选择应变传感器的连接电缆 - 需要考虑什么?

连接基于应变的传感器到放大器的信号电缆必须满足多种不同的要求。测量的成功与基于力的操作设备可靠性一样,也取决于电缆的选择。因此,在规划设置时,不仅要考虑选择哪种传感器,还需要考虑使用哪种电缆——尽管这似乎不如选择正确的传感器和接口那样重要。

测量引线和标准电源电缆之间有什么区别?

为了回答这个问题,让我们从考虑应变传感器输出电压的数量级开始。

应变传感器的输出信号以mV/V为单位。HBK提供的力传感器,根据其设计,在加载额定力时,可提供0.5 mV/V至4 mV/V的输出信号。

例如,当施加250 000 N的力时,U10F/250KN的输出信号为2 mV/V。力传感器通常在5 V的激励电压下工作。这意味着在额定量程下,可获得10 mV的输出电压,现代放大器可轻松将信号解析为500000多个数字。数字对应于0.02µV或0.5 N的电压变化。挑战在于将这种变化从传感器传输到测量放大器,而不会损失或干扰。因此,信号电缆必须满足以下要求:

  • 高效屏蔽,即使在EMC环境中也能保证安全
  • 低电容和低线电阻。否则,将在电缆中创建RC元素;这可能会在快速测量过程中导致相移和振幅误差,并充当不需要的滤波器
  • 导线的电容对称性(每对导线需要具有相同的电容),以避免在使用载波频率测量放大器时产生不必要的影响
  • 高几何对称性,以补偿电磁和电容影响

每根应变计信号电缆由四(或六)根独立导线组成(见图)。电缆导线之间的电容取决于电缆的设计和长度。理想情况下,所有电容都相同且尽可能低。电线颜色符合HBK标准。蓝色和黑色为应变计电路提供激励电压;测量信号为红色和白色导线。

我们通常建议使用应变计测量的专业电缆。

为什么有不同类型的电缆?

上述方面仅涵盖信号电缆的部分要求,以纯粹以计量为先决条件。

在实践中,需要许多附加功能,例如适用于拖链、提高耐温性或特别高的测量精度。任何电缆都不能同时满足所有这些要求。

因此,HBK的力传感器标准附件提供了三种类型的电缆,可满足各种要求。

131型电缆厚度小于4 mm,非常适合在恶劣环境中使用,包括拖链。从机械角度来看,它的小直径有很大的优势,但它确实会产生更高的电容和线电阻。因此,不建议将此电缆与高载波频率(4.8 kHz)和长线路测量结合使用。此外,仅当电缆较短(小于10 m)时,才建议在快速测量中使用。

当需要确保测量非常小的分力时,也可以使用131型电缆。

139B型电缆的外径为7.5毫米。除了对所有信号电缆导线屏蔽外,各对电缆也被屏蔽,即连接力传感器输出至测量放大器的两根导线、承载激励电压的两根导线和感应线。这确保激励电流不会影响测量信号线。

该电缆具有非常低的电容,也适用于高载波频率和非常长的线路长度(≥ 100米)。是参考范围内高精度测量的首选。另一方面,它非常坚硬,弯曲半径很大。因此,139B型电缆不适用于经常运动的应用,也不适用于拖链。

第三类电缆是前面提到的两者之间的折衷:157型电缆具有低电容、低线电阻,并且比双屏蔽电缆硬度低。此外,它们还可用于更高温度下的测量。

我们的电缆的详细技术数据 均可在这里找到。 所有电缆都有不同的长度。

除上述内容外,温度限制也很重要。化学品也会带来问题。由于不可能对电缆进行各种化学品的测试,因此只有通过实际测试才能找到最合适的电缆。

本文中提到的电缆不适合在地面敷设。对于这些应用,我们建议您联系我们的HBK销售专家,请他们提供解决方案建议。

如果您打算自己将插头焊接到电缆上,请确保屏蔽广泛接地。对于HBK产品,电缆屏蔽层连接到力传感器外壳和放大器外壳,为整个测量链创建法拉第笼。HBK测力链因此对电磁干扰具有很高的抗御力。EMC实验室测试并根据IEC标准进行测试是所有HBK力传感器测试程序的一部分。

传感器和放大器中不同的电势会导致电缆屏蔽中的补偿电流,这会严重干扰测量。因此,放大器外壳和传感器必须在低电阻下短路。

如果您的应用需要很长的电缆,我们建议使用延长线-尤其是使用带有固定电缆的力传感器时。

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