Calibrating the measuring chain Calibrating the measuring chain | HBM

포스 와셔는 항상 장착하는 동안 프리스트레스(pre-stress) 되어야 합니다. 이는 또한  CFW 압전력 와셔 에도 적용됩니다.  장착 후에, 포스 와셔는 포스 션트에서 작용하게 됩니다. 즉, 힘의 일부가 더 이상 센서를 통해 통과하지 않지만 대신에 프리스트레싱 장치(예: 프리스트레스 요소인 CPS를 통해 통과하게 됩니다.

계측 체인의 감도는 프리스트레싱 장치의 디자인에 따라 달라지게 됩니다. 예를 들어, HBM의 프리스트레싱 요소 CPS 세트가 사용되었을 때, CFW 압전력 와셔의 감도는 7~12%까지 감소하게 됩니다. 장착 후에, 포스 와셔는 안정적으로 감도를 결정할 수 있도록 교정되어야 합니다.

교정된 포스 트랜스듀서를 사용하여 교정

센서를 교정하는 한 가지 방법은 교정된 포스 트랜스듀서를 사용하는 것입니다. 이 때는 포스 트랜스듀서와 증폭기가 필요합니다. 스트레인 게이지 기반의 기준 포스 트랜스듀서(C18, Z30A 시리즈)는 특히 이러한 접근법에 잘 맞습니다.


HBM의 산업 어플리케이션용 포스 트랜스듀서(예:S9M) 또한 사용될 수 있습니다. 


기준 트랜스듀서를 고를 때, 기준 계측 체인의 정확도를 통해 차례로 결정되는 교정의 정밀도가 이후에 구하게 되는 정확도보다 더 낫다는 점을 고려해야 합니다.

계측 체인 교정을 위한 3단계

위에서 이미 언급하였듯이, 센서로서 압전력 와셔(CFW)로 구성되는 계측 체인을 센서가 장착되었을 때 항상 교정해야 합니다. 즉, 기계적 장착 조건은 교정 절차 이후에 변경되어서는 안 된다는 뜻입니다. 이 사항은 특히 프리스트레스에 적용됩니다.


계측 체인을 교정하기 위해서는 다음과 같이 3단계를 취해야 합니다:

Three steps need to be taken to calibrate a measuring chain:

  • 장착 후 센서의 감도 결정: 힘 N, 질량 kg, 또는 유사 사항을 이 힘에서 압전력 와셔를 통해 생성된 전하와 동시에 계측하였습니다. 감도는 이제 전하를 힘으로 나누어 쉽게 계산할 수 있습니다. (감도=전하/힘)
  • 전하 증폭기 설정: CMD600 디지털 전하 증폭기의 계측 범위 및 게인(gain)은 자유롭게 적용 가능합니다. 위에 설명된 바대로 계산된 감도를 보조 소프트웨어(Assistant software)에 입력해야 합니다. 합당한 계측 범위가 최적의 해상도를 보증할 수 있도록 설정되어야 합니다.
  • 적용된 파라미터 검증: 최종적으로, 계측 체인을 기준 계측 체인과 다시 한 번 비교하실 것을 권장합니다.

본 기사의 다음 섹션에서, 저희는 고객의 센서가 장착되고 적절하게 프리스트레스 된 것으로 가정하게 됩니다. 프리스트레스를 포스 와셔를 사용하여 직접 계측하는 것이 가능합니다. 제조 증명서는 이러한 목적에 맞춰 포함되어 있습니다. 요구된 대로 CMD600 의 감도를 조정하고 희망 값까지 프리스트레스를 증가시킵니다. 최소: 포스 와셔 공칭(정격) 힘의 10%.


CMD600 전하 증폭기를 사용할 때 PC에 연결하고 그 구성을 위해 CMD 어시스턴트를 사용합니다. CMD600 운영 매뉴얼을 봐 주십시오. 센서의 감도를 1로, 장치를 pC로 설정합니다. 이 구성을 사용하여, 증폭기는 pC의 전하를 계측하게 됩니다.

위에 설명한 대로 CMD를 구성합니다. 감도는 1이며, pC의 센서 신호를 계측하게 됩니다. 이것이 교정 절차를 시작하는 방법입니다

CMD의 감도는 제조 증명서에 맞게 설정되었습니다. (4.3 pC/N) ACFW/50kN이 사용되고 있습니다. 약간 높은 프리스트레스가 사용되었습니다.

1단계: 장착 후 센서의 감도 결정

센서를 전하 증폭기에 연결합니다. 전체 계측 체인이 환경과 마찬가지로 동일한 온도에 있는지 확인합니다. 전하 증폭기가 실행 중 프로세스(running-in process)를 방지할 수 있도록 2시간 동안 작동된 후에야 교정을 하는 것이 필수사항입니다.

전체 힘이 (포스 션트를 방지하여) 포스 트랜스듀서를 통해 흐른다는 점에서 기준 포스 트랜스듀서를 위치시킵니다.

또한 정확한 계측 범위를 고르는 것도 중요합니다. 이러한 목적에 맞춰, 계측 체인을 교정하는데 사용하고자 하는 힘을 4pC/N에 곱하십시오. 이것이 포스 션트에 설치된 압전 센서에 대한 종래의 감도 값입니다. 결과에 약 20%를 더하고 물리적 계측 값으로서 CMD 어시스턴트의 이 전하 값을 입력합니다. 위의 예시에서, 교정은 대략 500 N에서 이루어집니다. 4 pC/N 감도에서, 대략 2000pC(4pC/N * 500 N = 2000 pC)의 신호를 예측할 수 있습니다. 계측 값을 2500 pC로 설정합니다.

교정에 사용된 힘은 적정 정확도를 보장하기 위해 CFW로 계측될 최대 힘의 30%를 넘어야만 합니다. 센서의 과부하(overloading)를 방지하는 것이 중요합니다. 압전 계측 체인을 재설정하고 기준 계측을 시작하기 전에 즉시 기준 계측 체인에 구멍을 뚫습니다(tare).

계측 장치에 부하를 적용하고 기준 계측 체인을 사용하여 힘을 계측합니다. 전하가 CMD 어시스턴트를 작동 중인 PC 화면에 동시에 표시됩니다.

센서의 감도는 이제 다음과 같이 계산됩니다:

물론 힘 외의 계측된 양(질량, 토크 등)에 대해 이와 유사하게 교정하실 수 있습니다. 저희의 예시에서, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

CMA 증폭기를 사용하여 전체 계측 체인을 교정할 것을 권장합니다. 이러한 목적에 맞춰, 전하 증폭기의 출력 전압을 직접 계측합니다. 그 결과로 계측 체인 감도는 다음과 같습니다

2단계: 증폭기 설정

이 감도를 이제 CMD 어시스턴트에 입력할 수 있습니다. 이렇게 하기 위해서는 “센서 감도” 필드를 사용합니다.

이제 “물리적 입력 범위”를 규정할 수 있습니다. 이것이 계측 범위입니다. 계측하고자 하는 최대 힘을 여기에 입력하십시오. 더 높은 힘의 값이 이후에 존재해야 하며, CMD는 전압 출력으로 더 이상 출력할 수 없습니다.

CMA 시리즈의 아날로그 전하 증폭기를 사용하는 경우에, 이후에 사용하는 전자장치에서 스케일링이 이뤄져야 합니다.

CMA를 설정합니다. 위에서 계산된 대로, 센서 감도는 3.801 pC/N으로 규정되며 계측 범위는 500 N으로서 어플리케이션과 일치합니다. CMD는 이에 맞춰 자동으로 스케일 됩니다. 500 N과 함께, 출력에서

3단계: 검증

모든 설정을 마친 후에, 기준 계측 체인을 다시 한 번 비교하실 것을 권장합니다. 계측 장치를 한 번 더 불러와서 두 개의 계측 체인을 비교합니다.

결과: 압전 및 스트레인 게이지 기반의 계측 체인 모두 선형성이 우수함.
기준 계측. 부분 전하 범위 내 두 개의 계측 체인 사이에도 약간의 차이가 있습니다.