특별하게 정확한 ‘힘 트랜스듀서’가 완전히 새로운 적용방식을 가능하게 하는 이유는 무엇입니까?

고정밀도 트랜스듀서의 사용에 따라 힘 측정 기술은 완전히 새롭게 적용시킬 수 있습니다. 이는 HBM의 C10 등과 같은 제품 사용 중에 측정 데이터의 의미 있는 결과에 영향을 미치지 않으면서도 매우 높은 과부하에 대해 측정 체인을 설정할 수 있기 때문입니다. 또 다른 장점도 있습니다. 힘 트랜스듀서는 많은 다양한 측정 작업을 위해 유연성 있게 사용할 수 있습니다. 따라서, 고정밀도 힘 트랜스듀서는 기술적 걸작일 뿐만 아니라 확실한 경제적 이득을 가져옵니다. 이는 힘 측정 중에 발생하는 오류의 가능한 근본원인을 더욱 자세히 검토한다면 분명해집니다.

고정밀도 힘 트랜스듀서 사용에 따른 장점

최신 힘 센서는 최대 정확도 수준을 달성합니다. 측정 결과에 대한 온도 영향은 매우 적습니다. C10의 소위 TCzero, 즉 영점에 대한 온도 영향은 최대 0.075 % / 10K입니다. 선형성 및 상대적 가역성 오류는 선택한 공칭(정격) 힘에 따라 매우 낮습니다.

  • 측정 체인은 힘 트랜스듀서의 손상을 방지하기 위해 높은 과부하 등에 설정할 수 있습니다. C10 힘 센서가 공칭(정격) 힘의 20% 수준에서만 사용되더라도, 달성 가능한 정확도는 거의 모든 상황에서 의미 있는 결과를 제공할 수 있을 만큼 충분히 높습니다. 가정적인 최종 값에 대하여 0.1%의 정확도를 고려할 수 있습니다.

  • 상기 고려사항에 기초하여, 애플리케이션 범위가 확장될 수 있습니다. 센서를 변경하지 않고도 다양한 측정 작업을 완료할 수 있기 때문에 시간과 경비가 절감됩니다. 이는 트랜스듀서 1대만 있으면 적은 비율에서부터 완전한 공칭(정격) 힘에 이르기까지 광범위한 힘 스펙트럼을 포괄하여 다룰 수 있기 때문입니다.

오류의 가능한 원인

이것이 사실인 이유는 무엇입니까? 그 이유를 이해하려면 힘 측정 중에 발생 가능한 오류의 원인을 검토하는 것이 중요합니다. 스트레인 게이지에 기초한 힘 센서에서는 크게 다음과 같은 두 가지 오류가 있습니다.

  • 부하 독립적 오류: 적용된 힘과는 무관하게 특정 출력 신호를 생성하는 오류

  • 실제 값 의존적 오류: 평가 시에 적용된 힘에 비례적인 규모로 발생하는 오류

영점에 대한 온도 영향은 부하 독립적 오류의 예입니다. 이러한 측정 편차는 측정된 힘과는 무관한 값을 출력합니다그러한 오류를 출력 신호와 관련된 것으로 간주하면, 공칭(정격) 힘의 일부 만을 사용할 때 영점(TKZero)에 대한 온도 영향이 항상 더 크다는 것을 알 수 있습니다. 절대 값은 항상 동일하지만, 이러한 상황에서 상대적 백분율의 ‘작지만 유용한 신호’로 인하여 절대값은 증가합니다.

예를 들어, 기존 기술을 사용하는 일반적인 힘 센서는 100 kN의 공칭 힘을 가져야합니다. 10 켈빈 당 0.5 %의 TCzero를 가정합니다.

이것은 10K의 온도 변화가 정격 힘의 0.5 %의 측정 불확실성 기여를 생성한다는 것을 의미합니다. 이것은 0.5 kN의 불확실성에 해당합니다. 힘 센서를 100kN에서 사용하지 않고 20kN에서 사용하는 경우 측정 불확도 기여도는 여전히 500N입니다. 그러나 더 작은 힘으로 인해 상대적 측정 불확도 기여도는 이제 2.5 %가됩니다.

C10을 사용할 때와 같은 상황을 살펴 보겠습니다. 100kN의 공칭 힘은 C10 시리즈에서도 사용할 수 있습니다. 그러나 TCzero는 10K 당 0.075 %로 지정됩니다.

따라서 오류 부분은 75N이며 위의 예와 유사하게이 부분은 전체 측정 범위에서 일정하게 유지됩니다. 20kN에서 최신 C10을 사용할 때 TCzero의 오류 부분은 기존 기술로 달성한 2.5 %에서  0.375 %로 떨어집니다.

TCzero 외에도 선형성 오류도 전체 스케일 값과 관련이 있습니다. 따라서 위의 고려 사항은 이러한 오류 부분에도 적용될 수 있습니다.

실제 값과 관련된 오류는 현재 적용된 신호를 기준으로 계산됩니다. 예를 들어, 온도 의존성 (TCS), 크리프 또는 수행되었을 수있는 교정의 허용 오차가 여기에 포함됩니다.

오류를 평가할 때 개별 오류가 기하학적으로 추가됩니다. 즉, 가장 큰 개별 오류가 개선 된 경우에만 측정 정확도가 크게 향상 될 수 있습니다. 많은 경우에 TCzero, 선형성 및 히스테리시스는 매우 중요합니다. 위에서 설명한대로 이러한 오류는 전체 규모 값, 즉 공칭(정격) 힘을 최대한 활용 한 출력 신호와 관련이 있으므로 이러한 파라미터의 개선은 특히 효과적이며 힘 트랜스듀서를 사용할 수도 있습니다. 소위 부분 부하 범위, 즉 공 (정격) 힘의 부분 범위 만 활용합니다.

HBM의 C10은 애플리케이션 옵션을 확장합니다.

HBM은 C10을 철저히 재설계하여 특히 본격적인 가치 관련 오류에 대해 작업했습니다. 힘 센서에 대한 온도 영향은 항상 매우 작았지만 선형성과 히스테리시스 측면에서 상당한 개선이 이루어졌습니다. 크리프 내성도 다시 한 번 감소했습니다.

Linearity error (in ppm)

Capacity

previous

new

Improvement

2,5 kN30020033%
5 kN30020033%
10 kN30020033%
25 kN40025038%
50 kN40035013%
100 kN40035013%
250 kN40035013%
500 kN40035013%
1 MN60050017%

 

Hyteresis (in ppm)

Capacity

previous

new

Improvement

2,5 kN30020033%
5 kN30020033%
10 kN30020033%
25 kN40030025%
50 kN4004000%
100 kN50040020%
250 kN50040020%
500 kN50040020%
1 MN60050017%

Creep (30 min) in ppm

Capacity

previous

new

Improvement

2,5 kN40020050%
5 kN40020050%
10 kN40020050%
25 kN25020020%
50 kN25020020%
100 kN25020020%
250 kN25020020%
500 kN25020020%
1 MN25020020%

이러한 이점의 실질적인 영향은 무엇입니까?

다이어그램은 일반적인 측정작업을 보여줍니다.

• 측정 시간 : 30 분
• 온도 변화 : 10 ° C
• 센서 : C10 / 25KN
• 센서가 정격 하중까지 로드되었습니다.

다이어그램은 측정 력의 함수로서 측정 불확실성을 보여줍니다. 재 설계는 눈에 띄는 긍정적 인 영향을 미쳤습니다. 사용 가능한 측정 범위는 동일하고 임의로 결정된 측정 불확도로 크게 증가했습니다.

아래 그림은 정밀한 힘 측정을 더 선호합니다. 품질 관리 목적으로 측정 할 힘은 X 축에 표시됩니다. 생산 된 부품의 수는 Y 축에 표시됩니다. 생산 된 부품의 가우스 또는 정규 분포를 얻습니다. 허용 오차를 나타내는 녹색 선은 다이어그램에서 찾을 수 있습니다. 힘 측정 체인의 측정 불확도는이 한계의 왼쪽과 오른쪽에서 빨간색으로 볼 수 있습니다.


Fig. 2: 정확도가 높고 낮은 힘 측정 시스템으로 프로세스를 모니터링합니다.

 트랜스 듀서의 측정 정확도는 프로세스를 평가할 수 있도록 평가해야합니다. OK / NOK 평가를 구현하기 위해 구성 요소는 목표 범위에서 측정 허용 오차를 뺀 범위 내에있을 때만 OK로 평가 될 수 있습니다 (다이어그램에서 파란색 선으로 표시됨).

측정 정확도가 증가함에 따라 허용 가능한 부품 수가 증가한다는 것이 분명해집니다. 즉, 거부 할 부품의 수도 힘 측정 체인의 측정 정확도에 따라 달라집니다.

HBM의 C10, S2M, S9MU10M 같은 최신 힘 센서는 무엇보다도 측정 불확도에 대한 전체 규모 값 종속 영향 요인과 관련하여 클래스 표준을 훨씬 뛰어 넘는 높은 수준의 정확도를 달성합니다. 이를 통해 측정 체인을 부분 부하 범위에서 사용할 수 있으므로 과부하에 대한 허용 오차가 크게 증가합니다. 이것은 향상된 신뢰성을 보장합니다. 무엇보다 다양한 측정 범위에 동일한 센서를 사용하거나 달성 할 수있는 높은 정밀도로 인해 허용 가능한 부품의 비율을 높일 수있는 것은 영점에 대한 온도의 최소 영향입니다.

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