如何正确调整力测量电子设备,以完美匹配力传感器?

力传感器与称重传感器一个重要区别在于:当称重传感器在安装前需要进行校准,而力传感器在出厂前已经经过校准,并将结果记录在随附文件中。

因此,为了使力传感器能保持在工厂校准期间确定的灵敏度。为此,必须正确安装力传感器。并且在力传感器的调试过程中,正确调整测量放大器也是非常重要的一步。通过这一步所谓的调整过程,可确保测量放大器或软件能正确解释力传感器的输出信号,以便获得正确的测量值。

力传感器的特性曲线

生产过程中的校准测量结果记录在文件中,并随力传感器一起提供,其规定了所谓的额定输出(符号C),单位为mV/V。

什么是额定输出 (C)?

基于应变的力传感器是一种由测量放大器提供电压的无源传感器。额定输出规定了当放大器的传感器电源电压正好为1 V,且作用力从零变为传感器额定量程时,输出信号 mV 的变化幅度。

测量放大器并不总是为传感器提供1V电压;在实践中经常使用 2.5V 或 5V 的激励电压。在这些情况下,输出信号将相应地增加。额定输出为2 mV/V的传感器在5 V下工作时,可输出电压为10 mV,而 2.5 V 时则输出 5mV 的输出电压。

在实际测量之前,需要对零点进行校准,也就是没有施加负载前,放大器显示值为 0 mV/V。测试和校准证书中力的零点总是对应 0 mV/V。然后逐步增加负载到额定量程,并测量输出信号。额定输出值为力零点到额定力输出信号的差值。

Example

图2 所示为 C15/50kN 的试验报告。该力传感器的额定量程为 50 kN。测量额定输出之前测量链处在零点平衡状态下;即如果不施加力,输出信号为 0 mV/V。

在额定力下,即 50 kN,传感器向测量放大器的输出 4.1399 mV/V。

激励电压通常大于1V — 通常为2.5V、5V 或 10V。当施加额定力(50 kN)且励磁电压为 5V 时,我们示例中的C15将提供20.6695 mV 的输出电压。

力传感器的特性曲线不是一条完全的直线,与理想直线有一定的偏差。各种放大器和软件解决方案(如 HBK  QuantumX 或 PMX 系统)可对这种线性误差进行校正。

调整测量放大器

在测试期间或在生产环境中使用两点校准已成为公认的标准。输入因设备而异;但是,始终输入以下信息:

0 N  对应0 mV/V
额定力  对应额定输出 C 单位 mV/V


在上述示例中,可以在测试记录中找到以下值:

0 N  对应0 mV/V
50 kN  对应4.1399 mV/V

 

电压比,即试验记录或校准证书中的1 V标准化过程,对调整提供了很大便利。

有源力传感器的特性曲线设置

配有放大器模块的力传感器同样需要在工厂进行校准。与无源传感器一样,特性曲线也记录在随附文件中。

在HBK,此类测量链是作为一个整体进行校准的,即记录施加的力与电压或电流输出信号之间的关系。这种方法的优点是测量放大器已经调整。是对整个测量链进行校准而不是对单个组件进行校准,可以简化设置并提高精度。

如上所述,两点校准是针对整个力测量链的,并不一定可以用于下游数据采集系统和可编程逻辑控制器。

因此,HBK提供了几种类型的额定输出值,用于下游设备参数调整:

1. 两点校准,整数值的力

下表显示了使用整数值进行力传感器生产校准。本规范同时适用于有源和无源力传感器。

2. 两点校准,整数值(电流或电压)输出信号

该表描述了与表1相同的特性;但是,给出了整数值输出信号;因此,力值不再是整数。

3. 以梯度形式灵敏度(压电技术中常见方式)

例如,当力变化+1 N时,输出信号的变化量,单位为伏特(或毫安)。当从压电测量系统切换到应变系统或下游设备不允许使用两点校准时,此信息尤其有用。

当然,你也会得到额定输出,也就是在力为0时与额定力之间输出信号的差值。与使用表1还是表2计算无关。这两个表描述了相同的特性曲线。

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