压机制造商面临着技术和成本增加的压力:客户需要更快速和更精确的压力,测试和测量设备是满足要求的关键。精确的压力测试是至关重要的 - 例如, 使用结构小巧,高精度的分力测量技术 - 以及智能化的测量仪表。

施加的力约精确,模制零件的质量就越高。除了更高的精度,对压机的速度要求也越来越高,同时提供 更高的带宽 以增加产量。现代测量技术能够让设备运行更快,更高效。

测试和测量设备的成功使用的关键因素包括:

  • 在压的过程中,进行高精度,高可靠的力测量
  • 采用高速,智能化仪表并满足工业以太网要求
  • 专业的测量软件对铆接等过程进行监控

在很多工业生产领域都会涉及压力,包括压机,汽车零部件的生产及装配。

尽管尺寸和使用的条件大不相同,但是施加的压力,冲击的次数和产品的生产质量是生产商最关心的。

压力控制系统需要监控这些参数,识别缺陷产品并剔除他们。同时记录生产和宕机时间 - 这是生产效率的重要指标之一。 

可靠的压力测量

一般来说, 压装过程采用力和位移测量。有两种不同的方法用于压力监控:

  • 直接的力测量
  • 分力测量, 例如,使用应变传感器

在这两种状况下,关键是采用传感器可靠快速地进行力测量并将数据传输到带有放大器的压力控制系统中。传感器和放大器不仅要结实可靠,并且需要容易安装,以便于集成到现存系统中。 

这两种力测量方法有不同的优点和缺点。一般来说,采用直接力测量是普遍的方法。对于大力值来说,必须要有足够大的量程。但是传感器非常重且昂贵。HBM 力传感器已经在工厂进行了标定,因此使用时无需再进行重新标定。在装配后,力的单位为牛顿。

U5 法兰式力传感器。由于采用法兰结构,因此非常容易安装。额定量程最高为 500 kN,可以同时测量拉向和压向力。

应变传感器 是替代的解决方案。在力的施加过程中,将会引起微小的,不可见的变形。应变传感器,例如 HBM SLB700A 可以测量这种变形,其和施加的力是呈正比的。这种方法的优势是在不同力测量过程中,无需更换传感器。 应变传感器是一种更具成本效益的替代解决方案,尤其是对于大力值压力测量应用中。这种测量方法无法在工厂进行标定,需要将传感器安装到系统中进行标定,以确定输出信号和施加的力之间的关系。

应变或是压电: 哪种测量原理是最适合的?

CST/300 压电原理应变传感器。安装只需一个螺丝,典型的应变灵敏度为 50 pC/µm/m.

HBM 提供压电应变传感器 (CST/300) 和应变原理传感器(SLB700A)。 这两种传感器可以用于多种场合。压电传感器的特点是结构紧凑,对于非常小的应变具有更高的灵敏度 - 非常适合非常硬的测试对象。拧紧传感器只需一个螺丝。

应变原理的应变传感器一般内置放大器,具有较高的性价比。另外,这种应变传感器没有漂移,非常适合监控任务。能够监控永久性的形变。并可以通过智能布线方式进行弯矩补偿,以提高测量精度。

应变传感器的弯矩补偿

对于应变原理传感器,可以采用对称性的部件进行弯矩补偿。这需要两个传感器安装在相同的高度,并且彼此相对。弯曲时,一个传感器将产生正向应变,而另一只将产生负向应变。当传感器并联时,整体的输出信号为 "零"。

整体高度低比干具有相同的灵敏度是前体条件。HBM 通过特殊的程序保证应变传感器具有相同的灵敏度。另外,输出电阻配平是并联的前提。桥路电阻高达 700 ohms,即使4个传感器并联时,整体的桥路阻值也高达 175 ohms,可以防止放大器超载。 现代放大器能够测量单个传感器或者并联的传感器,并进行信号处理。

应变片安装在对称部件上。弯曲将会对两个 SLB700 产生相同绝对值的应变,正负相反。当两个传感器并联时,产生的输出信号为零。

如以上所知,应变传感器使用时需要进行进行标定。

应变传感器标定时,至少需要两个加载步骤; 例如: 力 = 零和最大值。 最大力标定不是必须的,也可以只标定最大值的一半,尤其是精度要求不是很高的时候。

过程如下:

  • 测量力为零时,应变传感器的输出信号。放大器显示设定需要为 mV/V.
  • 测量加载的标定力,同样,显示设置需要为 mV/V.

计算测量链的灵敏度非常容易:

S = (标定力的输出 - 零点的输出) / (标定力 - 零)

当使用压电力传感器时,灵敏度的单位为 pC/N,当采用应变原理时,灵敏度为 mV/V/N.

在很多情况下,特定应变的灵敏度可以用于测量放大器,你可以直接输入力和输出等参数。许多放大器你可以直接输入以下四个值:

力 = 0 N        信号 = xy mV/V

力 = 测量力    信号 = AB mV/V

放大器支持以上设定。"示教" 过程可以用于现代放大器,并进行标定自动化。

以下提示是重要的:

  • 推荐进行验证,也就是说,系统需要重新加载并比对显示值
  • 在标定过程前加载系统三次,以确保传感器稳定
  • 为确保精度,在标定后施加同样的力是非常重要的

内置仪表还是带有测量数据处理的智能放大器?

SLB700A/06VA 应变传感器已经经过热补偿,具有更高的输入电阻可以并联。

内置仪表的应变传感器可以用作监控的基础,其提供带宽为 2 kHz, -3 dB (4 … 20 mA) 或 (0 … 10 V) 输出信号。下游的压力控制系统进行信号处理和信号计算以实现控制功能。

放大器可以按照以上描述调整: 首先, 在零点和最大力进行测量。获得的电压信号应用于 SLB 控制输入。设定 力= 0 对应 1 V ,最大力对应 9 V。这样同样可以测量超出最大力的范围,因为输出范围为 0 到10 V。其具有 10% 缓冲。

与内置仪表的传感器相比,无论应变如何,都可以获得相应的输出。

"示教" 能够通过一个控制脉冲开始,并可以实现自动化。不考虑这一点,测量点可以被设置为零点。并且,即使断电后,放大器设置可以保持。

现代压力监控系统的更高要求

过去数年来,设备的生产商要求越来越高。除了成本以外,主要集中于提高产品质量和生产效率,以及更长的寿命和更短的维护间隔。满足这些需求唯一的方法是使用现代力,位移传感器和放大器。

这些放大器的特点是:远远高于标准的抗噪声和干扰能力,并提供数据处理能力。这缓解了下游控制系统的压力并提高了系统可靠性,降低了宕机时间。这些放大器具有通用性,可以根据测量传感器的型号和数量来选择不同的测量模块和信号输出卡。投资成本显著降低,PMX 工业放大器就是这类放大器的代表。

更高的噪声免疫能力提供更可靠的测量数据

载波频率放大器具有更高的抗干扰能力。

放大器可以通过 "升级" 来满足压力监控的所有需求。在大多数情况下,极为可靠的 PX455 载波频率放大器模块被用于采集力和应变信号。在载频测量中,采样频率为 19.2 kHz, 先调制,然后放大然后解调。这种方法测量带宽为 2 kHz,同时能阻止例如大型电机或频率转换器产生的噪声信号传输。这可以大大地提高服务寿命。

你需要多高的智能化?

PMX 放大器内部计算哦你感到提供的采样率高达 19.2 kHz/通道,可以快速采集和处理压力。 峰值的采集高达 50 µ/s,因此可以提供更高质量的控制信号。内部计算通道可以进行实时计算,可以保证控制系统对状态进行监控。

预防性诊断功能

除了压力峰值以外,报警限位也可以监控。这可以事先侦测施加的力是否超出容差范围,或者是否达到系统需要宕机的水准,以便保护设备防止损坏。和 PMX 计算信号一样,这些值可以实时测量,间隔周期为 50 毫秒。这对于紧急关机是非常重要的。 进一步的诊断可以通过安装加速度传感器来实现。震动是由于轴承间隙引起的,通过加速度传感器可以测量震动是否过高,超出了限制。另外, PMX 放大器可以用于限位值检测和分析,例如通过温度信号采集,了解设备是否过热,需要冷却。

HBM 还提供 catman 软件用于采集质量数据。 PMX 带有以太网接口,可以连接到电脑上,以纪录测量和设备信号,进行存档和备份。可视化和分析功能更能够显示和分析压力信号。并带有触发功能,以便当故障产生时开始并存储测量数据。

需要进行自动化生产?

通过 PMX 计算通道可以实时获得各种信号。并可将数值传输到压力控制系统中,例如通过 PX787 输出模块产生 +/- 10 V 压力输出。PX878 输出模块能够进行快速地数字输出,在 1 毫秒内将限位值传输到控制系统中。现代压力控制系统通常都带有可编程逻辑控制器(PLC)。这里,信号通过标准总线传输,其具有两个主要优势。

一方面,只需一根总线电缆,减少了布线费用。另一方面,诊断数据和测量信号都可以通过放大器传输到控制系统中,进行快速的设备监控。PMX 放大器还可以内部存储高达 1000 个参数,可以随时调用。这样可以大大节约配置时间。

智能化服务和维护概念

PMX 具有多种诊断和维护控制机制。首先,所有的传感器信号和内部设备被永久性检查。这可以直接探知有缺陷的传感器,断裂的电缆和其他损坏的部件。限位值设定和容差带宽可以在损坏之前预测到偏差趋势。多种同步模拟输出能够让现场工程师确定所测量的信号是否是所需的。

并且 PMX 提供多种智能维护机制。除了通过内部的 web 服务器进行设备的参数化和可视化以外,还能够通过以太网将数据传输到公司的内部网络中。通过 SNMP 协议,PMX 甚至可以进行远程维护。 三个层次的用户管理功能能够让系统具有更高的安全性。

清晰明了地显示测量值,错误也可以立即显示

现有设备是否可以采用压力控制系统?

一般来说,所有的压机都可以采用 HBM 的压力监控系统。因为其不仅可以提高产量并且可以延长服务寿命。 HBM 可以提供现场安装和调试服务,包括应变和压力传感器安装(采用有限元分析来确定安装位置),电气连接,总线配置等,以及进行测量链的标定等,并提供指导。

结论

基于测量技术的监控系统能够提供更高精度和带宽的压力测量。高精度压力测量时其中的关键 - 包括直接使用力传感器已经通过应变传感器进行分力测量。

现代测量放大器能够更方便,容易地进行压力控制,包括采用现代总线系统。HBM 提供从传感器到仪表的完整解决方案。

作者:
Michael Guckes / Thomas Kleckers

采用传统放大器进行过程监控, 测量的不准确型带来更高的不良率
采用 PMX 提高生产效率, 更精确的测量结果带来更高的产量

HBM 应变传感器

工业放大器 PMX

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