力传感器校准标准 ISO 376：提高可靠性和不确定性

您是否知道，当您按照ISO 376要求进行校准时，传感器会发生什么，以及校准证书上数值的具体涵义？如果是这样，您可以在本白皮书中找到参考力测量最受欢迎标准的简短摘要。

校准通常被描述为被测传感器测量结果与校准标准的比较。这意味着，在加载一定力时，了解力传感器的输出信号，以及在该力阶跃下传感器的不确定性。

对于力传感器，有两种校准方法：

• 用砝码加载力传感器
• 使用液压执行器加载，并使用高精度力传感器测量实际产生的力

每次ISO 376校准都需要对传感器预加载三次，每次都会以最大校准力施加预加载。

在测试程序的下一阶段中，传感器的负载将达到最大校准力，并分八到十步增加负载。卸载后，在不变的安装位置重复相同的步骤。换言之，称重传感器在校准机内保持不变，并再次重复相同的加载步骤。

完成后，拆下传感器，旋转120°并重新安装在校准机中。使用最大校准力预加载后，前一阶段的加载步骤再次重复施加到传感器上，直至达到最大校准力，然后以相同的间隔卸载。请注意，减小力时使用的载荷阶跃与增大力的载荷阶跃相同。这与测试程序的前两个阶段不同，在这两个阶段中，传感器从最大校准力卸载到零。

第二次拆卸传感器后，再次将其旋转120°，并完全预加载至最大校准力。然后，使用上述测试前一部分相同加载步骤再次加载和卸载。

再次卸载传感器后，程序的最后一步是蠕变测量。

为了能够比较不同的力传感器并将其分配到适当的精度等级，必须确定和评估每个传感器和每个载荷阶跃的特征值。根据上述测试程序计算以下参数：

• 重复性：安装位置不变时输出信号的差异

• 再现性：描述不同安装位置相同负载步级下输出信号的差异

• 插值误差：插值误差表示传感器的真实特性曲线与拟合曲线之间的差异

• 可逆性/滞后：描述在某一负载阶跃下增加和减少负载之间的输出信号差异

• 蠕变误差：表示恒定负载下输出信号的变化

• 零点误差：表示加载/卸载循环前后零点的偏差

除零点误差外，所有特性都是相对于每个单独的负载步级计算的，这意味着相对于实际值。事实上，校准的结果永远不会比使用的校准机更精确。因此，校准机的不确定度是需要考虑的一个重要问题。

• 扩展不确定度：该误差与力传感器无关，但与使用的校准机有关

查看 HBM 力测量词汇表 了解所述特性的更多信息。

根据 DIN EN ISO 376 校准的每个传感器都会产生一份校准证书，该证书评估传感器的特征值，并提供所用的校准机、包括其可追溯性和不确定性以及校准过程中的环境条件信息。在证书上，您可以找到四种不同使用情况下，力传感器在每个负载步级的不确定度：

• 情况 A: 仅用于增加力，且力等于校准负载阶跃力时

• 情况 C: 仅用于增加力，但可用于校准范围内的任何力

• 情况 B: 用于增加和减小力，但力等于校准负载阶跃力时

• 情况 D: 用于增加和减小力，但可用于校准范围内的任何力

在计算测量不确定度时，这四种情况包括不同的特征值。例如，情况A不考虑插值误差和可逆性，但情况D考虑。

不确定度作为“扩展不确定度”给出，这意味着它是针对覆盖系数k=2给出的。这意味着95%的测试将在这个不确定性范围内。

此外，您将发现每个加载步级和每个情况的分类，其中00是最佳类别，2是最差类别。例如，传感器满足00级标称力40%-100%的要求，但仅满足0.5级标称力10%-299999%的要求。

如果与校准一起订购，HBM保证传感器的精度等级。您可以在下表中找到符合ISO 376的测量范围和精度等级。

^{图4 – HBM 传感器及其测量范围}

在HBM，根据ISO 376的精度等级与传感器的测量范围相关。

为了满足对传感器精度的更高要求，HBM top 级力传感器比00级ISO 376要求的传感器具有更好的技术特性。