Begriffe zur Spezifikation von Drehmomentaufnehmern

Genauigkeitsklasse

Die Genauigkeitsklasse eines HBM-Drehmomentaufnehmers besagt, dass die größte derjenigen Einzelabweichungen, die in Prozent angegeben sind, kleiner oder gleich dem als Genauigkeitsklasse angegebenen Wert ist. Dabei wird die Kennwerttoleranz nicht einbezogen. Die Genauigkeitsklasse umfasst folgende messtechnische Eigenschaften, die unten noch separat erläutert sind:

  • Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese (dlh)
  • Relative Standardabweichung der Wiederholbarkeit (σrel)
  • Temperatureinfluss (bezogen auf 10 K) auf das Nullsignal (TK0)
  • Temperatureinfluss (bezogen auf 10 K) auf den Kennwert (TKc)

Bei Aufnehmern mit mehreren elektrischen Ausgängen (Frequenz- und Spannungsausgang) ist zur Bestimmung der Genauigkeitsklasse der Ausgang mit der höheren Genauigkeit ausschlaggebend. Die Genauigkeitsklasse darf nicht mit einer Einstufung in eine Klasse nach DIN 51309 oder EA-10/14 verwechselt werden.

Genauigkeitsklasse oder Gesamtgenauigkeit?

Für die Praxis gibt die Genauigkeitsklasse einen Anhaltspunkt für die Eingruppierung der jeweiligen Typenreihe innerhalb des HBM-Programms. Sie ist nicht mit der Gesamtgenauigkeit im praktischen Einsatz zu verwechseln, bei dem die verschiedenen Einzeleinflüsse gleichzeitig wirken.

Beispiel:

Betrachtet wird der Drehmoment-Messflansch T10F einerseits in Ausführung mit Option "S" (Standardausführung) und andererseits in Ausführung mit Option "G" (d.h. verringerte Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese) jeweils für die Messbereiche 100 N·m bis 10 kN·m.

Bei der Ausführung "S" sind die im Datenblatt angegebenen Höchstgrenzen für den Temperatureinfluss auf das Nullsignal (TK0) 0,05 %, für den Temperatureinfluss auf den Kennwert (TKC) 0,1 % und für die Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese (dlh) ±0,1 %. Wegen der beiden Letztgenannten wird die Genauigkeitsklasse hier mit 0,1 angegeben. Bei der Ausführung "G" ist hingegen die Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese (dlh) verbessert und beträgt nur 0,05 %.

Da aber der Temperatureinfluss auf den Kennwert (TKC) weiterhin 0,1 % beträgt, ist nun dieser die größte prozentual angegebene Einzelabweichung und die Genauigkeitsklasse beträgt auch für die Ausführung "G" 0,1.

Es scheint also, als ob die Ausführung "G" keinen erhöhten Nutzen biete. Jedoch weist sie den relativ größten Einfluss nur bezüglich einer einzigen Kenngröße, dem TKC, auf. Diese stellt als einzige aus der Gruppe der die Genauigkeitsklasse bestimmenden Kenngrößen ein Istwert-bezogenes Maß für Abweichungen dar, so dass sie etwa bei Messungen im Teillastbereich weit geringeren Einfluss hat.


Kennwert C

Die Spanne zwischen den Werten des Ausgangssignals bei Nenndrehmoment und bei Drehmoment null. Bei HBM-Drehmomentaufnehmern werden gewöhnlich zwei separate Kennwerte für Rechts- und Linksdrehmoment angegeben.

Bild 1: Kennwert und Nenndrehmoment

Der Kennwert C charakterisiert die Geradensteigung der Kennlinie. Als Kennlinie wird dabei die Verbindungsgerade zwischen dem Ausgangssignal SM0 in Einbaustellung vor Belastung (Vordrehmomentsignal) und dem Ausgangssignal SM0 bei Nenndrehmoment zugrunde gelegt, die bei zunehmender Drehmomentbelastung bestimmt sind. Damit kommt man zu der einfachen Berechnungsformel

C = Sn − SM0

Der Kennwert bildet gemeinsam mit dem Nenndrehmoment ein bekanntes Wertepaar aus Drehmoment und zugehöriger Spanne des Ausgangssignals. Sind zwei solchen Wertepaare gegeben, kann damit die Einstellung des Messverstärkers vorgenommen werden. Als zweites Wertepaar wird in der Regel das Paar Drehmoment null - Ausgangssignalspanne null (Ausgangsignal = Vordrehmomentsignal) verwendet.

Nennkennwert

Der den Aufnehmer kennzeichnende Nennwert für den Kennwert. Der Nennkennwert ist für Rechts- und Linksdrehmoment normalerweise gleich.

Der Nennkennwert ist ein Typ und Messbereich des jeweiligen Aufnehmers charakteristischer Wert. Der Kennwert des Individuums entspricht diesem nur innerhalb gewisser Toleranzen.

Kennwerttoleranz

Die zulässige Abweichung zwischen tatsächlichem Kennwert und Nennkennwert. Sie wird prozentual bezogen auf den Nennkennwert.

Bei Drehmomentaufnehmern von HBM wird der Kennwert vor Auslieferung gemessen und im Prüfprotokoll oder Kalibrierschein eingetragen. Aus diesem Grund wird die Kennwerttoleranz bei der Bestimmung der Genauigkeitsklasse nicht einbezogen.


Temperatureinfluss auf den Kennwert

Der Temperatureinfluss auf den Kennwert ist die Änderung des tatsächlichen Ausgangssignals infolge einer Temperaturänderung von 10 K, ermittelt bei Nenndrehmoment und bezogen auf den Kennwert. Es wird der maximale Betrag im Nenntemperaturbereich angegeben.

Der Temperatureinfluss auf den Kennwert (auch: Temperaturkoeffizient des Kennwerts) ist ein Maß für den Temperatureinfluss auf das Ausgangssignal bei belastetem Aufnehmer. Das Ausgangssignal ist hierbei zu bereinigen um das Vordrehmomentsignal bei jeweils gleicher Temperatur. Dabei sollen jeweils stationäre Temperaturzustände herrschen.

Dabei ist die ausschlaggebende Temperatur stets die Temperatur des Aufnehmers selbst. Ein stationärer Temperaturzustand ist bei HBM dadurch definiert, dass die Temperatur sich innerhalb von 15 Minuten um nicht mehr als 0,1 K verändert. Die Abweichung wirkt prozentual auf die tatsächliche Ausgangssignalspanne bei der jeweiligen Drehmomentbelastung (bei Belastung mit Nenndrehmoment entspricht diese dem Kennwert).

Der Temperatureinfluss auf den Kennwert bewirkt eine Änderung der Steigung der Kennlinie (siehe Bild 2). Er ist von Bedeutung, wenn ein Aufnehmer weit von der Referenztemperatur betrieben wird. Im Teillastbereich zeigt er jedoch nur wenig Einfluss, da die von ihm verursachte prozentuale Abweichung stets auf den Istwert bezogen ist.

Man beachte, dass sich generell der Temperatureinfluss auf den Kennwert und der Temperatureinfluss auf den Nullpunkt (TK0) überlagern.

Beispiel:

Bei einem Drehmomentaufnehmer mit Nenndrehmoment 1 kN·m sei der Temperatureinfluss auf den Kennwert mit TKC ≤ 0,1 % angegeben. Die Referenztemperatur sei mit 23 °C und der Nenntemperaturbereich mit +10 °C bis +60 °C angegeben.

Wird der Aufnehmer nun bei einer Temperatur von 33 °C (oder auch 13 °C) betrieben, so kann die Abweichung des Kennwerts infolge der Temperaturänderung bis zu 0,1 % betragen.

Das entspricht bei Drehmoment 1 kN·m (Nenndrehmoment) einer Abweichung im Anzeigewert von 1 N·m, bei einem Drehmoment von 200 N·m hingegen nur 0,2 N·m, denn der TKC wirkt stets als prozentuale Abweichung bezogen auf die tatsächliche Ausgangssignalspanne. Das ist dadurch begründet, dass der Kennwert als Maß für die Geradensteigung zu verstehen ist. Wird der gleiche Aufnehmer bei 43 °C betrieben (20 K Abweichung von der Nenntemperatur), so kann das im ungünstigsten Fall eine Abweichung von bis zu 0,2 % bewirken. Für die Ausgangssignaländerung bei einem Einsatz bei 3 °C lässt sich dieser Grenzwert nicht übernehmen, denn diese Temperatur liegt außerhalb des hier geltenden Nenntemperaturbereichs.

Temperatureinfluss auf das Nullsignal

Der Temperatureinfluss auf das Nullsignal ist die auf den Nennkennwert bezogene Änderung des Ausgangssignals des unbelasteten Aufnehmers infolge einer Temperaturänderung von 10 K. Es wird der maximale Betrag im Nenntemperaturbereich angegeben.

Der Temperatureinfluss auf das Nullsignal (auch: Temperaturkoeffizient des Nullsignals) wird bestimmt, indem man die Änderung des tatsächlichen Ausgangssignals des unbelasteten Aufnehmers ermittelt, die sich infolge einer Temperaturänderung um 10 K ergibt, nachdem sich ein neuer stationärer Temperaturzustand eingestellt hat. Dabei ist die ausschlaggebende Temperatur stets die Temperatur des Aufnehmers selbst. Ein stationärer Temperaturzustand ist bei HBM dadurch definiert, dass die Temperatur sich innerhalb von 15 Minuten um nicht mehr als 0,1 K verändert.


Bild 2: Temperatureinfluss auf den Kennwert TKC und auf den Nullpunkt TK0.

Der Temperatureinfluss auf das Nullsignal bewirkt eine Parallelverschiebung der Kennlinie (siehe Bild 2). Er ist besonders wichtig, wenn ein Aufnehmer weit von der Referenztemperatur betrieben wird. Wird für einen Aufnehmer bei Betriebstemperatur ein Tarieren oder Nullabgleich vorgenommen, kann der Messfehler infolge des Temperatureinflusses auf das Nullsignal eliminiert werden.

Man beachte, dass sich generell der Temperatureinfluss auf den Nullpunkt und der Temperatureinfluss auf den Kennwert (TKC) überlagern.

Beispiel:

Bei einem Drehmomentaufnehmer mit Nenndrehmoment 1 kN·m sei der Temperatureinfluss auf den Kennwert mit TKC ≤ 0,1 % angegeben. Die Referenztemperatur sei mit 23 °C und der Nenntemperaturbereich mit +10 °C bis +60 °C angegeben.

Wird der Aufnehmer nun bei einer Temperatur von 33 °C (oder auch 13 °C) betrieben, so kann die Abweichung des Kennwerts infolge der Temperaturänderung bis zu 0,1 % betragen.

Das entspricht bei Drehmoment 1 kN·m (Nenndrehmoment) einer Abweichung im Anzeigewert von 1 N·m, bei einem Drehmoment von 200 N#183;m hingegen nur 0,2 N·m, denn der TKC wirkt stets als prozentuale Abweichung bezogen auf die tatsächliche Ausgangssignalspanne. Das ist dadurch begründet, dass der Kennwert als Maß für die Geradensteigung zu verstehen ist. Wird der gleiche Aufnehmer bei 43 °C betrieben (20 K Abweichung von der Nenntemperatur), so kann das im ungünstigsten Fall eine Abweichung von bis zu 0,2 % bewirken. Für die Ausgangssignaländerung bei einem Einsatz bei 3 °C lässt sich dieser Grenzwert nicht übernehmen, denn diese Temperatur liegt außerhalb des hier geltenden Nenntemperaturbereichs.


Linearitätsabweichung

Maximaler Betrag der Abweichung einer bei zunehmender Belastung ermittelten Kennlinie des Drehmomentaufnehmers von der Bezugsgeraden, die die Kennlinie als Gerade annähert. Der angegebene Wert ist auf den Kennwert C bezogen.

Zur Bestimmung der Linearitätsabweichung wird eine Messreihe bei von null auf das Nenndrehmoment ansteigender Drehmomentbelastung aufgenommen. Die Bezugsgerade ist die bestpassende Gerade, die so durch den Ausgangspunkt gelegt wird, dass die maximale Abweichung vom Messsignal nach oben und nach unten betragsmäßig gleich sind (siehe Bild 3). Die angegebene Linearitätsabweichung ist die maximale Abweichung des tatsächlichen Ausgangssignals von der Bezugsgeraden. Sie kann somit auch als die halbe Bereite des symmetrisch um die gerade liegenden Toleranzbands interpretiert werden.

Die Linearitätsabweichung ist bedeutsam, weil beim üblichen Abgleich der Messkette vorausgesetzt wird, dass die Kennlinie die Form einer Geraden hat. Ihr Einfluss ist am größten, wenn ein Aufnehmer einem sehr weiten Bereich von Belastungen ausgesetzt ist, im Extremfall von Drehmoment null bis zum Nenndrehmoment.

Bild 3: Bestimmen der Linearitätsabweichung

Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese

Die Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese gibt den Betrag der maximalen Abweichung des Ausgangssignals von der Bezugsgeraden an. Die Bezugsgerade ist die bestpassende Gerade durch den Ausgangspunkt (siehe Bild 5). Dabei sind sowohl die Linearitätsabweichung als auch die Hysterese einbezogen. Der angegebene Wert ist auf den Kennwert C bezogen.

Bild 5: Bestimmen der relativen Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese dlh aus Belastungs-Entlastungs-Zyklus

Der Belastungszyklus zur Bestimmung der Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese setzt sich zusammen aus dem Belasten des Aufnehmers von null bis zum Nenndrehmoment und dem anschließendem Entlasten bis zum Drehmoment null (siehe Bild 5). Die Bezugsgerade ist die bestpassende Gerade, die so durch den Ausgangspunkt gelegt wird, dass die maximale Abweichung vom Messsignal nach oben und nach unten betragsmäßig gleich sind.

Die Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese kann somit auch als die halbe Breite des symmetrisch um die Bezugsgerade gelegten Toleranzbands interpretiert werden (siehe Bild 5). Der Unterschied zur Linearitätsabweichung dlin besteht lediglich darin, dass hier – sowohl zur Bestimmung der Bezugsgeraden als auch für die Abweichungen von dieser – ein Messzyklus herangezogen wird, der auch die Abwärtsreihe einschließt.

Die Bestimmung erfolgt bei HBM nach folgendem Ablauf:

  • Vorbelasten des Aufnehmers mit Linksdrehmoment in drei Lastzyklen von null auf 100 % des Nenndrehmoments und wieder auf null. Dieses dient dazu, Einflüsse wie das Setzen der Schrauben und das Einebnen von Oberflächen nach der Montage vorweg zu nehmen.
  • Ein Belastungszyklus mit Linksdrehmoment mit Aufnahme der jeweiligen Werte des Messsignals bei festgelegten Punkten des Belastungszyklus (bei der Prüfung in laufender Fertigung von HBM sind dies beispielsweise 0 %, 50 %, 100 %, 50 % und 0 % von Mnom)
  • Vorbelasten des Aufnehmers mit Rechtsdrehmoment in drei Lastzyklen von null auf 100 % des Nenndrehmoments und wieder auf null
  • Ein Belastungszyklus mit Rechtsdrehmoment mit Aufnahme der jeweiligen Werte des Messsignals bei den festgelegten Punkten des Belastungszyklus
  • Berechnung der bestpassenden Geraden nach der oben angegebenen Definition separat für Rechts- und Linksdrehmoment
  • Bestimmung des Betrags der größten Abweichung von der bestpassenden Geraden separat für Rechts- und Linksdrehmoment

Die Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese ist bedeutsam, da beim üblichen Abgleich der Messkette vorausgesetzt wird, dass die Kennlinie die Form einer Geraden hat. Ihr Einfluss ist am größten, wenn ein Aufnehmer Belastungen in einem sehr weiten Bereich ausgesetzt ist und zwischen dem Aufnehmen zweier relevanter Messwerte keine Entlastung erfolgt. Den Extremfall stellt der Einsatz von Drehmoment null bis zum Nenndrehmoment dar.

Beispiel:

Bei einem Drehmoment-Messflansch T10FS sei die maximal zulässige Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese für den Frequenzausgang mit dlh ≤ 0,05 % angegeben, der Nennkennwert betrage 5 kHz. Wird die Messketteoptimal abgeglichen, so kann der durch Linearitätsabweichung und Hysterese verursachte Fehler im Ausgangssignal maximal 2,5 Hz betragen.


Relative Umkehrspanne

Die Umkehrspanne ist die Differenz der Ausgangssignale bei Messung des gleichen Drehmoments bei steigender und fallender Belastung (siehe Bild 4). Angegeben wird der betragsmäßig größte Wert im Messbereich, prozentual auf den Kennwert C bezogen.

Die relative Umkehrspanne ist ein Maß für die Hysterese, also den Unterschied zwischen der Kennlinie bei steigendem und der bei fallendem Belastungsdrehmoment. Zur Bestimmung der relativen Umkehrspanne wird ein Belastungszyklus vom Drehmoment null bis zum Nenndrehmoment und dann zurück auf null durchfahren. Zur praktischen Auswertung werden dann bestimmte, für die jeweilige Prüfung allgemein festgelegte Punkte des Zyklus herangezogen (0 %, 50 %, 100 % von Mnom).

Hysterese beschreibt die Abhängigkeit des Messsignals von der Belastungsgeschichte des Aufnehmers. Sie ist besonders wichtig, wenn ein Aufnehmer Belastungen in einem sehr weiten Bereich ausgesetzt ist und zwischen dem Aufnehmen zweier relevanter Messwerte keine Entlastung erfolgt. Den Extremfall stellt der Einsatz von Drehmoment null bis zum Nenndrehmoment dar. Im Teillastzyklus ist die Hysterese generell deutlich kleiner als bei Be- und Entlastung über den gesamten Nenndrehmomentbereich.

Bild 4: Bestimmen der relativen Umkehrspanne dhy aus Belastungs-Entlastungs Zyklus, (hier bei Zugrundelegen der Belastungsstufen 0 %, 50 %, 100 % Mnom). Der anzugebende Wert ergibt sich als Maximum der Umkehrspannen an den vorgegebenen Belastungsstufen (hier dhy,0 und dhy,50)


Relative Standardabweichung der Wiederholbarkeit

Unter Wiederholbarkeit versteht man die Eigenschaft, dass das Ausgangssignal bei mehrfachen Messungen des gleichen Drehmoments den gleichen Wert hat. Dabei bleibt die Einbaustellung des Drehmomentaufnehmersunverändert und der Drehmomentaufnehmer wird nicht zwischenzeitlich aus- und wieder eingebaut (Wiederholbedingungen). Die Standardabweichung bezeichnet die mittlere Abweichung zwischen mehreren Messungen unter solchen Bedingungen.

Die relative Standardabweichung der Wiederholbarkeit stellt ein Maß für die Wiederholpräzision nach DIN 1319 dar. Sie ist definiert als Wiederholstandardabweichung nach DIN 1319, bezogen auf die Spanne der Signaländerung. Sie stellt eine statistische Aussage über zufällige Messabweichungen dar. Daher werden diejenigen Bedingungen konstant gehalten, deren Änderungen als Ursache für Änderungen systematischer Messabweichungen in Frage kommen (Wiederholbedingungen nach DIN 1319).

Die Bestimmung der relativen Standardabweichung geschieht als Typprüfung auf einer statischen Kalibrieranlage und wird in folgenden Schritten durchgeführt:

  • Vorbelasten des Drehmomentaufnehmers bis Nenndrehmoment. Aufnahme des Messsignals S1,100% bei Nenndrehmoment
  • Zurücknehmen der Last auf 50 % der Nennlast. Aufnahme des Messsignals S2,50%bei halbem Nenndrehmoment
  • Wechseln zwischen Drehmomentbelastung 50 % und 100 %. Aufnahme der Messsignale Si,50% bzw. Si,100% bis je 10 Messwerte für beide Laststufen vorliegen
  • Bilden der relativen Standardabweichung (nach mathematischer Definition empirische Standardabweichung aus einer Stichprobe) für beide Laststufen und Beziehen auf die Ausgangssignalspanne nach den Formeln:

mit der Zahl n=10 der Messungen für das jeweilige Lastdrehmoment (50 % bzw. 100 %) und dem arithmetischen Mittelwert der Messsignale nach

 

  • In den technischen Daten angegeben ist der größere -und somit der schlechtere- der beiden Werte σrel,50% und σrel,100% .

Beispiel:

Für den Drehmomentmessflansch T10F von HBM wird die Standardabweichung der Wiederholbarkeit mit σrel ≤ 0,03 % spezifiziert. Dieser Wert ist bezogen auf die Spanne der Ausgangssignale zwischen den Belastungsdrehmomenten. Beim Nennmessbereich 1 kN·m beispielsweise ist dies entsprechend der oben beschriebenen Prüfbedingungen eine Spanne von 500 N·m, somit beträgt die Wiederholstandardabweichung hier ≤ 0,15 N·m.

Im folgenden Beispiel ist die Wiederholbarkeit (quantitativ spezifiziert durch die Standardabweichung der Wiederholbarkeit σrel) für den Anwender besonders wichtig. Mit einem Prüfstand für Verbrennungsmotoren werden Vergleichsmessungen mit unterschiedlichen Einstellungen der Steuerelektronik des Motors durchgeführt. Dabei wird an der Einbausituation des Drehmomentaufnehmers und den Umwelteinflüssen nichts geändert, die Messreihen werden unter identischen Belastungsbedingungen aufgenommen. Es interessieren dabei mehr die Unterschiede des Drehmoments zwischen den unterschiedlichen Messläufen als die absolute Drehmomentwerte. Der Beitrag des Drehmomentaufnehmers zur Unsicherheit dieser Unterschiede ist durch dessen Wiederholbarkeit gegeben.


Nenndrehzahl

Die Nenndrehzahl stellt die obere Grenze des bei null beginnenden Drehzahlbereichs dar. Sie gilt gleichermaßen für Rechts- und Linksdrehung.

Nenndrehmoment

Das Nenndrehmoment Mnom ist das Drehmoment, bis zu dem die spezifizierten Grenzwerte der Aufnehmereigenschaften eingehalten werden.

Maximales Gebrauchsdrehmoment

Das maximale Gebrauchsdrehmoment ist das Drehmoment, bis zu dem ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Ausgangssignal und Drehmoment besteht. Oberhalb des Nenndrehmoments müssen dabei jedoch die in den Spezifikationen angegebenen Grenzwerte nicht eingehalten werden.

Wurde der Aufnehmer Drehmomenten zwischen Nenndrehmoment und maximalem Gebrauchsdrehmoment ausgesetzt, werden bei Wiederverwendung des Aufnehmers bei Drehmomenten bis zum Nenndrehmoment die in den Spezifikationen angegebenen Grenzwerte wieder eingehalten. Eine geringe Verschiebung des Nullsignals kann auftreten, bedeutet jedoch keine Verletzung der Spezifikationen.

Bis zum maximalen Gebrauchsdrehmoment kann der Drehmomentaufnehmer unter Inkaufnahme ungünstigerer messtechnischer Eigenschaften zum Messen verwendet werden.

Das maximale Gebrauchsdrehmoment kann sich aus elektronischen Grenzen ergeben (Grenze des Aussteuerbereichs der internen Verstärkerelektronik) oder aus mechanischen (z. B. durch einen Überlastanschlag). Bei Aufnehmern ohne interne Elektronik und ohne mechanischen Überlastschutz ist häufig das maximale Gebrauchsdrehmoment mit dem Grenzdrehmoment identisch.

Grenzdrehmoment

Das Grenzdrehmoment ist das Drehmoment, bis zu dem keine bleibenden Veränderungen der messtechnischen Eigenschaften auftreten.

Wurde der Aufnehmer Drehmomenten zwischen Nenndrehmoment und Grenzdrehmoment ausgesetzt, so werden bei Wiederverwendung des Aufnehmers bei Drehmomenten bis zum Nenndrehmoment die in den Spezifikationen angegebenen Grenzwerte wieder eingehalten. Eine geringe Verschiebung des Nullsignals kann auftreten, bedeutet jedoch keine Verletzung der Spezifikationen.

Bei Dauerschwingbelastung treten an die Stelle des Grenzdrehmoments die im Abschnitt zur zulässigen Schwingbreite aufgeführten Grenzen.

Bruchdrehmoment

Das Bruchdrehmoment ist das Drehmoment, oberhalb dessen mit einer mechanischen Zerstörung zu rechnen ist.

Bei Drehmomenten zwischen Grenzdrehmoment und Bruchdrehmoment tritt zwar keine mechanische Zerstörung ein, jedoch ist mit Schädigungen des Aufnehmers zu rechnen, die diesen auf Dauer unbrauchbar machen können.

Bild 6: Belastungsgrenzen


Zulässige Schwingbreite

Die Schwingbreite eines sich sinusförmig ändernden Drehmoments, die der Aufnehmer bei einer Beanspruchung mit 10·106Schwingspielen erträgt, ohne dass dadurch signifikante Veränderungen seiner messtechnischen Eigenschaften bewirkt werden.

Die Amplitude wird als Spitze-Spitze-Wert angegeben, also als Differenz zwischen maximalem und minimalem Drehmoment, siehe auch Bild 7.

In Ergänzung zur zulässigen Schwingbreite muss eine zulässige Obergrenze für das auftretende Drehmoment definiert sein. Diese ist in der Regel gleich dem Nenndrehmoment (jeweils in positiver und negativer Richtung), abweichende Werte sind in den technischen Daten explizit angegeben.

Bild 7: Begriffe zur Schwingbreite

Die Begrifflichkeit ist aus der DIN 50100 übernommen, die sich mit Dauerschwingfestigkeit im Rahmen der Werkstoffprüfung befasst, und wurde von mechanischer Spannung sinngemäß übertragen auf Drehmoment.

Ausschlaggebend für die Dauerfestigkeit ist allein die Zahl der Schwingspiele, die Frequenz ist innerhalb des für mechanische Vorgänge relevanten Frequenzbereichs unerheblich*). Nach DIN 50100 kann bei Näherung davon ausgegangen werden, dass das Bauteil dauerfest ist.

Obergrenze für das Drehmoment beider Schwingbelastung ersetzt explizite Informationen zum Mittelwert der Schwingbelastung. Innerhalb des durch positive und negative Obergrenze definierten Bereichs ist sowohl schwellendes als auch wechselndes Drehmoment zulässig (siehe Bild 7).

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*) siehe hierzu: H.-J. Bargel, G. Schulze: Werkstoffkunde, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1988


Grenzlängskraft

Die Grenzlängskraft ist die maximal zulässige Längskraft (Axialkraft), Fa in Bild 8. Bei Überschreiten der Grenzlängskraft kann der Aufnehmer in seiner Messfähigkeit bleibend geschädigt werden.

Bei HBM-Drehmomentaufnehmern stellt die Grenzlängskraft eine Obergrenze des Gebrauchsbereichs dar, der Drehmomentaufnehmer kann bei Längskräften bis zur Grenzlängskraft zum Messen verwendet werden. Dabei kann es jedoch zu einer Beeinflussung des Messsignals kommen. Die Obergrenze für diese Beeinflussung ist in den technischen Daten separat ausgewiesen.

Die zulässige Längskraft reduziert sich gegenüber der angegebenen Grenzlängskraft, wenn gleichzeitig eine andere irreguläre Beanspruchung (Biegemoment, Querkraft, Überschreiten des Nenndrehmoments) auftritt. Anderenfalls sind die Grenzwerte zu reduzieren. Wenn beispielsweise je 30 % des Grenzbiegemoments und der Grenzquerkraft vorkommen, sind nur noch 40 % der Grenzlängskraft zulässig, wobei das Nenndrehmoment nicht überschritten werden darf. Treten parasitäre Belastungen als Dauerschwingbelastungen auf, können die entsprechenden zulässigen Schwingbreiten gegenüber den jeweiligen Grenzbelastungen abweichen.

Bild 8: Parasitäre Belastungen: Längskraft Fa, Querkraft Fr, Biegemoment Mb

Grenzquerkraft

Die Grenzquerkraft ist die maximal zulässige Querkraft (Radialkraft), Fr in Bild 8. Bei Überschreiten der Grenzquerkraft kann der Aufnehmer in seiner Messfähigkeit bleibend geschädigt werden.

Bei HBM-Drehmomentaufnehmern stellt die Grenzquerkraft eine Obergrenze des Gebrauchsbereichs dar, der Drehmomentaufnehmer kann bei Querkräften bis zur Grenzquerkraft zum Messen verwendet werden. Dabei kann es jedoch zu einer Beeinflussung des Messsignals kommen. Die Obergrenze für diese Beeinflussung ist in den technischen Daten separat ausgewiesen.

Die zulässige Querkraft reduziert sich gegenüber der angegebenen Grenzquerkraft, wenn gleichzeitig eine andere irreguläre Beanspruchung (Längskraft, Biegemoment, Überschreiten des Nenndrehmoments) auftritt. Anderenfalls sind die Grenzwerte zu reduzieren. Wenn beispielsweise je 30 % der Grenzlängskraft und des Grenzbiegemoments vorkommen, sind nur noch 40 % der Grenzquerkraft zulässig, wobei das Nenndrehmoment nicht überschritten werden darf. Treten parasitäre Belastungen als Dauerschwingbelastungen auf, können die entsprechenden zulässigen Schwingbreiten gegenüber den jeweiligen Grenzbelastungen abweichen.

Grenzbiegemoment

Das Grenzbiegemoment ist das maximal zulässige Biegemoment, Mb in Bild 8. Bei Überschreiten des Grenzbiegemoments kann der Aufnehmer in seiner Messfähigkeit bleibend geschädigt werden.

Bei HBM-Drehmomentaufnehmern stellt das Grenzbiegemoment eine Obergrenze des Gebrauchsbereichs dar, der Drehmomentaufnehmer kann bei Biegemomenten bis zum Grenzbiegemoment zum Messen verwendet werden. Dabei kann es jedoch zu einer Beeinflussung des Messsignals kommen. Die Obergrenze für diese Beeinflussung ist in den technischen Daten separat ausgewiesen.

Das zulässige Biegemoment reduziert sich gegenüber dem angegebenen Grenzbiegemoment, wenn gleichzeitig eine andere irreguläre Beanspruchung (Längskraft, Querkraft, Überschreiten des Nenndrehmoments) auftritt. Andernfalls sind die Grenzwerte zu reduzieren. Wenn beispielsweise je 30 % der Grenzlängskraft und der Grenzquerkraft vorkommen, sind nur noch 40 % des Grenzbiegemoments zulässig, wobei das Nenndrehmoment nicht überschritten werden darf. Treten parasitäre Belastungen als Dauerschwingbelastungen auf, können die entsprechenden zulässigen Schwingbreiten gegenüber den jeweiligen Grenzbelastungen abweichen.


Referenztemperatur

Die Referenztemperatur ist die Umgebungstemperatur, bei der die Spezifikationen des Aufnehmers gelten, soweit für diese nicht Temperaturbereiche angegeben sind.

Nenntemperaturbereich

Der Nenntemperaturbereich ist der Bereich der Umgebungstemperatur, in dem der Aufnehmer bei der praktischen Anwendung betriebenwerden kann und innerhalb dessen er die in den Spezifikationen angegeben Grenzwerte der messtechnischen Eigenschaften einhält.

Gebrauchstemperaturbereich

Der Gerbrauchstemperaturbereich ist der Bereich der Umgebungstemperatur, in dem der Aufnehmer betrieben werden kann, ohne dass bleibende Änderungen seiner messtechnischen Eigenschaften auftreten.

Bei Temperaturen, die innerhalb des Gebrauchstemperaturbereichs, jedoch außerhalb des Nenntemperaturbereichs liegen, müssen die in den Spezifikationen angegebenen Grenzwerte der messtechnischen Eigenschaften nicht eingehalten werden

Lagerungstemperaturbereich

Der Lagerungstemperaturbereich ist der Bereich der Umgebungstemperatur, in dem der Aufnehmer mechanisch und elektrisch unbeansprucht gelagert werden darf, ohne dass bleibende Änderungen seiner messtechnischen Eigenschaften auftreten.

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Accuracy class

The accuracy class declared for HBM torque transducers means that the maximum of those deviations specified as percentages is equal to or less than the value declared as the accuracy class. The sensitivity tolerance is not included.

The accuracy class includes the following metrological properties explained in detail below:

  • Linearity deviation including hysteresis (dlh)
  • Relative standard deviation of repeatability (σrel)
  • Temperature effect (per 10 K) on the zero signal (TK0)
  • Temperature effect (per 10 K) on the sensitivity (TKc)

In transducers with two or more electrical outputs (frequency output and voltage output) the output with the highest accuracy is the deciding factor in determining the accuracy class. The accuracy class must not be mistaken for classification according to DIN 51309 or EA-10/14.

 

Accuracy class vs. overall accuracy

The accuracy class provides practical guidance on the respective type series’ grouping within the HBM range of products. It must not be mistaken for the overall accuracy in practical use, with different individual influences acting at the same time.

Example:

We look at two versions of the T10F torque flange: on the one hand, option "S" (standard version) and on the other hand, option "G" (that is, reduced linearity deviation incl. hysteresis) in each case for the measuring ranges from 100 N·m to 10 kN·m.

In the data sheet the following maximum values are specified for the "S" version: 0.05 % for the temperature effect on the zero signal (TK0), 0.1 % for the temperature effect on sensitivity (TKC), and ±0.1 % for the linearity deviation incl. hysteresis (dlh). Due to the two values given last, the accuracy class is specified as 0.1. Version "G", however, offers an improved linearity deviation incl. hysteresis (dlh) amounting to 0.05 % only.

The temperature effect on sensitivity (TKC) is still 0.1 % and thus is the maximum deviation among those given as percentages. Therefore, the accuracy class for version "G" still has to be specified as 0.1.

Apparently, version "G" does not provide any increased benefit. However, it shows the relatively biggest effect only with regard to one characteristic value, the TKC. In addition, this characteristic value is the only measure for deviations related to the actual value. As a consequence, its influence is considerably smaller, for example, with measurements in the partial load range.

 Sensitivity C 

 The span between the output signal values at nominal torque and at zero torque. Usually two separate sensitivities are specified for HBM torque transducers, one for clockwise torque and one for counterclockwise torque.

The sensitivity C characterizes the slope of the characteristic curve. The characteristic curve is chosen as the straight line connecting the output signal SM0 determined with mounted but unloaded torque transducer (initial torque signal) and the output signal Sn at nominal torque determined at increasing torque. This gives the simple equation

C = Sn − SM0

 

The sensitivity and the nominal torque form a known pair of values combining a given torque and the respective span of the output signal. If two such pairs of values are given they can be used for Setting the amplifier. Usually, the second pair of values is zero torque and zero output signal span (i.e. output signal = initial torque signal).

 Nominal sensitivity 

 

The nominal value characterizing the transducer’s sensitivity. Usually it is equal for clockwise and counterclockwise torque.

The nominal sensitivity is a value characterizing the respective transducer’s type and measuring range. However, the actual sensitivity of the individual is equal to the nominal sensitivity only within specified tolerances.

 Sensitivity tolerance

The permissible deviation of the actual sensitivity from the nominal sensitivity. It is given as a percentage with respect to the nominal sensitivity.

For HBM torque transducers the actual sensitivity of the individual is determined before delivery. The value is documented in the test certificate or calibration certificate. For this reason the sensitivity tolerance is not taken into consideration when determining the accuracy class.

 Temperature effect on the sensitivity 

 

The temperature effect on the sensitivity is the variation of the actual output signal due to a 10 K change in temperature determined at nominal torque and related to the sensitivity. The specified value is the maximum occurring in the nominal temperature range.

The temperature effect on the sensitivity (also called the temperature coefficient of sensitivity) is a measure of the temperature effect on the output signal with a load applied to the transducer. When determining this value, the output signal has to be corrected by subtracting the initial torque signal at the respective temperature. A stationary temperature state has to be established.

The significant temperature is the transducer temperature. A stationary temperature state as defined at HBM means that the maximum temperature variation in a 15-minute period does not exceed 0.1 K. The amount of the deviation is given as a percentage of the actual span of the output signal with the respective torque applied (in the event of loading with the nominal torque this is the sensitivity).

The temperature effect on sensitivity results in a change of slope of the characteristic curve (see Fig. 2). It is of particular importance when a transducer is operated at a temperature differing significantly from the reference temperature. For partial load ranges, however, it has very little effect because the resulting deviation acts always as a percentage of the actual output signal span.

Please note that normally the temperature effect on sensitivity and the temperature effect on the zero point (TK0) are superimposed on each other.

Example:

Consider a torque transducer with 1 kN⋅m nominal torque, let the temperature effect on the sensitivity be specified as TKC ≤ 0.1 %, the reference temperature as 23 °C and the nominal temperaturerange from +10 °C to +60 °C.

If the transducer is operated at a temperature of 33 °C (or 13 °C), the sensitivity deviation due to the temperature variation may amount to up to 0.1 %.

For a torque of 1 kN⋅m (nominal torque) this amounts to a deviation in the displayed value of 1 N⋅m. For a torque of 200 N⋅m, however, the deviation amounts to 0.2 N⋅m only, since the TKC is always a percentage deviation referring to the actual output signal span. This is due to the fact that the sensitivity is referred to as the measure of the slope of the straight line. Using the same transducer at 43 °C (20 K deviation from the nominal temperature) may result in a maximum deviation of up to 0.2 % in the worst case. This does not apply to usage at 3 °C, since this temperature is not within the nominal temperature range.

 Temperature effect on the zero Signal 

 

The temperature effect on the zero signal is the variation, due to a 10-K change in temperature, in the unloaded transducer’s output signal related to the nominal sensitivity. The specified value is the maximum occurring in the nominal temperature range.

The temperature effect on the zero signal (also called the temperature coefficient of the zero signal) is determined by measuring the variation due to a 10–K change in temperature in the unloaded transducer’s actual output signal at zero torque after re-establishment of a stationary temperature state. The significant temperature is the transducer temperature. A stationary temperature state as defined at HBM means that the maximum temperature variation in a 15-minute period does not exceed 0.1 K.

The temperature effect on the zero signal results in a parallel shift in the characteristic curve (see Fig. 2). It is of particular importance when a transducer is operated at a temperature differing significantly from the reference temperature. By taring or zero balancing at operating temperature, the measurement error due to the temperature effect on the zero signal can be eliminated.

Please note that normally the temperature effect on the zero point and the temperature effect on the sensitivity (TKC) are superimposed on each other.

Example:

Consider a torque transducer with 1 kN⋅m nominal torque, let the temperature effect on the zero signal be specified as TK0 ≤ 0.05 %, the reference temperature as 23 °C and the nominal temperature range from +10 °C to +60 °C.

If the transducer is operated at a temperature of 33 °C (or 13 °C), the zero signal deviation may amount to up to 0.05 % of the nominal sensitivity. This corresponds to a deviation in the displayed value of 0.5 N⋅m. This deviation is independent of the torque with which the transducer is loaded.
Using the transducer at 43 °C may result in a maximum deviation of up to 0.1 % in the worst case.

This does not apply to usage at 3 °C, since this temperature is not within the nominal temperature range.

 Linearity deviation 

 

Absolute value of the maximum deviation of a torque transducer’s characteristic curve determined with increasing load from the reference straight line which approximates the characteristic curve as a straight line. The specified value is expressed as a percentage of the sensitivity C.

For determining the linearity deviation, a series of measurements is taken with the load increasing from zero to the nominal torque. The reference straight line is the best-fit straight line through the initial point, such that the maximum deviations (upward/downward) from the measurement signal have the same amount (see Fig. 3). The specified linearity deviation is the maximum deviation of the actual output signal from the reference straight line. It can also be described as half the width of the tolerance band that is symmetrical about the reference straight line.

The linearity deviation has to be taken into consideration because usually when adjusting the measurement chain, a characteristic curve in the form of a straight line is assumed. It takes maximum effect when a transducer is used for a wide measuring range, in the most extreme case from zero torque up to nominal torque.

 Linearity deviation including hysteresis 

 

The linearity deviation including hysteresis specifies the maximum deviation (according to absolute value) of the output signal value from the reference straight line. The reference straight line is the best-fit straight line through the starting point (see Fig. 5). Thus, both linearity deviation and hysteresis are taken into consideration. The specified value is expressed as a percentage of the sensitivity C.

The load cycle for determining the linearity deviation including hysteresis covers the loading of the transducer from zero up to nominal torque and the subsequent relieving down to zero torque (see Fig. 5).
The reference straight line is the best-fit straight line through the initial point, such that the maximum deviations (upward/downward) from the measurement signal have the same amount.

Fig. 5 Determination of the linearity deviation including hysteresis dlh from a load-relieve cycle

The linearity deviation including hysteresis can also be interpreted as half the width of the tolerance band that is symmetrical about the reference straight line (see Fig. 5). The only difference to the procedure for the determination of the linearity deviation dlin is that the load cycle here includes also the measurements at decreasing torque. This difference takes effect on both the calculation of the reference straight line and the deviations from the reference straight line.

To determine this value, HBM proceeds as described below:

  • The transducer is preloaded with counterclockwise torque in three load cycles from zero to 100 % of the nominal torque and back to zero torque. The purpose of this preloading is to eliminate the influence of mounting like settling of bolts and smoothing of contact surfaces
  • One load cycle with counterclockwise torque and recording of the respective values for the measurement signal at the predefined load steps (when testing during production at HBM these steps are at torque 0 %, 50 %, 100 %, 50 % and 0 % of Mnom)
  • The transducer is preloaded with clockwise torque in three load cycles from zero to 100 % of the nominal torque and back to zero torque
  • One load cycle with clockwise torque and recording of the respective values for the measurement signal at the predefined torque steps
  • The best-fit straight line is calculated according to the above definition, separately for clockwise torque and counterclockwise torque
  • The amount of the Maximum deviation from the best-fit straight line is determined separately for clockwise torque and counterclockwise torque

The linearity deviation including hysteresis is of importance because normally when adjusting the measurement chain, a characteristic curve in the form of a straight line is assumed. It takes maximum effect if a transducer is used for a wide measuring range and it is not relieved between two relevant measurements. The most extreme case is the use from zero torque up to nominal torque.

Example:

Consider a T10FS torque flange of which the maximum permissible linearity deviation including hysteresis is specified as dlh ≤ 0.05 % and the nominal sensitivity amounts to 5 kHz. Provided that the measurement chain has been adjusted optimally, the output signal error due to the linearity deviation and hysteresis may amount to 2.5 Hz at most.

 Relative reversibility error

 

The relative reversibility error is the difference of the output signals when measuring the same torqueapplied in increasing and decreasing steps (see Fig. 4). The specified value is the maximum deviation (according to absolute value) in the measuring range. It is specified as a percentage of the sensitivity C.

The relative reversibility error is a measure of hysteresis, that is, the difference between the characteristic curves determined with increasing and decreasing torque. For determining the relative reversibility error, a load cycle from zero torque through nominal torque and back is recorded. The practical calculation is based on measurements at a number of predefined points in the load cycle (e.g. 0 %, 50 %, 100 % of Mnom).

Hysteresis describes the dependency of the measuring signal on the transducer’s loading history. It is of particular importance if a transducer is used for a wide measuring range and no unloading takes place between acquiring two relevant measurement points. The most extreme case is the use from zero torque up to nominal torque. The effect of hysteresis occurring during a partial load cycle is usually significantly smaller than the hysteresis during a load cycle covering the entire nominal torque range.

 

Fig. 4: Determination of the relative reversibility error dhy from a load-relieve cycle (here based on the load steps 0 %, 50 %, 100 % Mnom). The value to be specified is the maximum reversibility error of the given load steps (here dhy,0 and dhy,50)

 Relative standard deviation of repeatability 

 

Repeatability describes the property that the output signal is the same for all measurements of the same torque when measured several times. During the measurements the mounting position of the torque transducer shall remain unchanged and the torque transducer shall not be mounted and
dismounted (repeat conditions). The standard deviation indicates the average deviation between all measurements of the same torque when measured several times.

The relative standard deviation of repeatability is a measure of the repeatability according to DIN 1319. It is defined as the standard deviation of repeatability according to DIN 1319 and is expressed as a percentage of the range of the signal span covered during the testing procedure. It is a statistic measure of
random measurement deviations. For this reason, all those conditions are kept constant that, if changed, might cause variations in systematic measurement deviations (repeat conditions to DIN 1319).

The determination of the relative standard deviation of repeatability is a type test carried out on a static calibration system as follows:

  • The torque transducer is preloaded up to nominal torque. The measurement signal S1,100% is taken at nominal torque
  • The load is reduced to 50 % of the nominal load. The measurement signal S1,50% is taken at half the nominal torque
  • Alternation between 50 % and 100 % of nominal torque. The measurement signals Si,50% and Si,100% are taken until 10 measured values each are available for each torque
  • The equation below is used to calculate the relative standard deviation (in mathematical terminology, the empirical standard deviation of a random sample) for each torque and relate it to the output signal span:
     

with n=10 being the number of measurements for the respective torque applied (50 % or 100 %) and the arithmetic mean of the measurement signals according to 

 

  • The technical data specifies the inferior of the two values σrel,50% and σrel,100% .


Example:

HBM specifies the standard deviation of repeatability for ist T10F torque transducer as σrel ≤ 0.03%. This value refers to the output signal span between the values of applied torque. Assuming a nominal torque of 1 kN·m, for example, this corresponds to a span of 500 N·m according to the test conditions specified above. Thus the standard deviation of repeatability in this case amounts to ≤ 0.15 N·m.

In the following example repeatability (quantitatively specified by the standard deviation of repeatability σrel) is of special importance to the user. A test bench for combustion engines is used for measurements with the aim of comparing different settings of the engine’s control electronics. The torque transducer’s mounting and the ambient conditions remain unchanged. The loading histories for the different measurement series are identical. In these measurements the differences between the torque values of the individual test series are more important than the absolute torque values. Under these circumstances, the contribution of the torque transducer to the uncertainty of these differences is given by its repeatability.

 Nominal rotation speed 

 The nominal rotation speed is the upper limit of the speed range starting from zero. It applies to both clockwise and counterclockwise rotation.

 Nominal torque 

 The nominal torque Mnom is the torque defining the upper limit of the range in which specified tolerances of the transducer properties are not exceeded.

Maximum service torque

The maximum service torque is the upper limit of the range in which there is an unambiguous relation between output signal and torque. If within this range torque is increased above the nominal torque the limit values declared in the specifications may be exceeded.

If the transducer has been used between nominal torque and maximum service torque, the limit values given in the specifications will be kept by the transducer when it is used again for torque values up to nominal torque. A slight shift of the zero signal may occur, but this is not considered to be a violation of
the specifications.

The torque transducer can be used for measurements up to the maximum service torque, though the measurement properties may prove less favorable.

The limitation on maximum service torque may be given by electronic properties (such as the modulation range of the internal amplifier electronics) or by mechanical properties (such as an overload stop). In the case of transducers that have neither internal electronics nor mechanical overload protection, the maximum service torque and the limit torque are frequently identical.

Limit torque

The limit torque is the torque up to which the transducer’s measuring capability will not suffer permanent damage.

If the transducer has been used between nominal torque and limit torque, the limit values given in the specifications will be kept by the transducer when it is used again for torque values up to nominal torque. A slight shift of the zero signal may occur, but this is not considered to be a violation of the specifications.

In the event of a continuous vibrating load, the limits discussed below in the section on permissible oscillation bandwidth have priority over the limit torque.

Breaking torque

The breaking torque is the torque which when exceeded may lead to mechanical destruction of the transducer.

In the event of torque values between limit torque and breaking torque no mechanical destruction will occur, but the transducer may be damaged to such an extent that it will be permanently unusable.

Permissible oscillation bandwidth

The permissible oscillation bandwidth is the oscillation amplitude of a sinusoidally varying torque with which the transducer can be stressed for 10⋅106 vibration cycles without causing any significant variations in its metrological properties.

The amplitude is specified as a peak-to-peak value, that is, as the difference between maximum and minimum torque. See also Fig. 7.

As well as the permissible vibration bandwidth it is also necessary to define a permissible upper limit for the torque which occurs. This upper limit usually coincides with the nominal torque (in both the positive and negative direction). Values which differ from this are explicitly declared in the specifications.

The concept has been taken from standard DIN 50100, which deals with continuous vibration testing (fatigue testing) within the context of materials testing, and has been transferred from mechanical stress to torque.

The deciding factor for fatigue strength is the number of vibration cycles alone. The frequency is not significant within the frequency range that is relevant to mechanical processes*). According to DIN 50100, it can be assumed to a close approximation for the case of steel materials that a mechanical component is fatigue proof under a given load if it endures the number of 10⋅106 load cycles under the respective load.

The upper limit for torque in the case of vibrational loading replaces explicit information about the mean vibrational loading. Within the range defined by the positive and negative limits, both pulsating torque and alternating torque are permissible (see Fig. 7).

*) see also: H.-J. Bargel, G. Schulze: Werkstoffkunde (Materials Science), VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, Germany 1988

Axial limit force

The axial limit force is the maximum permissible longitudinal force (or axial force), shown as Fa in Fig. 8. If the axial limit force is exceeded, the ability of the transducer to measure may be permanently damaged.

In HBM torque transducers the axial limit force sets an upper limit to the service range. Torque transducers can be used for measurement if the axial forces do not exceed the axial limit force. However, there may be some effect on the measurement signal. The upper limit for this influence is separately notified in the specifications.

The permissible axial force gets smaller than the specified axial limit force if another irregular stress occurs (such as a bending moment, lateral force or exceeding the nominal torque). Otherwise the limit values have to be reduced. If for example 30 % of both the bending limit moment and the lateral limit force occur, only 40 % of the axial limit force is allowed in the case that the nominal torque is not exceeded. If parasitic loads occur as continuous vibrating loads, the respective permissible vibration bandwidths may differ from the respective limit loads.

Lateral limit force

The lateral limit force is the maximum permissible lateral force (in the case of radial force), shown as Fr in Fig. 8. If the lateral limit force is exceeded, the ability of the transducer to measure may be permanently damaged.

In HBM torque transducers the lateral limit force sets an upper limit to the service range. Torque transducers can be used for measurement if the lateral forces do not exceed the lateral limit force. However, there may be some effect on the measurement signal. The upper limit for this influence is separately notified in the specifications.

The permissible lateral force gets smaller than the specified lateral limit force if another irregular stress occurs (such as an axial force, bending moment or exceeding the nominal torque). Otherwise the limit values have to be reduced. If for example 30 % of both the axial limit force and the bending limit moment occur, only 40 % of the lateral limit force is allowed in the case that the nominal torque is not exceeded. If parasitic loads occur as continuous vibrating loads, the respective permissible vibration bandwidths may differ from the respective limit loads.

Bending Limit moment

The bending limit moment is the maximum permissible bending moment, shown as Mb in Fig. 8. If the bending limit moment is exceeded, the ability of the transducer to measure may be permanently damaged.

In HBM torque transducers the bending limit moment sets an upper limit to the service range. Torque transducers can be used for measurement if the bending moments do not exceed the bending limit moment. However, there may be some effect on the measurement signal. The upper limit for this influence is separately notified in the specifications.

The permissible bending moment gets smaller than the specified bending limit moment if another irregular stress occurs (such as an axial force, lateral force or exceeding the nominal torque). Otherwise the limit values have to be reduced. If for example 30 % of both the axial limit force and the lateral force limit occur, only 40 % of the bending limit moment is allowed in the case that the nominal torque is not exceeded. If parasitic loads occur as continuous vibrating loads, the respective permissible vibration bandwidths may differ from the respective limit loads.

Reference temperature

The reference temperature is the ambient temperature at which the transducer specifications apply as far as there are no temperature ranges specifically defined in which the specifications concerned apply.

Nominal temperature range

The nominal temperature range is the ambient temperature range within which the transducer can be operated for all practical purposes and within which it maintains the limit values for the metrological properties declared in the specifications.

Service temperature range

The service temperature range is the ambient temperature range within which the transducer can be operated without permanent variations occurring in its metrological properties.

At temperatures within the service temperature range but outside the nominal temperature range, there is no guarantee that the limit values declared for the metrological properties in the specifications will be maintained.

Storage temperature range

The storage temperature range is the ambient temperature range within which the transducer can be stored with no mechanical or electrical load without permanent variations occurring in its metrological properties.

 

 

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