为何极高精度力传感器能够开辟新的应用领域

高精密力传感器能够为您开辟新的应用领域。例如,来自 HBM 的 C10 压向力传感器,其可承受极高的过载的同时,丝毫不影响测量的精确度。另外一个优势是:面对多种不同的测量任务更具灵活性。这表明,高精度 力传感器 不仅是技术上的杰作,并且还具有经济优势。 能够更加清楚得辨别错误的来源。

高精度力传感器的的优势

现代力传感器达到了极高精度水平;温度对测量结果的影响非常小。所谓的TC0,即温度对 C10 零点的影响最大仅为 0.075%/10K,线性和相对可逆性误差也极低。

  • 测量链可承受高负载 防止传感器损坏。C10 力传感器即使在 20 % 量程测量范围内,也具有足够高的精度,获取可靠的测量结果。
  • 基于以上描述,应用范围也可以扩展: 也就是在不改变传感器的情况下,执行不同的测量任务,减少时间和费用。 因为不需要对试验台进行更改,减少了类型多样性。

误差的可能来源

了解力测量误差的可能来源是非常重要的。基于应变的力传感器可能误差主要来自以下两个方面:

  • 和负载无关的误差: 特定的输出信号错误,但和加载的力的大小无关
  • 和实际值相关误差: 是指和加载的力相关,并和力测量值呈比例

温度对零点的影响 就是一个和负载无关的错误: 其输出一个特定值,这个值和加载的力大小无关。温度对零点的影响 (TKZero) 产生的输出信号即使在加载比例很小的额定力情况下,依然特别大。在这种情况下,即便提高加载力的比例,绝对值却保持不变。

例如,使用传统技术的力传感器的额定量程 100 kN;我们假设TC0 为0.5%。

这意味着10K的温度变化会产生测量不确定性为额定量程的 0.5% ,数值为 0.5 kN。如果施加的负载仅为 20千牛,测量不确定度仍然是500N。由于力值较小,测量不确定度误差将为2.5%。

让我们来看看使用 C10 时的情况,同样是 100 kN 额定量程。其TC0 的规定值仅为 0.075%。

因此,测量误差75N,当负载为 20 kN 时,C10 TC0 误差从2.5%下降到了 0.375%。

除TC0外,线性误差也与额定量程有关。因此,C10 传感器的测量误差大幅减小。

相对于实际值的误差包括灵敏度(TCS)的温度依赖性、蠕变,校准公差等。

当评估一个误差时,单个误差将会导致整体误差呈几何级增加,也就是说,只有误差最大的参数得到改善,才能显著提高测量精度。在许多情况下,TC0、线性和滞后是最重要的。而这些误差(如上所述)与额定量程有关,因此对这些参数的任何改进都将特别有效。

C10 测量误差大幅降低

HBM 对 C10 进行了重新设计,大幅降低了和满量程有关的测量误差。包括温度对传感器的影响,线性和滞后误差等。

线性误差 (in ppm)

量程

上一代

最新

提高

2,5 kN30020033%
5 kN30020033%
10 kN30020033%
25 kN40025038%
50 kN40035013%
100 kN40035013%
250 kN40035013%
500 kN40035013%
1 MN60050017%

 

滞后 (in ppm)

量程

上一代

最新

提高

2,5 kN30020033%
5 kN30020033%
10 kN30020033%
25 kN40030025%
50 kN4004000%
100 kN50040020%
250 kN50040020%
500 kN50040020%
1 MN60050017%

蠕变 (30 分钟) in ppm

量程

上一代

最新

提高

2,5 kN40020050%
5 kN40020050%
10 kN40020050%
25 kN25020020%
50 kN25020020%
100 kN25020020%
250 kN25020020%
500 kN25020020%
1 MN25020020%

这些改进带来的实际影响

图中显示了一个典型的测量任务:

  • 测量时间:30 分钟
  • 温度变化:10°C
  • 传感器:C10/25KN
  • 传感器加载到额定量程

该图显示了测量不确定度的函数。重新设计产生了显著的积极影响,在相同的测量不确定度情况下,可用测量范围显著增加。

图 2 显示力测量过程: 用于质量控制的力测量 被显示在 X 轴Y 轴 显示 生产的数量。按照高斯钟形曲线法生产部件的散射分布。 绿线, 表示 允许误差, 力测量链的不确定性 可以从左右两侧的红色部分看出。

图 2 高精度和低精度力测量系统的监控过程.

为了评估监控过程,必须估算测量精度。在评估过程中,只有在测量容差范围内,才能被测定为 OK (在图中表示为蓝色线).

可以非常容易看出,容差部分数量增加时,测量精度也随之增加。被拒收的数量也和力测量链精度有关。

现代力传感器,例如 C10, S2M, S9M, 和 U10M 都具有极高的精度。以上都考虑到了影响测量不确定性的影响因素。另外,当只加载部分负载时,能够显著增加抗过载能力。这样也增加了可靠性。综上所述, 在不同的测量范围内,可以使用相同的传感器,并增加高精度测量范围的百分比。

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