压电传感器: 哪种适合您的应用?

压电力传感器与基于应变的传感器具有明显不同的特性。

压电力传感器 由压电晶体切片构成,受到压向力时产生电荷。通常,两个切片之间插入电极,它吸收所产生的电荷,周围的外壳也用作电极。压电传感器的晶体和壳体的表面质量要求非常高,并且对力传感器的测量质量(线性度,响应特性)至关重要。

是否使用基于应变或压电力传感器取决于应用。以下应用中,压电传感器是优先选择的:

  • 传感器安装空间有限
  • 初始负荷高的小力测量
  • 测量范围宽
  • 非常高的温度下测量
  • 极端的过载稳定性
  • 高动态

在下文中,我们将详细介绍其典型的应用领域,并为您提供传感器的选项指南。

Thomas Kleckers, HBM

In this article, Thomas Kleckers, Product Manager Force Sensors at HBM, explains how to select the right piezoelectric sensor for your application.

压电传感器的应用领域:

1. 传感器安装空间有限

压电力传感器结构非常紧凑 - 例如 CLP 系列 高度仅 3 到 5 mm (依据量程)。 因此,这种传感器非常适合与现有结构集成。传感器带有一个集成的电缆,因为它们不能容纳插头,因此结构高度非常低。传感器带有所有螺纹尺寸,从M3到M14。结构高度低要求传感器表面上的力尽可能均匀地分布。

icon initial load

2. 初始负荷高的小力测量

当施加力时,压电传感器产生电荷。然而,传感器受到超出实际测量的力,例如在安装期间。所产生的电荷可能短路,将电荷放大器输入端的信号设置为零。这样就可以根据要测量的实际力来调节测量范围。因此,即使初始负载与被测量的力相差很大,也能保证高测量分辨率。CMD600 等高端电荷放大器可以实时连续地调节测量范围,从而支持这些应用。

icon wide measurement range

3. 测量范围宽

压电传感器在多阶段中也具有优势。首先,初始施加较大的力时。相应调整压电测量链。第二阶段涉及力的跟踪,即小力变化测量。受益于压电传感器的特殊功能,包括物理消除电荷放大器输入端的信号。电荷放大器输入可以再次设置为零,并调整测量范围以确保高分辨率。

icon high temperature

4. 极高温

一些应用需要在非常高的温度下测量力。在这些应用中,基于应变的力传感器达到了其物理极限。然而,CHW 系列, 压电力垫圈的工作温度可高达300摄氏度。

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5. 极高过载稳定性

除了少数例外,所有压电传感器具有相同的灵敏度。这又意味着在给定力下具有20kN量程的力传感器与700kN量程的传感器的输出信号相同。因此,在分辨率和精度方面,使用两个传感器中的哪一个是无关紧要的。测量链可以设置为最大力值,但能够测量非常小的力。

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6. 高动态

压电传感器具有非常小的位移并提供相应的高刚度 - 这使它们成为用于动态应用的理想选择。然而,整个测量链对动态特性有影响。还需要考虑附件的刚度。压电测量链通常非常适合于小力值的高度动态测量。 基于应变的力传感器 是大力值动态测量的第一选择

哪种传感器是正确的选择?

如果上述方面之一适用于您的应用,则需要使用压电传感器进行力测量。但是哪个传感器是正确的?以下是典型用途选择指南。


“压电式力学垫圈广泛应用。 我可以在我的应用程序中使用这样的传感器吗?”

大多数用户喜欢压电力垫圈,这样可以与测量对象或机械地集成在一起,而不必进行重大的机械改变。 然而,这些传感器总是需要通过预应力安装,即使用螺钉或预应力组施加的初始载荷,以防止损坏并确保足够的弯矩稳定性。 此外,需要校准,因为传感器安装对于测量点的灵敏度也是决定性的。 这意味着,安装后,测量点的灵敏度需要通过校准来确定,以确保高质量的结果。


“我无法进行校准,但是,我希望使用压电传感器。”

我们推荐: CFT 力传感器

已经施加过预应力和校准的传感器可用于此类应用,CFT力传感器可立即进行测量。交付时包括指定敏感度的测试记录。


“我想要一个易于集成的传感器;然而,我的应用程序需要一个插头连接,我需要施加非常大的力”

我们的提示: CFW 系列紧凑型垫圈

CFW 力垫圈具有较高的高度,CFW / 700 KN 具有最大尺寸,内径为36 mm。受到不利的安装条件的影响较小。CFW 力垫圈带有插头连接,非常灵活。可以连接不同的电缆,适用于恶劣环境!


“我需要在非常高的温度下进行测量“

我们推荐: PACEline CHW 系列力垫圈

CHW系列力垫圈设计用于极高温度下使用。 CHW-2型号工作温度高达200摄氏度,CHW-3 工作温度高达300摄氏度。这些力垫圈需要进行校准。它们的低温灵敏度允许在室温下进行校准。


“空间是我应用的一个制约因素,安装高度是决定性的因素."

我们推荐: CLP 微型力垫圈

CLP 系列非常适合此类应用,传感器的结构高度只有3到5毫米,这取决于力垫圈的量程。此外,传感器集成电缆,并适用于所有螺纹尺寸,从M3到M14。结构高度低要求传感器表面上的力尽可能均匀分布。


“无法容纳一个力垫圈,而 CFT 或基于应变的传感器也需要太多的空间。”

正确的选择: CST 压电应变传感器

CST系列的应变传感器非常小,只需一个螺钉安装,能够记录非常小的应变,转换为对应比例地信号。通过标定,CST/300 能够用于测量压力,用于电缆生产设备,压机和铆接设备等。CST应变传感器具有非常高的灵敏度,结实可靠。测量精度依赖于传感器材料。

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