使用力传感器测量力可确保最大的测量精度。然而在分力测量时,需要采用与应用精确匹配的特殊传感器。今天我们将介绍进行分力测量的三种方法。
对于应变力传感器来说,即使在现场安装后,也可以很容易地再现校准过程中确定的特性曲线,即施加的力和输出信号比。力传感器必须安装在力传递流中,并且没有任何分力,这是先决条件。并且必须确保完整的力传递流通过传感器进行测量。这意味着力传感器的特性,例如硬度和动态性能,这将影响整体设计。另外,大量程的传感器具有更大的结构。
力测量可以通过结构的变形来进行测量,可以采用以下三种方法:
安装应变片
利用应变传感器,其有时候内置了电路
利用力垫圈,其基于应变或压电技术
这些方法的劣势和优势总结如下:
力垫圈可以基于应变或压电技术,无论选择何种原理。力垫圈都采用螺栓和螺丝连接,由于采用螺栓连接,其类似于弹性体,降低了系统的灵敏度。一般来说,大约10%的灵敏度将受到影响。因此,力垫圈不能在工厂进行校准。
为保证更好的重复性,需要进行预应力加载。力的峰值取决于额定力的大小,最高的弯矩往往发生在额定负载的50%。因此,最佳的预应力应该采用额定负载的50%,这同样适用于压电力垫圈。
图4 KMR力垫圈, 结构小巧, 20kN额定力
图5 CFW压电力垫圈, 量程20到700kN
图6 用于工具监控,力垫圈测量螺纹连接的力
力垫圈具有非常高的防护等级,因此可以立即使用。在这方面,其和应变传感器具有同样的优势 。力垫圈同样具有非常好的灵敏度。并且和额定量程无关。
所有三种方法都有一个共同点,即测量链在安装后需要校准。这意味着必须至少在两个已知的力点进行测量。由于传感器在严格定义的误差范围内是线性的,并且这些方法不能用于高精度测量,一般来说,两点标定是足够的。
内置仪表的传感器遵循这个原理。校准只需要在零点进行测量,并将控制脉冲发送到电子设备。当施加最大力时,需要另一个控制脉冲。电子设备然后将自动调整。
零点应变对应着1V, 最大应变被转换成9V, 输出范围将被设置为0到10V,其中10%测量范围用于过载和负应变。并可将负输入应变转换为正输出电压,以及提供4-20mA的输出信号。
在分力测量中,有多种有用的方法。所有的方法都有一个共同点,它们只会对整个结构的力学特性产生轻微影响。然而在进行高精度测量时,应变或压电力传感器是第一选择,其具有更高的精度,原因如下:
安装后无需调整力传感器, 因为传感器已经在工厂进行了校准。在对分力进行测量时,一般都需要在被测物体上校准。 测量不确定性已知,并可以通过选择传感器型号来降低不确定性。 利用高精度传感器(例如S9M提供0.02精度) 来测量, 获得分力测量无法提供的精度。
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