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采用应变传感器进行力测量的优势和劣势

采用应变传感器进行力测量的优势和劣势

  应变还是力传感器?如何做出正确决定

应变传感器的作用原理,优势和局限性

  1. 应变传感器的作用原理,优势和局限性

  应变式传感器,例如 HBM 的 SLB,适合多种测量任务。通过螺丝可以非常简单地安装到现有结构上。典型的应用包括压机、焊接机、料罐等。当压力作用在结构上时将会导致结构产生形变,应变传感器将这种形变转换成可测量的电信号,获得压力值。

  应变传感器的优点是显而易见的:

  与力传感器相比,应变传感器的价格要低得多,尤其与大力值传感器相比。

  应变传感器不会影响系统的刚度。因此,机器的动态特性不会受到影响。

  大力值传感器需要一定的空间来进行安装。这意味着,测量系统的整体结构将会产生改变。

  另外,应变传感器的劣势也很明显:

  与力传感器相比,应变传感器的精度要低得多。

  应变传感器在安装后需要进行校准,校准过程中需要一个力传感器,例如 C6A等。然后进行信号比对,来将应变转化为力值。当然也可采用一个已知重量的物体进行校准。显然,应变传感器的精度不可能超过校准过程的精度。

  2. 内置仪表的应变传感器

  在精度要求不是最重要的情况下,应变传感器往往是第一选择。并且需要放大器将应变信号转换为电压或电流信号。

  HBM SLB 应变传感器内置高效放大器,信号输出为 4...20 mA 和 0...10 V 。其产品型号编码带有 VA 字样。如 (SLB700A/06VA)。

  通常来说,应变传感器并联是不需要的。如果必须采用,可以采用不带放大器的应变传感器 SLB700A 。

  应变传感器并联

  在许多应用中,不需要测量潜在的弯曲应变。通过两只应变传感器可以很容易地补偿弯曲应变。为了实现这一点,应变传感器需要安装在一个对称的组件上,彼此正好相反,并且并联在一起。另一个优势是,SLB应变传感器带有1000Ω高输入电阻。即使四个传感器并联,桥路放大器的电阻为 250Ω - 大多数桥路放大器都可提供。

  是否使用集成放大器的应变传感器取决于信号调理的要求。

  通常来说,使用带放大器的应变传感器是理想的选择,也是最具成本效益的解决方案。

SLB700A/06VA 有源应变传感器,内置仪表
SLB700A/06VA 有源应变传感器,内置仪表

SLB700A 应变传感器 - 大力值测量极具成本效益的传感器
SLB700A 应变传感器 - 大力值测量极具成本效益的传感器

  3. HBM 的“Teach” 方法: 无论应用,都具有极高的输出信号

  传统的应变传感器内置的是一个非可调的放大模块 - 例如 500 µm/m 对应着 10 V 输出,因此最大的输出信号是无法改变的。如上,如果应变值为 200 µm/m,那么输出电压就为 4V。但当测量链中某个部件的分辨率较低,或是噪声过大时,结果往往不令人满意。

  HBM SLBVA 有源应变传感器内置的放大器设法绕过了这个问题,其能够在任何时候都提供最大可能得输出信号,无论其应用如何。

  此传感器有 5个(电流版本)或6个(电压版本)输入和输出:

  在电流版本中,当供电电压为0V 输入 (黑线)时,测量电路关闭。让我们看看所谓的 “Teach2 input, IN2。这个输入允许传感器调整到任何测量范围。为此,HBM 开发了一个非常方便的方法,所谓“Teach”的方法:

  首先,传感器以通常方式安装。当机器上的负荷减少到零时。一个长脉冲(至少 +10 V)的“Teach”输入使仪表保存零点。

  随后,施加最大负载,并将另一个短脉冲(至少10 V,小于1秒)发送到“Teach”输入。然后仪表将在此两点之间进行调整。

  从这里您可以看出,这种方法将使下一级的输入范围得到充分利用,保证最大的输出信号,而不管应变水平如何。

  4. 关于 “Teach” 方法的更多提示和技巧

  采用“Teach”方法,在测量范围的上下部分总是有一个10%的缓冲区。

  特征曲线,即应变和输出信号的比值,也可以是负的。缩短和伸长都可以转化为正信号。考虑缩短(负应变)或伸长(正应变)并没有太大意义,决定性因素是定义为零点的点。另外,内置的低噪声测量放大器的带宽为2千赫,因此非常适合于动态测量过程。

  跨度存储是非常必要的,即最小值(零点)和最大值(最大作用力)之间的差异。另外,零点不会永久存储,断电后会丢失。因此,停电后必须重置为零。但是,不需要重新校准。

 

  另外还应注意到,传感器存在一个较低的应变极限。这个限制是有意义的,否则,电子的噪音可能变得太强。零位和在最大受力应变应该至少相差50µM / M,在钢结构终,这相当于材料的压力约10N/平方毫米,因此其非常适合坚硬的结构。

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