセンサの取扱説明書を参照してください。

振動応力( IEC 60068-2-27 に準拠)

IEC 60068-2-27 規格では、機器の疲労強度を判定する手順について説明しています。HBK 力センサの場合は、 5 ~ 65 Hz の周波数持つ機械的負荷にさらされます。負荷の特性数値(加速度、反復回数)の詳細については、データシートまたは取扱説明書を参照してください。

参照用センサ / トランスファースタンダード

ISO 376 精度クラスの要件を満たすセンサは、参照用力センサまたはトランスファースタンダードと呼ばれます。これらのセンサは、所定の測定範囲で定義された精度クラスを達成します。

例えば、C15 力センサは、公称(定格)力の 10% ~ 100% の測定範囲で、 DIN EN ISO 376 に従った精度クラス 00 を達成します。

 

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DIN EN ISO 376 に準拠した特性数量

ISO 376 に準拠した精度クラス 

ISO 376 に準拠して校正された力センサは、それぞれの精度クラスに割り当てられます。最高の精度クラスは 00 で、その後に 0.5 、 1 、 2 が続きます。 

以下に示す各機能について、 4 種類の精度クラスそれぞれに制限値があります。したがって、再現性を除いて、力センサのすべての機能を最も正確なクラス( 00 )に割り当てることができる場合、そのセンサ全体が、このロードステージでの再現性に関して達成されるクラスに割り当てられます。   

次の機能が評価されます。

注:精度クラスが低いほど、センサの精度が高くなります 

再現性の相対誤差 / 再現性(b); [%]

再現性誤差は、異なる取り付け位置における問題の負荷ステージの算術平均の差を示します。この手順は ISO 376 で規定されています。取り付け後、力センサは 1 箇所の取り付け位置に段階的にロードされ、取り外し、 120 度回転して取り付けられます。この新しい位置で一連のテストが完了し、最初の一連のテストと同じロードステージがある場合は、センサがもう 1 回取り外され、校正装置で 120度回転し、同じロードステージで別の測定が実行されます。各ロードステージの結果は、再現性の計算に使用されます。したがって、校正証明書は、すべての校正ステージの再現性を示しています。この数値は、測定力に関連して示されています。

反復可能性の相対誤差/反復可能性 (b`); [%]

反復可能性とは、現在の負荷ステージの変動を、取り付け位置を変更しないで表したものです。この図は、センサが固定された取り付け位置でどれだけ良好に再生されるかを示しています。このテストでは、センサを取り外したり再取り付けしたりすることなく、同じ負荷ステージに 2 回さらされます。校正証明書では、この反復可能性誤差は測定力に関連して示されます。

(相対)補間エラー (fc); [%]

基準力センサU15、(最高精度クラスのセンサなど)では、測定値に対する補間エラーが表示されます。原則として、 ISO 376 に準拠した校正では、感度の測定値として特性値は生成されませんが、関数は生成されます。したがって、補間誤差は、センサの実際の特性曲線と、キャリブレーション結果を表す関数との差になります。  

重要:測定不確実性に対するこの影響は、フルスケール値に対してではなく、測定された力に対して示されます。HBK では、補間の相対誤差が校正証明書で 3デグリーの関数として表示されます。 

ゼロ点の相対誤差 (f0); [%]

ゼロ点の相対誤差は、ゼロ点の偏差(変動幅)を示します。ゼロ点誤差を判断するために、ゼロ点信号はロード / アンロードサイクル後にプロットされ、ゼロ点リターン時の測定値になります。 

可逆性の相対誤差/ヒステリシス (v); [%] 

可逆性の相対誤差(ヒステリシス)は、負荷の増減に応じた特性曲線の違いを表します。HBK では、曲線の最大可能偏差は常にデータシートに記載されています。したがって、個々のセンサの実際のヒステリシスは、データシートに記載されている値よりも(大幅に)小さくなる可能性があります。 

DIN EN ISO 376 に準拠した可逆性誤差の表示は、特定の固定の力に対して確認されません( VDI/VDE 2638 に準拠した相対的な可逆性 / ヒステリシス誤差を参照)が、範囲内で確認されます(例: 10% … F nom の 100%)。 

校正証明書には、適用された各ロードステージのヒステリシスが表示されます。

クリープ (c); [%] 

負荷が一定の場合、ひずみゲージベースのセンサは、 e-関数と同様の形で信号にわずかな変化を示します。このプロセスは、ロード後のクリープと呼ばれます。力が除去されると、信号は反対方向にほぼ同じように変化します。これは、アンロード後のクリープと呼ばれます。  

最大信号変動は、公称力( Fnom )に対してではなく、適用される力に対するパーセントで示されます。同様に、信号の変動が決定された時間(通常は 5 分または 30 分)が示されます。 

プロファイルは e-関数の形式をとるため、データシート上の数値をクリープ最大値として示すのは非常に良い近似です。この数値は線形に外挿できません。したがって、観察時間が 2 倍になってもクリープは 2 倍になりません。

精度

HBM 精度クラス

トランスデューサ(センサ)メーカーの精度クラスは、規格や標準化には準拠していません。HBK では、 HBM 精度クラスは最大の個別特性から計算されます。これを行うために、次の力センサ特性数量が考慮しています。

精度クラスを使用すると、測定チェーンの個々の構成要素を、ほぼ同じ精度クラスになるように選択できます。 

精度クラスはメーカー自身によって定義されるため、精度クラスに基づいて異なるメーカーの測定コンポーネントを比較することはできません。  

注:HBK では、確度クラスが低いほど、センサの精度が高くなります。 

相対再現性誤差、固定された取り付け位置における相対再現性誤差、(brg); [%]

相対再現性誤差は、現在の負荷ステージの算術平均の差を、取り付け位置を変更しない場合の数値で示します。したがって、この図は、所定の取り付け位置でセンサがどれだけ良好に測定値を再現するかを示しています。このテストでは、センサを取り外したり再取り付けしたりすることなく、同じ負荷ステージで 固定したまま2 回測定します。

相対可逆性誤差 / ヒステリシス (v0.4; v0.5); [%]

可逆性誤差(ヒステリシス)は、負荷の増減に伴ってトランスジューサ出力の読み取り値が異なることを示します。該当する力トランスデューサ(センサ)のデータシートには、その値が得られた力(公称力の 40% で 0.4 * F nom = など)が表示 されます。 HBK では、曲線の最大偏差が常に指定されます。したがって、個々のセンサの実際のヒステリシスは通常、データシートに記載されている値より小さくなります。

相対直線性誤差( dlin); [%]

直線性誤差は、理想的な直線からの実際の特性曲線の偏差を表します。  

非線形性は、公称(定格)力(つまり、フルスケール値)に対して示されます。キャリブレーションは、非線形性による測定不確実性を最小限に抑えるのに役立ちます。したがって、センサを実際に使用する力範囲(サブレンジ校正)で校正を実行することをお勧めします。 

HBK では、可能な最大非線形性が常にデータシートに記載されています。つまり、個々のセンサの非線形性がデータシートに示されている非線形性よりも実際に大きいことはありません。  

相対ゼロ (点) リターン [%]

相対的なゼロ点リターンは、力トランスデューサ(センサ)に公称力が負荷された後のゼロ信号を表します。 

相対クリープ( dCr, F;  dCr, E); [%]

負荷が一定の場合、ひずみゲージベースのセンサは、 e-関数の形に似た信号のわずかな変化を示します。このプロセスは、負荷中のクリープと呼ばれます。力が除去されると、信号は反対方向にほぼ同じように変化し、アンロード後のクリープと呼ばれます。  

最大信号変動は、公称力(Fnom )に対してではなく、適用される力に対して % で示されます。同様に、信号の変動が決定された時間(通常は 30 分後)が表示されます。 

プロファイルは e-関数の形式をとるため、データシート上のこの数値をクリープ最大値として示すのは非常に良い近似です。この数値は直線的に外挿できないため、観察時間が 2 倍になってもクリープは 2 倍になりません。  

曲げモーメントの効果 [ 曲げモーメント効果 ] ( dMB); [%]

曲げモーメント効果は、曲げモーメントが力センサの出力信号に与える影響を示します。したがって、測定の不確実性を判断するために使用できます。 

力センサ仕様の図は、架空の曲げモーメントにおける偏差をパーセントで示しています。この偏差は次のように計算できます。 

Mb fiktiv= 10% of Fnom* 10 mm.  

例:力センサの公称力が 250 kN であると仮定します。仕様に記載されている曲げモーメントの影響は 0.01% です。したがって、この効果を引き起こす曲げモーメントは次のようになります。 

10% of Fnom * 10 mm à 25,000 N * 0.01 m = 250 Nm 

上記のように曲げモーメントが作用する場合、最大効果はフルスケール値(この例では 250 kN) の 0.01%になります。つまり、次のようになります。 

 

この測定不確実性への影響は、作用する曲げモーメントが増加すると直線的に大きくなります。つまり、作用モーメント 500 Nm で 50 N になり、曲げモーメント 125 Nm で最大効果は 12.5 N になります 

また、仕様に記載されている曲げモーメント制限(dMB)にも注意してください。 

横方向力の影響 [ 横方向力効果 ] ( dQ); [%]

横方向の力の影響は、出力信号に対する横方向の力の影響を表します。この数値は、公称力(Fnom)の 10% の横方向力で設定されます。測定不確実性に対するこの寄与は、フルスケール値(公称力)に基づいて計算されます。

偏心の影響 [ 偏心効果 ]  (dE); 

偏心の効果は、偏心力の適用の効果を表します。この効果は、フィールドで使用される偏心度に、データシート上の図と適用される力を掛けて計算されます。 

例:力センサの負荷は 200 kN 、偏心は 10 mm です。 仕様では、偏心の影響は 0.04%/mm と記載されています。 

したがって、偏心効果は: 

 

ゼロ信号の温度係数 (TK0; TC0); [%/10 K]

力センサのゼロ信号は、温度に応じてわずかに変化します。この影響は、ホイートストンブリッジ回路やその他の対策によって大きく補正されるため、最新の力センサでは、 10 K あたり 0.015% 未満の残留誤差が生じます  

ゼロ信号の温度効果(TC)は、測定される力に関係なく、常に公称力( F nom )に対して計算する必要があります。このため、大きな温度変化や部分負荷で作業する場合は、特に TC0 が低い力センサを使用することをお勧めします。

HBK は、すべての検体がデータシートに定義されている限度内に収まるように、力センサのTC0を指定します。したがって、データシートの数値に適合しないセンサは納品されません。

感度の温度係数 (TKC; TCS) [ %/10 K] (温度変化が感度に与える影響)

ひずみゲージベースの力センサは、温度が変化すると感度がわずかに変化します。これは、温度が上昇すると材料の弾性係数が低くなるためです。したがって、同じ力を加えるとひずみが大きくなり、出力信号が高くなります。ひずみゲージのゲージ係数(抵抗とひずみの変化の比例係数、ひずみゲージの感度)は温度に依存します。 

HBK では、その結果生じる感度の温度効果はセンサの製造時に補正されるため、非常に低くなります。 

HBK が供給する検体は、データシートに記載されている TCS よりも高くなりません。

電気的特性

ゼロ点信号

ゼロ点信号は、直立した状態で取り付けられていないときの力センサの出力信号です。アタッチメントとセンサのプレストレスが取り付けられているため、この値は変化する可能性があります。 

相対的なゼロ信号誤差と同様に、ゼロ信号は測定誤差ではなく、ゼロに設定するか、または風袋値を設定することで解消できます。

ゼロ信号の相対偏差  (ds,0); [%]

相対ゼロ信号誤差は、取り付けまたは負荷なしで垂直位置での基準温度におけるゼロ信号の最大偏差を示します。ゼロ誤差は測定誤差ではありませんが、最大出力信号に影響を与えるため、最適な信号コンディショナを選択するために重要です。したがって、力センサの出力信号が信号コンディショナの入力範囲外になる可能性があります。

定格出力 [ 特性値 ] ( C )

定格出力は、力センサが公称力(Fnom) にさらされたときに発生する出力信号を示します。潜在的なゼロ信号が差し引かれます。この数値は mV/V で示されています 

例:センサのゼロ信号が -0.1 mV/V で、定格出力が 2 mV/V の場合、公称力で 1.9 mV/V の出力信号があります(ゼロ設定が実施されていない場合)。  

定格出力が 2 mV/V の場合は、 1 V の電圧が供給されている場合、力センサが 2 mV の出力信号を生成することを示します。その結果、出力電圧はセンサ電源 5 V で 10 mV になります。適用される出力電圧は次のように計算されます。 

  • U 出力電圧
  • U0  センサ電源
  • C 定格出力
  • F 作用力
  • Fnom 交称力

この式では、ゼロ信号は理想的なゼロであると見なされるか、ゼロが設定されていた測定に基づいていることに注意してください。

定格出力範囲(C); [mV/V]

一部の力センサは、校正された定格出力なしで購入できます。これらのセンサの場合、定格出力は、センサの仕様では定格出力範囲( C )と呼ばれる範囲で示されます。一般的な定格出力範囲は 2 mV/V~ 3 mV/V または 4 mV/V~4.8 mV/V  

センサの個別定格出力は、付属のテスト・レポートに記載されているか、 TEDS (Transducer Electronic Data Sheet)チップに保存されています(TEDSが装備されている場合)。

公称定格出力(Cnom); [mV/V]

定格出力は、力センサが設計された定格出力です。力センサの製造中は、製造上の許容誤差によってバラツキが生じ、個々のセンサの定格出力が公称値と異なる場合があります。これは、定格出力許容値(dc) で示されます。 
すべてのHBK センサにはテストレポートが添付されており、各センサの正確な定格出力が示されています。ただし、例えば、 KMR+ または CFW シリーズの力ワッシャーなど、設置後にのみ校正されるセンサには例外が適用されます。  

多くの場合、力センサの定格出力は、同じタイプのすべてのセンサが非常に狭い許容範囲で 1 つの定格出力を使用できるように、製造時にすでに校正されています。または、定格出力校正をオプションとして選択することもできます。一般的な定格出力は 2 mV/V または 3 mV/V です 。

 

ヒント:最適な測定精度を確保するために、テストレポートまたは既存の校正データに合わせて、常に信号コンディショナを調整してください。この場合、定格出力許容値は測定の精度に影響しません。 

センサはTEDS付きで注文できます。この場合、テストレポートまたはキャリブレーションからの正確なデータを含むチップがセンサまたはケーブルに取り付けられます。適合する信号コンディショナがこのデータを読み取り、それに応じて自動的に調整します。

相対定格出力許容値(dC); [%]

これは、公称の定格出力からの個々の力センサの定格出力の許容偏差をパーセント単位で示します。テストレポート(すべてのセンサに付属)または校正証明書を使用して信号コンディショナを調整する場合、これは測定誤差でも精度の制限でもありません。

相対定格出力変動(引張/圧縮)(dZD);[%] 

引張荷重または圧縮荷重に使用できる力センサ(例えば、 U3U9C または U15シリーズ)は、引張力または圧縮力の測定に使用するかどうかに応じて、特性曲線にわずかな差が生じることがよくあります。 

曲線間の最大差異は、相対定格出力変動(張力 / 圧縮)の特性によって表されます。 

入力抵抗 (Re);[Ω]

入力抵抗は、入力電圧接続部間で測定された抵抗値です。ホイートストンブリッジ回路には、力センサのバランス調整に役立ついくつかの抵抗が装備されているため、入力抵抗と出力抵抗の値が異なる場合があります。

力センサを並列に接続すると、回路全体の抵抗が低下することに注意してください。この数値は、信号コンディショナの取扱説明書に記載されている全体的な抵抗値を下回ってはなりません。 

出力抵抗(Ra);[Ω]

出力抵抗は、出力電圧接続部間で測定された抵抗値です。力センサを並列に接続する場合は、出力抵抗許容値を非常に小さくする必要があります。そうしないと、測定結果にクロス電流が影響を与える可能性があります。  

HBK には、並列接続に適した力センサがあります。 

絶縁抵抗 (Ris); [Ω] 

絶縁抵抗は、任意の接続ケーブルと測定ボディ間の抵抗です。室温で、接続ケーブルを介してセンサの内部配線にテスト電圧を印加し、測定ボディへの抵抗を測定できます。測定値がデータシートの数値と一致しない場合は、センサを交換する必要があります。これは、特性を保証できなくなるためです。

励起電圧の動作範囲(BU,G);[V] 

励起電圧は、力センサの供給電圧であり、 例えば、0.5 ~ 12 V の範囲で示されます  

最大励起電圧を超えると、ひずみゲージが高温になりすぎてゼロ点が変化し( TK0/TC0を参照)、さらに感度が変化し、そのため定格出力が変化します( TKS/TCSを参照)。

基準励起電圧(Uref);[V] 

基準励起電圧(一般的に 5 V )は、すべての力センサ特性を決定するために使用されます。高精度測定の場合は、この励起電圧を使用するか、または測定チェーン校正を注文することをお勧めします。

6/4線式回路 

HBK力センサは、 4 線式または 6 線式回路を標準装備しています。ロードセル自体と接続ケーブルは分圧器を形成します。つまり、ケーブル抵抗が高いほど、力センサのひずみゲージへの電圧は低くなります。

ホイーストンブリッジへの電圧が低いと、出力信号が低下します。力センサの定格出力は、主電源ケーブルの抵抗によって変化します。6 線回路では、 2 本の追加ケーブルを使用してひずみゲージブリッジで電圧を直接測定し、必要に応じて補正します。 したがって、感度 (定格出力) はケーブルの長さや温度に依存しません。ケーブルの抵抗が継続的に調整されることは特に利点です。つまり、主電源ケーブルの抵抗が温度やケーブル長の変化によって変化しても、センサの感度には影響しません。6 線式構成は、主に高精度センサに使用されます。 

 

6線構成の力センサを 4線構成の信号コンディショナに接続する場合は、対応する励起電圧リードとセンスリードを短絡させることをお勧めします。この短絡により、電源ケーブルの抵抗が小さくなり、主電源ケーブルでの電圧降下が減少します。したがって、ケーブルの長さと潜在的な温度の影響が小さくなります。4線構成の信号コンディショナを使用して非常に正確な測定を行う必要がある場合は、ケーブルの影響を排除するために、測定チェーンの校正を推奨します。 

4 線構成の力センサの場合、接続ケーブルは校正ネットワークに属します。ケーブルを短くしないでください。感度の低下や定格出力への温度の影響を防ぐため、可能であれば 6 線構成に変更してください。 

重要な温度データ

参照温度 (Tref); [°C, °F] 

参照温度は、温度に依存しないすべての測定値が決定される温度を示します。 

参照温度は、アンプ内蔵のセンサと内蔵のないセンサで同じです。HBK 力センサの参照温度は 23℃です

公称温度範囲 (BT, nom); [°C, °F] 

公称温度範囲は、力センサが仕様に適合する温度範囲を示します。 

注:アンプ内蔵のフォースセンサの公称温度範囲は、アンプモジュールなしのバージョンとは異なることに注意してください。

動作温度範囲 (BT, G); [°C, °F] 

動作温度範囲は、力センサで測定できる温度範囲を示しますが、精度が制限される範囲があります。 

注:アンプ内蔵のフォースセンサの動作温度範囲は、アンプモジュールなしのバージョンとは異なることに注意してください。 

保存温度範囲  (BT, S); [°C, °F] 

保存温度範囲は、力センサを損傷せずに保管できる温度範囲を示します。ただし、センサを測定に使用できる温度範囲ではありません。 

注:アンプ内蔵のフォースセンサの保存温度範囲は、アンプモジュールなしのバージョンとは異なることに注意してください。

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機械的特性

公称(定格)力 (Fnom); [N] 

公称力は、力センサが公称出力に到達する力を定義します。これは、荷重が 100% であることを示します。この力範囲内では、データシートのすべての仕様が確保されます。  

テストセットアップを設計する際には、取り付けられたアタッチメントの実重量を荷重計算に含め、公称力の一部を使用する必要があることに注意してください。 

動的荷重の場合は、相対的な許容振動応力(frb)に注意してください。

(相対)最大操作力 (FG); [%] [N] 

最大操作力は、力センサをまったく損傷することなく数回使用できる最大力を定義します。最大操作力は、絶対値(ニュートン単位)または公称力(Fnom) に対する相対値(%単位) で示されます。操作力の範囲は、例えば、取り付け時にプレストレススレッドに使用されます。  

力センサは、最大の操作力を使用する必要がないように選択することをお勧めします。

(相対)力限界値 (FL); [%] [N]

力限界値は、ニュートン単位の絶対値または公称力(Fnom)に対する相対値(%単位)で示されます。力センサが力限界値を超える負荷を受ける場合、センサが破損している可能性があり、使用に適していない可能性があります。  

力センサは、力の限界を超える荷重を受けると塑性変形することがよくあります。これは、ゼロ点が著しく変化することから明らかに判断できます。このような場合は、センサを使用しないでください。また、 HBKに調査を依頼するかセンサを交換する必要があります。  

(相対)破壊力 (FB); [%] [N]

破壊力は、ニュートン単位の絶対値、または公称(定格)力(Fnom) を基準とした相対値としても示されます。この力に達すると、力センサが破損するおそれがあります。

力センサの取扱説明書に記載されている安全上の注意事項に従ってください。 

トルク制限値 (MG); [N∙m] 

トルク制限値は、力センサの測定軸の周囲で作用する許容トルクを示します。この許容トルクは、公称力(Fnom)で同時に負荷がかかる場合でも、センサの損傷やセンサ特性の変化が持続することはありません。

曲げモーメントの限界値 (Mb zul); [N∙m] 

曲げモーメントの限界値は、力センサの測定軸の周囲で許容される曲げモーメントを示します。この限界値の許容範囲内では、センサの損傷や特性の変化が発生することはありません。

曲げモーメントは、偏心力または横方向の力により発生する可能性があります。

最大偏心値 (eG); [mm] 

最大偏心値は、力ベクトルの作用点と力センサの中心との間の最大許容距離です。  

注:偏心は常に曲げモーメントも生成します。一般的なルールは、曲げモーメント = 作用力 * 偏心距離です。曲げモーメントの限界値のセクションをお読みください。

(最大)静的横方向力制限値 (FQ); [%] 

これは、公称力(Fnom)の負荷があるときに、同時に横方向の負荷がかかっても、センサの特性が永続的に変化しない、許容(最大)静的横方向力限度値を示します。これは公称力に対して相対的に % で示されます。

公称(定格)変位値 (snom); [mm]

公称(定格)変位値は、公称力( Fnom)の負荷にさらされたときの、測定グリッド方向の力センサの変形範囲を示します。

共鳴周波数(固有周波数)(fG); [kHz] 

すべての質量スプリングシステムと同様に、力センサにも固有振動数があり、次の式を使用して計算できます。 

  • Cax 軸剛性
  • m 振動質量
  • fG 固有振動数

仕様の固有振動数では、力センサの振動質量のみが考慮され、設置の都合上センサに付加されたアタッチメントの振動質量は考慮されません。センサに質量を追加すると、システムの固有振動数が変化します。  

力センサを動的に使用する場合は、システムの全体的な剛性や振動質量の合計などの設置状況を常に考慮する必要があります。 

注:一般的に、力センサの静的キャリブレーションは、システム全体の固有振動数の最大 20% まで使用できます。 

相対許容振動応力(Frb); [%] 

相対的な許容振動応力は、公称力(Fnom) に対して相対的に % 単位で表されます。許容される振動応力は、振動幅(ピーク・ツー・ピーク)、つまり、力センサが受ける振動の最大力と最小力の差(振動または交流において)を表します。  

例:引張荷重および圧縮荷重用の力センサの公称力 (Fnom) は 200 kN で、相対的な許容振動応力は 100% です。したがって、力センサには 0 ~ 200 kN の力が加えられますが、– 100 kN ~ 100 kN の力が加えられることもあります。  

力センサの取扱説明書に記載されている安全上の注意事項に従ってください。 

注: 振動幅が 200% のセンサは、引張および圧縮力測定範囲内で永続的に使用できます。

曲げ剛性/捩り剛性 (cax); [105N/mm]

力センサの剛性は、公称力(Fnom)と公称変位(Snom) の関係です。それはセンサの基本設計と公称力によって大きく影響され、次のように計算されます。

  • Cax  軸剛性
  • Fnom  公称力
  • Snom  公称変位

力センサの固有振動数を計算するには、曲げ剛性が必要です。

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アンプ内蔵力センサの追加情報

VA1/VA2

力センサをアンプ内蔵で購入(オプション)できます。 (例:U2B, C2, C6B), または、インラインアンプ(センサにつながるケーブルの途中にアンプを設置)を使用することもできます。これらの力センサは、出力信号を V ( VA1 )またはミリアンペア( VA2 )単位で出力します。

出力信号  

アンプが常時接続されている力センサの出力信号は、所定の範囲内になります。これは、電圧出力(VA1)のセンサでは 0 V ~ 10 V 、電流出力(VA2)のセンサでは 4 mA ~ 20 mA です。

公称(定格)出力

公称定格出力は、力センサが公称力(Fnom)にさらされたときに出力する信号値です。たとえば、 10 V または 20 mA になります。  

定格出力許容値

定格出力許容値は、公称出力からの定格出力の許容偏差を示します。

ゼロ信号(アンプがセンサに内蔵またはケーブル上に設置されている場合)

ゼロ信号は、荷重がかけられていないときの力センサ信号です。ゼロ信号は、引張力と圧縮力 (例: U2B)のセンサと単純圧縮力センサ  (例: C2)とでは異なります。センサに電流出力がある場合、圧縮力にのみ使用できるセンサのゼロ値は 4 mA です。 電圧出力がある場合、ゼロ値は 0 V です。引張力と圧縮力の両方を考慮して設計された力センサの場合、ゼロ点は 12 mA または 5 V です。

出力信号範囲

これは、アンプモジュールが出力信号を供給する範囲を示しています(例:0.3 V ~ 11 V など)。 

フルスケール値に達した場合、負荷が高くても出力信号は高くなりません。この場合は、センサの過負荷が認識されず、センサに持続的な損傷が生じる可能性があることを意味します。

カットオフ周波数 [kHz]

カットオフ周波数は、アンプモジュールが増幅できる最大周波数です。通常、この値は 3 dB の減衰が起きる周波数です。

供給電圧範囲 [V] 

供給電圧は、アンプ内蔵の力センサで要求される電圧範囲で、(例:19 V – 30 V など)として示されます。電圧がこの範囲を超えるか下回ると、測定値が不正確になり、極端な場合にはセンサに修復不能な損傷を与える恐れがあります。 

公称供給電圧 [V]  

公称供給電圧は、電源の公称出力電圧と同じでなければなりません。 

最大消費電力 [mA]

これは、アンプ内蔵の力センサによる動作中の最大消費電力を示します。電圧出力(VA1)のセンサと電流出力(VA2)のセンサでは値が異なります。

アンプ付きロードセル(N)と力センサの詳細をご覧ください

HBK力測定センサ群の一部には、オプションで内蔵アンプを選んで、電圧または電流出力で使用できます。0~10 V または 4~20mA出力を使用した力センサの利点については、こちらをご覧ください。20mA 出力信号。

アンプ内蔵の力センサの詳細を見る                無料ウェビナーに参加する:アンプ内蔵力センサの長所と短所

圧電式センサの追加情報

感度 (S); [pC/N]

圧電力センサの感度は、作用力ニュートンあたりのピコクーロン単位の電荷変化を表します。感度は、センサ特性曲線の勾配です。 

例: 4 pC/N の感度を持つ圧電力センサは、 100 N の力の変化に対し、 400 pC の電荷が変化します。

クロストーク [N/N][N/Nm]

クロストークは、圧電式センサの物理的現象です。測定グリッド方向(横方向力)以外の方向に力を加えると、出力信号にわずかな変化が生じ、実際の測定信号に加えられます。この変化の程度は、仕様ではクロストークと定義されています。Fz は測定軸であることに注意してください。

最大曲げモーメント (Mb, zul); [Nm] 

圧電力センサの設計では、荷重がかかっているときに公称力の最大 50%の曲げモーメントしか発生しないようになっています。この設計原理により、力または最大力が適用されていない場合、最大曲げモーメントはゼロになります。  

注意:圧電力センサの最大曲げモーメントは、曲げモーメントの限界から独立した特性であることに注意してください。 

ドリフト

圧電式力センサは、時間の経過に伴う測定エレクトロニクス内部の電荷損失が非常にわずかですが発生します。これは、不完全な絶縁抵抗、チャージアンプコンポーネントおよびケーブルが原因です。電子機器は、電荷損失による電荷変化と作用力の変化による電荷変化を区別できません。このドリフトは実際の測定信号に加算されます。 

これは非常に軽微な影響ですが、小さい力を長期間にわたって測定する場合は特に注意する必要があります。これは、ゼロ設定を定期的に繰り返すか、ハイパスフィルターを使用することで、ドリフトの影響を排除できます

圧電力センサの詳細をご覧ください

力測定の注意事項と対策に関して、圧電力センサ専用に書かれたセクションがあり、ひずみゲージ式のセンサの技術が適している場合とそうでない場合の解説があります。

力測定の知識ベースに移動します                                   圧電力センサの一覧で様々な種類を参照する

ひずみセンサの追加情報

公称ひずみ (ɛn); [μm/m]

公称ひずみは、センサが 100% の負荷になったときのひずみです。

最大動作ひずみ (ɛG); [%]  

最大動作ひずみは、センサがこの最大値以下で使用されている場合に、センサに損傷を与えないひずみ範囲を示します。最大動作ひずみは、公称ひずみ(ɛn)に対して % で表されます。  

センサの選択では、最大動作ひずみを使用する必要がないような容量を持つセンサを選択してください。

破壊ひずみ (ɛb); [%]  

破壊ひずみは公称ひずみ(ɛn)に対する相対値で指定されます。この力に達すると、力センサが破損するおそれがあります。  

力センサの取扱説明書に記載されている安全上の注意事項に従ってください。 

復元力 (Fd); [N/µm]

復元力は、ひずみセンサを公称ひずみにするために必要なニュートン単位の力です。

相対許容振動応力(ピーク・ツー・ピーク値) (ɛrb); [%] 

振動幅はピーク・ツー・ピークの値です。つまり、最大ひずみと最小ひずみの差であり、公称ひずみ(ɛn)に対して % で示されます。負のひずみも許容されることに注意してください。この範囲では、ひずみセンサに永続的に交互にひずみが発生することが許容されます。 

例: したがって、許容振動幅(ピーク・ツー・ピーク)が 160% のひずみセンサは、負ひずみ 60% と正ひずみ 100% の間で交互に負荷がかかり、また公称ひずみ(ɛn)の 80% の負ひずみと正ひずみの間にも負荷がかかることがあります。 

測定方向の加速度感度 (da, s; da, q)

測定グリッド方向の加速感度は、加速にさらされたときのセンサ誤差を示します。

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