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如何正確調整力測量電子設備,以完美匹配力傳感器?

發(fā)布時間:2023-09-22      點擊次數(shù):1453

如何正確調整力測量電子設備,以完美匹配力傳感器?

力傳感器與稱重傳感器一個重要區(qū)別在于:當稱重傳感器在安裝前需要進行校準,而力傳感器在出廠前已經經過校準,并將結果記錄在隨附文件中。

因此,為了使力傳感器能保持在工廠校準期間確定的靈敏度。為此,必須正確安裝力傳感器。并且在力傳感器的調試過程中,正確調整測量放大器也是非常重要的一步。通過這一步所謂的調整過程,可確保測量放大器或軟件能正確解釋力傳感器的輸出信號,以便獲得正確的測量值。

力傳感器的特性曲線

生產過程中的校準測量結果記錄在文件中,并隨力傳感器一起提供,其規(guī)定了所謂的額定輸出(符號C),單位為mV/V。

什么是額定輸出 (C)?

基于應變的力傳感器是一種由測量放大器提供電壓的無源傳感器。額定輸出規(guī)定了當放大器的傳感器電源電壓正好為1 V,且作用力從零變?yōu)閭鞲衅黝~定量程時,輸出信號 mV 的變化幅度。

測量放大器并不總是為傳感器提供1V電壓;在實踐中經常使用 2.5V 或 5V 的激勵電壓。在這些情況下,輸出信號將相應地增加。額定輸出為2 mV/V的傳感器在5 V下工作時,可輸出電壓為10 mV,而 2.5 V 時則輸出 5mV 的輸出電壓。

在實際測量之前,需要對零點進行校準,也就是沒有施加負載前,放大器顯示值為 0 mV/V。測試和校準證書中力的零點總是對應 0 mV/V。然后逐步增加負載到額定量程,并測量輸出信號。額定輸出值為力零點到額定力輸出信號的差值。

Example

圖2 所示為 C15/50kN 的試驗報告。該力傳感器的額定量程為 50 kN。測量額定輸出之前測量鏈處在零點平衡狀態(tài)下;即如果不施加力,輸出信號為 0 mV/V。

在額定力下,即 50 kN,傳感器向測量放大器的輸出 4.1399 mV/V。

激勵電壓通常大于1V — 通常為2.5V、5V 或 10V。當施加額定力(50 kN)且勵磁電壓為 5V 時,我們示例中的C15將提供20.6695 mV 的輸出電壓。

力傳感器的特性曲線不是一條完全的直線,與理想直線有一定的偏差。各種放大器和軟件解決方案(如 HBK  QuantumX 或 PMX 系統(tǒng))可對這種線性誤差進行校正。

調整測量放大器

在測試期間或在生產環(huán)境中使用兩點校準已成為公認的標準。輸入因設備而異;但是,始終輸入以下信息:

0 N  對應0 mV/V
額定力  對應額定輸出 C 單位 mV/V


在上述示例中,可以在測試記錄中找到以下值:

0 N  對應0 mV/V
50 kN  對應4.1399 mV/V

 

電壓比,即試驗記錄或校準證書中的1 V標準化過程,對調整提供了很大便利。

有源力傳感器的特性曲線設置

配有放大器模塊的力傳感器同樣需要在工廠進行校準。與無源傳感器一樣,特性曲線也記錄在隨附文件中。

在HBK,此類測量鏈是作為一個整體進行校準的,即記錄施加的力與電壓或電流輸出信號之間的關系。這種方法的優(yōu)點是測量放大器已經調整。是對整個測量鏈進行校準而不是對單個組件進行校準,可以簡化設置并提高精度。

如上所述,兩點校準是針對整個力測量鏈的,并不一定可以用于下游數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和可編程邏輯控制器。

因此,HBK提供了幾種類型的額定輸出值,用于下游設備參數(shù)調整:

1. 兩點校準,整數(shù)值的力

下表顯示了使用整數(shù)值進行力傳感器生產校準。本規(guī)范同時適用于有源和無源力傳感器。

2. 兩點校準,整數(shù)值(電流或電壓)輸出信號

該表描述了與表1相同的特性;但是,給出了整數(shù)值輸出信號;因此,力值不再是整數(shù)。

3. 以梯度形式靈敏度(壓電技術中常見方式)

例如,當力變化+1 N時,輸出信號的變化量,單位為伏特(或毫安)。當從壓電測量系統(tǒng)切換到應變系統(tǒng)或下游設備不允許使用兩點校準時,此信息尤其有用。

當然,你也會得到額定輸出,也就是在力為0時與額定力之間輸出信號的差值。與使用表1還是表2計算無關。這兩個表描述了相同的特性曲線。

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