采用 HBM 力传感器提高精度

通过对多个细节的升级,HBM 大幅提高了 U10M 力传感器 的精度。 U10M 一直是高精度传感器的代表,并且极为坚固 - 多款型号的保护等级高达 IP69.并且对弯矩不敏感。由于采用模块化系统,其可以采用以多种方式配置。现在,包括线性,滞后和可逆性误差,这些影响传感器精度的特性都进行了优化。能够为客户带来更可靠的测量数据,更低的不确定性,降低生产成本,提高成品率。

力传感器的测量误差分析

采用力传感器进行测量时,误差可以被分为两组:一类是输出信号误差,其和加载的力无关,一类是是与加载的力成正比。

温度对零点的影响是和负载无关的误差:测试误差误差是一个特定的值,其和测量的值无关。如果这个误差和输出信号相比,可以看出,TC0 的影响是非常明显的,尤其是只使用额定量程的很小一部分时。其绝对值是相同的,但是如果只是加载很小比例的力的时候会非常明显。除了 TC0,线性误差也和终端值有关。

和实际值有关的误差(实际值依赖误差)是和实际的信号相关的,其包括:灵敏度的温度依赖性(TCS),抗蠕变和校准公差。

误差计算

误差的计算是按照以下原理来进行的:

  • 每个 独立误差 需要基于制造商技术信息来进行计算。(TC0, 线性误差, 滞后等)。无论这些参数涉及满量程或是测量值,工艺参数也需要考虑。
  • 误差必须被分配一个统计因子。因为每一步只会降低测量的不确定性。这样可省去评估。
  • 所有独立的误差必须平方相加,然后用总平方根来进行计算
  • 结果必须被分配一个因子,这个因子为测量不确定性的可能性

如以上解释,满刻度值有关的影响量尤其重要。当然还需要关注最大的单独误差。最大的测量误差影响被优化时非常有意义的。

哪些参数被优化?

以下为 U10M的优化列表

相对重复性误差

相对重复性误差是描述传感器重复性精度。也就是相同负载下测量结果的重复性能。这个值越低,在实际中,越能获得可靠的测量结果。

线性误差

线性误差描述的是传感器预期理想的均匀的特性曲线的偏差。线性误差越低,力和标定点之间的误差越低。

相对可逆性误差(滞后)

如果传感器被加载额定力,然后加载被移除,你能够注意到两次测试之间的微小确保,这就是力传感器的相对可逆性误差(滞后)。在动态测量,尤其是大力值情况下,滞后会带来非常大的影响。

蠕变

由于力传感器弹性后效性(弹性体和应变片),因此蠕变对力输出的影响非常小。但是如果需要进行长期监控,低的蠕变值就变得非常重要。

温度对零点信号的影响(TC0)

TC0 是非常重要的技术参数,大部分情况下是最重要的。也就是当温度变化时,零点的输出信号会增加一个幅度。TC0 对于测量非常小的力的影响非常显著,因为其和加载的力大小无关。

U10M 在那些方面进行了优化?

所有描述的误差都在测试台上进行:

在未修改安装位置的重复性误差(测量值的%)

蠕变(测量值的%)

线性(满量程的%)

 

蠕变(满量程的%)


 

150ppm 10K 的 TCO 已经非常优秀了,并且在很多应用中,能够进行提高。可以通过勾选 "200% 标定"来完成。这意味这 U10M 力传感器以双倍额定力进行标定。这样你可以获得双倍的输出值。这样,将 TCO 降低到 75 ppm 10K 是非常可能的。

但是两点是要牢记在心的:

  • 放大器的输入范围必须合适。对于满量程力标定必须采用 5mV/V。如果较小的力被测量,可以以线性方式相应地降尺度。
  • 允许的振荡带宽较低 - 也就是动态测量中,峰峰值必须和标定力精确匹配。

应用的优势

在进行力测量时,精度等级需要预先设定。但是力测量的精度不仅仅依赖传感器,还包括测量的力 - 当力较小时,测量不确定性会上升。

现代测量技术的优势在实践中的优势:

  • 更宽的测量范围:更高精度的传感器能够测量更小的力(部分量程测量)
  • 传感器的使用寿命变长,也包括也就是在精度不变的情况下,对外界环境不敏感。
  • 减少传感器的使用量。通常,量程越低,精度越高,但会带来过载的风险。可以选择大量程高精度传感器,在完成精度要求的同时,可满足多种应用需求
  • 避免浪费:传感器的精度的提高,带来更小的零部件容差。容差范围的减小,会让产品评估更准确可靠,被错误判定的数量也将大幅减少,从而避免生产浪费。

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