5个规则

压电力传感器 在工业应用领域有很多优势:

  • 压电传感器结构紧凑
  • 压电测量链具有极高的抗过载能力,并且位移极小
  • 由于非常结实,可以用于高动态测量环境.

1. 初始应力必须吗?

HBM 现在有 不同结构的压电力传感器 :

CFW 力垫圈 和 CFT 力传感器.

CFT力传感器  带有标定证书. 因为此力传感器 已经做过了预应力,因此可以直接使用,也不需要重新标定.

CFW 力垫圈 结构平滑并且没有加载预应力。因此安装时必须加载预应力.

这类传感器在安装时必须进行标定。

为保证传感器的线性和耐久性力垫圈 预应力加载是必须的

预应力 意味着安装时另外一个机械部件必须和力传感器平行安装.

 我们建议对力垫圈必须要加载至少 10%的量程的预应力. 力垫圈自身可以用来测量初始应力. 

测量力的部分被 预应力元件分流,因此在安装时,预应力和分流力都需要测量. 在安装完成后标定力垫圈是必须的,也就是比较传感器的输出信号和已知力.  测量结果的精度主要依据标定精度.

电荷放大器图示

2. 提高输出信号质量

压电传感器的电荷输出 通过电荷放大器可以直接输出等比例电压信号.

压电传感器尤其适合动态, 也就是非零点相关测量. 由压电测量链产生的漂移非常慢,因此即使非常高的要求下也不会影响测量精度.

漂移会对电荷放大器产生影响. 如果安装和连接正确的话,压电传感器自身不会显示出漂移. 如果采用石英作为传感器材料的话,测量链的 最大漂移 为 0.1 pC/s 或者 25 mN/s ,而采用镓磷酸盐作为材料,漂移最大为 13 mN/s .

为获得更小的漂移,请注意以下两点:

1. 与电荷放大器的磨合

在测量开始之前,电荷放大器必须运行至少一个小时.

2. 连接的清洁

如果传感器和电荷放大器之间电缆的绝缘电阻过低,由于电荷会通过过低的电阻进行放电,导致测量链漂移。因此,为了保证压电测量链更低的漂移,插头和端子必须一直保持清洁.

请注意不要用手接触开放的接触表面,因为这样会降低绝缘电阻

我们推荐使用保护帽 (在包装内) 只有当电荷放大器和传感器连接后,才能拧下. 当连接被断开,保护帽需要重新再拧.

压电力传感器和电荷放大器连接必须通过高质量的同轴电缆连接, HBM 提供的电缆编号为 1-KAB143/3 . 如果电缆不能修理,必须进行替换.

如果测量链一直通过电缆连接,传感器一直存储在保护帽中,连接表面的污染一般不会发生.

3. 清洁污染端子

如果端子被污染,可以按照下列步骤进行清洁:

  • 第一步,拧下端子
  • 用清洁垫( HBM 订购号 1-8402.0026)对端子的表面进行清洁
  • 用纯异丙醇喷洒端子表面(例如: IPA200 from RS Components)
  • 用新的清洁垫再次清洗

电缆插头无需清洗,如果电缆被污染,需要立即替换.

清洗剂 RMS1, 其用于应变片安装点的清洗,但是不适合清洗压电传感器.

4. 为力传感器优化环境

传感器温度对特性曲线的影响:

温度对传感器的影响非常小,低于 0.2% / 10K ,在大多数情况下可以忽略不计.

温度的变化会导致热应力. 另外,预应力的 E 模量也和温度具有关系.

重要的是,输出信号只有在温度变化时才会发生变化. 在静态状态下,电荷不会产生,因此温度变化不会对测量产生影响 .

温度的影响可以通过以下方法降低

  • 传感器在应用温度下足够时间
  • 在测量之前不要接触,因为受热会不均匀地加热传感器
  • 每次测量后进行复位

温度变化导致的漂移非常低,尤其是测量时间只有几分钟或者测量力比较大的情况,因此一般不会对测量精度产生影响.

5. 注意负载限制

在压电力传感器中,石英体直接位于力流中. 测量体 (石英或 GaPO4) 决定着额定力的最大值.

弯矩能导致传感器过载,因为石英体会被单边强烈加载.

最大机械应力通过由弯矩导致的应力以及被测量的轴向力的负载应力来进行估算. 在任何环境下,最大允许的表面压力不允许超过.

因为输出信号和额定量程无关,因此可以选择更高的额定力进行测量,避免过载. 下面图表显示了最大可能的弯矩,和过程力有关. 对于力垫圈最大的弯矩可以达到负载应力的 50% .

如果弯矩由单边力产生,侧向力也能够降低最大值.

由弯矩产生的测量误差非常低,因为石英单边的高应力可以通过另一边的低应力来进行补偿.

如果力垫圈 (1-CFW/50kN)负载的弯矩为100 Nm, 这将产生 -2.3N 的输出信号.请参考数据表中的最大侧向力.

PACEline

元件的选择

压电测量链 包括传感器,电荷放大器和元件之间的连接电缆.

如果被测量的力的最大值被确定了,就可以从 CMA 系列产品中选择适宜的模拟电荷放大器

如果采用 HBM 数字电荷放大器 CMD600 测量范围就可以自由选择. 另外 CMD600 还提供其他功能, 例如 strip chart, 测量值存储,峰值/限位值, 测量范围自动识别功能 („Sensorteach 功能“).

传感器可以按照客户要求的最大过载和几何尺寸来定制,因为输出信号和额定负载无关.

CMD600 可以覆盖所有的测量范围 , 无需专门选择.

了解 HBM 压电力测量技术,请点击:

PACEline 压电力传感器

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