생산, 테스트 및 모니터링을 위한 로드 와셔(와셔형 힘센서)

측정 장비의 견고성에 대한 사용자들의 수많은 요청 사항, 즉 낮은 높이 요구가 있습니다. 또한 사용자들은 제한된 예산을 활용해야하고, 통합이 쉬운 제품을 필요로 합니다. 이 제품은 그러한 이유를 모두 만족시켜드립니다. 제품의 용도도 다양해, 크림 핑, 결합, 프레싱 및 리벳 팅과 같은 사실상 수많은 산업 응용 분야의 모니터링 힘에서부터 풍력 터빈 또는 레일의 스레드 연결에 대한 장기 모니터링에 이릅니다.

따라서 로드 와셔에 대한 요구 사항은 측정 작업만큼 다양합니다.

낮은 감도 임계 값으로 탁월한 감도를 보장하고 아주 작은 힘까지도 측정가능
컴팩트 한 크기의 견고한 버전
일반적인 스크류, 볼트 및 핀 직경에 적합한 크기
예를 들어 나사 및 볼트 모니터링과 같은 모니터링 작업에 사용될 때 드리프트없는 품질
설치 및 교정 후 매우 낮은 반복성 오류

최신 기술을 사용하더라도 하나의 물리적 측정 원칙으로 모든 요구 사항을 충족하는 것은 불가능합니다. 이러한 이유로 스트레인 게이지와 피에조 와셔를 기반으로하는 솔루션이 널리 보급되었습니다.

제품 원리

스트레인 게이지 기반 로드 와셔(와셔형 힘센서)

포스 워셔의 스트레인 게이지 — 그림 1 : 스트레인 게이지 기술에 기반한 로드 와셔의원리. 힘(F)의 영향으로 환형 측정체(2)가 변형된다. 스트레인 게이지(3)가 부착되어 있습니다. 하우징(1)은 측정 장비를 완벽하게 보호합니다.

스트레인 게이지 기반 로드 와셔는 스트레인 게이지가 접착제로 고정되는 고리 형 스프링으로 구성되어 있습니다. 스트레인 게이지 센서에서와 같이 작용력이 스프링을 변형시킵니다. 이로 인해 스트레인 게이지가 저항의 변화로 변환되는 스트레인이 발생합니다. 스트레인 게이지는 휘스톤 브리지 회로를 형성하므로, 측정 와셔에 전압이 가해지면 가해지는 힘에 비례하여 측정 가능한 전압이 발생합니다.

스트레인 게이지를 선택할 때, 센서 설계자는 가능한 최대 각도 범위를 달성하는데 초점을 두어 와셔가 전체 표면에 대해 균일 한 감도를 갖게 했습니다. HBM의 KMR+와 같은 최신 시리즈에는 용접 밀폐형 씰도 있습니다. 따라서 실외 구조물, 철도 침대 또는 풍력 터빈과 같은 열악한 조건에서도 센서를 장기간 사용하기에 적합합니다. 스트레인 게이지 기술의 주요 장점은 센서에 실질적으로 드리프트가 없다는 것입니다. 그 결과, 센서가 중간 제로화 또는 재설정없이 장기적으로 정확하게 측정하므로 무수한 모니터링 작업 (예 : 스레드 연결 모니터링 또는 케이블 장력 모니터링)에 적합합니다.

압전 워셔

피에조 로드 와셔는 흔히 석영(청록색)인 두 개의 압전 재료 결정판으로 구성됩니다. 이들 결정판 사이에 전 (적색)이 내장되어있다. 각 수정판의 다른 쪽은 힘 워셔의 하우징 (노란색과 녹색)에 연결됩니다.

힘이 가해지면이 센서는 전하 (피에조 효과)를 생성하는데, 특수 동축 전하 케이블이 전하 증폭기에 공급되어 측정 가능한 전압 신호로 변환됩니다. 결정의 표면을 더 크게 또는 더 작게 만들면 감도는 공칭(정격) 힘에 의존하는 스트레인 게이지를 기반으로하는 센서와 달리 센서와 크게 달라지지 않습니다.

따라서, 압전 센서의 감도는 트랜스 듀서의 크기에 의존하지 않으므로 공칭(정격) 힘에도 의존하지 않습니다. 결과적으로 가장 작은 힘까지 측정하기 위해 모든 센서를 선택할 수 있습니다. 이로 인해 예를 들어 높은 과부하 안정성 또는 기하학적 요구 사항과 같은 다른 매개 변수에 대한 자유가 높아집니다. 또 다른 장점은 판별 임계 값이 더 작아서 측정 범위가 매우 넓다는 것입니다.

또한 센서는 전체 하중 적용 표면에서 동일한 감도를 갖습니다. 반면, 전기 연결은 매우 높은 절연 저항이 필요하므로 엄격한 요구 사항이 적용됩니다. Newton 범위에서 측정이 가능하고 HBM 구성 요소의 드리프트가 매우 낮더라도 모든 압전 센서에는 드리프트가 있으므로이 기술을 사용하여 장기 모니터링 작업을 수행 할 수 없습니다.

충전은 단락 될 수 있으며, 결과적으로 압전 센서의 전기 출력이 재설정되면 센서가 0으로 설정 될 수 있습니다. 기존의 작용력이 매우 큰 경우에도 매우 작은 힘을 안정적으로 기록 할 수 있다는 장점이 있습니다. 10N은 리셋이 이전에 발생한 경우 수 kN의 초기 부하를 갖는 압전 센서에 의해 문제없이 측정 될 수있다.

언제 어떤 기술을 사용해야나요?

스트레인 게이지 기술과 압전 센서는 서로를 완벽하게 보완합니다. 다음은 몇 가지 측정 작업과 각 경우에 선호되는 기술입니다.

INTENDED USE / REQUIREMENTS	RECOMMENDED SOLUTION
Measuring range over several powers of ten required	CFW or CLP piezoelectric sensors
Monitoring tasks over long periods	KMR+
Process control of joining processes, presses, and similar	Both measurement principles can be used
Use in extreme conditions, high humidity	KMR+
Use without pre-stress	KMR+
Extremely high overload stability required	CFW or CLP piezoelectric sensors (select a larger sensor)
Measurements of the tiniest forces under a high initial load	CFW or CLP piezoelectric sensors
Rapid force measurements	Both measurement principles can be used

사용 방법과 팁

빠른 힘 측정을위한 작은 변위, 전제 조건

모든 힘 워셔는 최소 변위를 특징으로합니다. 공칭(정격) 힘을 변위로 나눔으로써 힘 센서의 강성을 계산할 수 있으므로 이점이 있습니다. 따라서 작은 변위는 높은 강성과 같으며, 결과적으로 구조물의 고유 주파수가 높아집니다. 센서의 최대 측정 주파수는 전체 시스템의 고유 주파수에 따라 달라지므로 작은 변위는 센서가 매우 빠른 측정에도 적합하다는 것을 의미합니다.

힘 워셔에 균일하게 힘 분배 : 적합한 접촉 표면, 하중 적용 플레이

마찬가지로, 작은 변위는 센서가 개별 영역의 과부하를 방지하기 위해 전체 표면에 균일 한 하중을 받아야 함을 의미합니다. 이것은 두 가지 유형의 센서 모두에 적용됩니다. 따라서 센서와 접촉하는 표면은 평평해야합니다. 40 HRC의 경도도 필요합니다.

KMR +는 스트레인 게이지로 매우 큰 각도 영역을 커버합니다. 힘 와셔에 균일하게 힘을 분배하여 센서 거동을 향상시키기위한 하중 적용 플레이트가 특징입니다. 이렇게하면 반복성 오류와 굽힘 모멘트 감도가 크게 줄어드는 동시에 연결 부품의 접점에 대한 엄격한 요구 사항이 적용됩니다

압전 포스 워셔 : 절대적으로 필수적인 프리스트레싱

압전 워셔에서 프리스트레싱은 절대적으로 중요합니다. 이를 위해 일반적으로 나사가 사용됩니다. 속성 클래스 10.9 또는 12.9가 필요합니다. 프리스트레스는 압전 워셔의 구성 요소, 즉 결정, 전극 및 하우징을 서로 압착하는 데 중요합니다.

크리스탈이 하우징과 전극에 단단히 닿았을 때 전하가 올바르게 소실되도록합니다.
굽힘 모멘트가 발생하더라도 구성 요소 간의 접촉을 보장합니다. 압전 워셔의 한 쪽에서 장력을 완전히 완화시키는 굽힘 모멘트는 절대 발생하지 않습니다.

최대 굽힘 모멘트 로드 와셔 — 그림 3 : 로드 와셔의 최대 굽힘 모멘트(변형 게이지 기반 및 압전). 측정 링에 굽힘 모멘트(MB)가 작용하면 한쪽에 가해지는 힘이 증가하여(3) 다른 쪽이 완화됩니다(2). 표시 : KMR + 로드 와셔에서 측정 링(1)의 밀폐 캡슐화

압전 워셔의 허용 굽힘 모멘트 — 그림 4 : 압전 센서의 허용 굽힘 모멘트. 총 힘이 공칭 힘의 50%일 때 최대 굽힘 모멘트를 적용할 수 있습니다. 센서는 강조 표시된 영역 내에서만 작동해야합니다(녹색).

다이어그램에서 알 수 있듯이 피에조 로드 와셔의 허용 굽힘 모멘트는 하중에 따라 달라집니다. (정격) 힘. 예 : CFW / 330KN을 사용하는 경우 측정하려는 프로세스 힘은 약 95kN입니다. 따라서 70kN과 95KN의 합이 165kN, 즉 로드 와셔의 공칭(정격) 힘의 절반이므로 최적의 프리스트레싱 힘은 70kN입니다.

프리스트레스, 감도 변화

힘 와셔가 나사 또는 핀으로 사전 응력을받는 경우 나사의 사전 응력은 아래 그림과 같이 힘 와셔와 측정 할 힘 F에 작용합니다. 결과적으로 힘 워셔는 force shunt에서 작동합니다.

시공에 힘이 가해지면 매우 작은 변형이 발생합니다. 이로 인해 스크류의 변형이 약간 완화되고 프리스트레스가 떨어집니다. 이로 인해 프리스트레스없이 측정 포인트가 워셔보다 덜 민감 해집니다. 정량적 측정 값이 필요한 경우 힘 워셔를 교정해야합니다. 물론, 우수한(비교적) 측정은 교정없이 수행 될 수도 있습니다.

측정 링의 프리스트레싱 — 그림 5 : 두 개의 너트 (1, 1)를 사용하여 측정 링 (2)의 프리스트레싱.

교정 절차

교정은 알려진 수량과의 비교를 의미합니다. 로드 와셔가 직렬로 장착된 로드셀을 직렬로 배치하여 설치하는 동안 로드 와셔를 교정 할 수 있습니다 (예 : 공구를 로드셀로 교체) 물론 로드 와셔가 포함된 기계를 공장으로 보내 교정할 수 있는 옵션이 항상 있습니다. 이 경우 캘리브레이션 기계에 구조물을 설치할 수 있는지 여부를 미리 확인해야합니다. 일반적으로 교정된 로드셀을 사용하여 설치된 센서를 교정하는 것이 가장 쉬운 방법입니다.

DAkkS (독일 연방 공화국의 국제 인증 기관) 교정 인증서가있는 센서를 사용하는 경우 수많은 품질 표준에 따라 필요에 따라 와셔를 도량형 추적 성을 통해 현장에서 연결할 수 있습니다.

특수 설계

직경이 다른 로드 와셔가 자주 필요하거나 해당 직경에 대해 다른 공칭(정격) 힘이 필요합니다. 배치 크기가 더 작은 특수 설계도 일반적으로 가능하며, 기존 로드셀에 비해 합리적인 공간과 비용 절감을 제공합니다.