为何极高精度力传感器能够开辟新的应用领域?
高精密力传感器能够为您开辟新的应用领域。例如,来自HBM的 C10压向力传感器,可承受极高过载的同时,丝毫不影响测量的精确度。另外一个优势是:面对多种不同的测量任务更具灵活性。这表明,高精度力传感器不仅是技术上的杰作,并且还具有经济优势。能够更加清楚得辨别错误的来源。
高精度力传感器的的优势
现代力传感器达到了极高精度水平, 温度对测量结果的影响非常小。所谓的TC0,即温度对C10零点的影响最大仅为0.075%/10K,线性和相对可逆性误差也极低。
测量链可承受高负载 能防止传感器损坏。另外,C10力传感器即使在20%量程范围内,也具有足够高的精度,获取可靠的测量结果。
基于以上描述,传感器的应用范围也得到扩展: 也就是在不改变传感器的情况下,执行不同的测量任务,减少时间和费用。因为不需要对试验台进行更改,减少了传感器类型的多样性。
误差的可能来源
了解力测量误差的可能来源非常重要。基于应变的力传感器可能误差主要来自以下两个方面:
温度对零点的影响 是一个和负载无关的误差: 其输出一个特定值,这个值和加载的力大小无关。由于这个特定值不变,因此,当加载力较小(例如仅为 20% 额定量程),温度对零点的影响 (TKZero) 产生的输出信号就会显得特别大。
例如,使用传统技术的力传感器的额定量程100 kN;我们假设TC0为0.5%。这意味着10K的温度变化产生测量不确定性为额定量程的0.5%,数值为0.5 kN。如果施加的负载仅为20千牛,测量不确定度仍然是500N。由于力值较小,测量不确定度误差将为2.5%。让我们来看看使用C10时的情况,同样是100 kN额定量程。其TC0的规定值仅为0.075%。因此,测量误差75N,当负载为20kN时,C10 TC0误差从2.5%下降到了0.375%。
除TC0外,线性误差也与额定量程有关。因此,C10传感器的测量误差大幅减小。相对于实际值的误差包括灵敏度(TCS)的温度依赖性、蠕变,校准公差等。当评估一个误差时,单个误差将会导致整体误差呈几何级增加,也就是说,只有误差最大的参数得到改善,才能显著提高测量精度。在许多情况下,TC0、线性和滞后是最重要的。而这些误差(如上所述)与额定量程有关,因此对这些参数的任何改进都将特别有效。
C10 测量误差大幅降低
HBM对C10进行了重新设计,大幅降低了和满量程有关的测量误差。包括温度对传感器的影响,线性和滞后误差等。
线性误差 (in ppm)
这些改进带来的实际影响
图1 通过技术改进增加了传感器的测量范围
图中显示了一个典型的测量任务:
测量时间:30 分钟
温度变化:10°C
传感器:C10/25KN
传感器加载到额定量程
该图显示了 测量不确定度的函数。产品的重新设计产生了显著的积极影响,在相同的测量不确定度情况下,可用测量范围显著增加。
图2 高精度和低精度力测量系统的监控过程
图2显示 力测量过程:用于质量控制的力测量被显示在X 轴。Y 轴显示生产的数量。按照高斯钟形曲线法生产部件的散射分布。 绿线表示允许误差,力测量链的不确定性可以从左右两侧的红色部分看出。为了评估监控过程,必须估算测量精度。在评估过程中,只有在测量容差范围内,才能被测定为OK (在图中表示为蓝色线)。可以非常容易看出,容差部分数量增加时,测量精度也随之增加。被拒收的产品数量也和力测量链精度有关。
现代力传感器,例如C10, S2M, S9M, 和 U10M都具有极高的精度。以上都考虑到了影响测量不确定性的因素。另外,当只加载部分额定量程时,能够显著增加抗过载能力。这样也增加了可靠性。综上所述,可以看出,高精度传感器能增加测量范围,或是增加测量范围的百分比。
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