在实践中,扭矩传感器 输入和输出量 之间的关系 不是完全的线性关系。因为对应测量信号的输出量需要解释传感器信号,而传感器的 特性曲线 是需要拟合曲线来近似。

原则上有 两种方法 用来确定传感器的特性曲线。一方面,标定 的结果符合 DAkkS (德意志联邦的国家认可机构) 规定。另一方面,在动力系中,需要采用杠杆静重式设备或参考扭矩传感器进行 在线标定。这样,测量点能够使测量链的两个部件, 也就是扭矩传感器和 TIM-EC EtherCAT 接口模块能够完美匹配。

特性曲线的拟合

有很多方法可用于近似的特性曲线。经常采用的是 高斯最小二乘法。特性曲线函数是通过数据点,也就是测试的给定值和实际值来分析和确定的。这是德国 DIN51309 或 VDI/2646 标准给出的首选方法。因为我们寻找的功能是一条直线,一种线性回归拟合方法。 

图 1: 通过给定值确定线性回归线的案例

特性曲线无法精确地通过数据点,不是完全线性的。但是通过线性函数,扭矩传感器的特性曲线可以被描述,从而做到线性化。

y = f(x) = m•x+b

未知的斜度系数 可以通过标定的多个测量点 (xk, yk) 来确定。

图 1 显示来自最佳拟合线 y = f(x) = m•x+b测量点距离 Pk = (xk, yk) 可以表示如下:

高斯最小二乘法用来最大限度地减少偏差的平方sk 的测量值 (xk, yk))的总和 [1].

这可以通过 计算考虑带有系数的偏导数来完成。 

 

系数 m 和最佳拟合线的斜率可以按以下方程式计算:

 

TIM-EC EtherCAT 接口模块

 

TIM-EC 可以使用上述的高斯最小二乘法来拟合特性曲线。最多可允许11个数据点输入进行线性化。给定值和实际值 可以通过杠杆净重式设备或参考扭矩传感器进行静态测量,现场校准。并且,符合德国 DIN51309 或 VDI/VDE 2646 标准的的标定结果以及线性化函数 y = f(x) 可以直接传递给标定证书和 Web 接口

通过大量的标定点,降低了潜在的数据传递错误扭矩传感器序列号 确保了扭矩传感器使用和标定的相关性。当传感器被替换时,序列号自动轮询并和存储的条目进行有效校准。如果序列号和存储的特性曲线无法匹配存储的序列号,当前存储的序列号自动停用并发出警告信息。

通过相连的 Web 服务器的红绿灯功能,信息一目了然 ,见图 3。另外,EtherCAT 自动化系统的错误标志可以进一步分析。

图 2: 数据点近似 / 采用 TIM-EC 线性化
图 3: TIM-EC 错误代码处理

结论

TIM-EC 接口模块具有极高的性能,动态性能 ≤ 20 kHz,输入分辨率最高达25 bit。内置特性曲线线性化数据点近似功能完整的测量链更完美匹配  - 包括扭矩传感器和接口模块。全面的诊断功能 (Web server, EtherCAT) 允许用户随时获得测量链的整体状态信息。 

EtherCAT 和扭矩测量

了解详情

联系我们 如果您希望与HBM联系,无论是技术问题还是希望进行商务合作或者是产品咨询,我们都将为您服务