壓電力傳感器以其高可靠性和靈活性著稱。安裝和操作都非常簡單. 但是，為了保證更高的安全性，一些規(guī)則腰被考慮. 我們總結(jié)了關(guān)于如何使用壓電力傳感器的5條規(guī)則.
壓電力傳感器 在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有很多優(yōu)勢:
- 壓電傳感器結(jié)構(gòu)緊湊
- 壓電測量鏈具有極高的抗過載能力，并且位移極小
- 由于非常結(jié)實，可以用于高動態(tài)測量環(huán)境.
1. 初始應(yīng)力必須嗎?
HBM 現(xiàn)在有不同結(jié)構(gòu)的壓電 力傳感器 :
CFW 力墊圈 和 CFT 力傳感器.
CFT力傳感器 帶有標(biāo)定證書. 因為此力傳感器 已經(jīng)做過了預(yù)應(yīng)力，因此可以直接使用，也不需要重新標(biāo)定.
CFW 力墊圈 結(jié)構(gòu)平滑并且沒有加載預(yù)應(yīng)力.因此安裝時必須加載預(yù)應(yīng)力.
這類傳感器在安裝時必須進(jìn)行標(biāo)定.
為保證傳感器的線性和耐久性力墊圈預(yù)應(yīng)力加載是必須的。
預(yù)應(yīng)力意味著安裝時另外一個機(jī)械部件必須和力傳感器平行安裝.
我們建議對力墊圈必須要加載至少10%的量程的預(yù)應(yīng)力. 力墊圈自身可以用來測量初始應(yīng)力.
測量力的部分被預(yù)應(yīng)力元件分流，因此在安裝時，預(yù)應(yīng)力和分流力都需要測量. 在安裝完成后標(biāo)定力墊圈是必須的,也就是比較傳感器的輸出信號和已知力. 測量結(jié)果的精度主要依據(jù)標(biāo)定精度.
2. 提高輸出信號質(zhì)量
壓電傳感器的電荷輸出 通過電荷放大器可以直接輸出等比例電壓信號.
壓電傳感器尤其適合動態(tài), 也就是非零點相關(guān)測量. 由壓電測量鏈產(chǎn)生的漂移非常慢，因此即使非常高的要求下也不會影響測量精度.
電荷放大器圖示
漂移會對電荷放大器產(chǎn)生影響. 如果安裝和連接正確的話，壓電傳感器自身不會顯示出漂移. 如果采用石英作為傳感器材料的話，測量鏈的 最大漂移 為 0.1 pC/s 或者 25 mN/s ，而采用鎵磷酸鹽作為材料，漂移最大為 13 mN/s .
為獲得更小的漂移，請注意以下兩點:
1. 與電荷放大器的磨合
在測量開始之前，電荷放大器必須運(yùn)行至少一個小時.
2. 連接的清潔
如果傳感器和電荷放大器之間電纜的絕緣電阻過低，由于電荷會通過過低的電阻進(jìn)行放電，導(dǎo)致測量鏈漂移。因此，為了保證壓電測量鏈更低的漂移，插頭和端子必須一直保持清潔.
請注意不要用手接觸開放的接觸表面，因為這樣會降低絕緣電阻
我們推薦使用保護(hù)帽 (在包裝內(nèi)) 只有當(dāng)電荷放大器和傳感器連接后，才能擰下. 當(dāng)連接被斷開，保護(hù)帽需要重新再擰.
壓電力傳感器和電荷放大器連接必須通過高質(zhì)量的同軸電纜連接, HBM 提供的電纜編號為 1-KAB143/3 . 如果電纜不能修理，必須進(jìn)行替換.
如果測量鏈一直通過電纜連接，傳感器一直存儲在保護(hù)帽中，連接表面的污染一般不會發(fā)生.
3. 清潔污染端子
如果端子被污染，可以按照下列步驟進(jìn)行清潔:
- 第一步，擰下端子
- 用清潔墊( HBM 訂購號 1-8402.0026)對端子的表面進(jìn)行清潔
- 用純異丙醇噴灑端子表面(例如: IPA200 from RS Components)
- 用新的清潔墊再次清洗
電纜插頭無需清洗，如果電纜被污染，需要立即替換.
清洗劑 RMS1, 其用于應(yīng)變片安裝點的清洗，但是不適合清洗壓電傳感器.
4. 為力傳感器優(yōu)化環(huán)境
傳感器溫度對特性曲線的影響:
溫度對傳感器的影響非常小，低于 0.2% / 10K ，在大多數(shù)情況下可以忽略不計.
溫度的變化會導(dǎo)致熱應(yīng)力. 另外，預(yù)應(yīng)力的 E 模量也和溫度具有關(guān)系.
重要的是，輸出信號只有在溫度變化時才會發(fā)生變化. 在靜態(tài)狀態(tài)下，電荷不會產(chǎn)生，因此溫度變化不會對測量產(chǎn)生影響 .
溫度的影響可以通過以下方法降低
- 傳感器在應(yīng)用溫度下足夠時間
- 在測量之前不要接觸，因為受熱會不均勻地加熱傳感器
- 每次測量后進(jìn)行復(fù)位
溫度變化導(dǎo)致的漂移非常低，尤其是測量時間只有幾分鐘或者測量力比較大的情況，因此一般不會對測量精度產(chǎn)生影響.
5. 注意負(fù)載限制
在壓電力傳感器中，石英體直接位于力流中. 測量體 (石英或 GaPO4) 決定著額定力的最大值.
彎矩能導(dǎo)致傳感器過載，因為石英體會被單邊強(qiáng)烈加載.
最大機(jī)械應(yīng)力通過由彎矩導(dǎo)致的應(yīng)力以及被測量的軸向力的負(fù)載應(yīng)力來進(jìn)行估算. 在任何環(huán)境下，最大允許的表面壓力不允許超過.
因為輸出信號和額定量程無關(guān)，因此可以選擇更高的額定力進(jìn)行測量，避免過載. 下面圖表顯示了最大可能的彎矩，和過程力有關(guān). 對于力墊圈最大的彎矩可以達(dá)到負(fù)載應(yīng)力的 50% .
如果彎矩由單邊力產(chǎn)生，側(cè)向力也能夠降低最大值.
由彎矩產(chǎn)生的測量誤差非常低，因為石英單邊的高應(yīng)力可以通過另一邊的低應(yīng)力來進(jìn)行補(bǔ)償.
如果力墊圈 (1-CFW/50kN)負(fù)載的彎矩為100 Nm, 這將產(chǎn)生 -2.3N 的輸出信號.請參考數(shù)據(jù)表中的最大側(cè)向力.
元件的選擇
壓電測量鏈 包括傳感器，電荷放大器和元件之間的連接電纜.
如果被測量的力的最大值被確定了，就可以從 CMA 系列產(chǎn)品中選擇適宜的模擬電荷放大器
如果采用 HBM 數(shù)字電荷放大器 CMD600 測量范圍就可以自由選擇. 另外 CMD600 還提供其他功能, 例如 strip chart, 測量值存儲，峰值/限位值, 測量范圍自動識別功能 („Sensorteach 功能“).
傳感器可以按照客戶要求的最大過載和幾何尺寸來定制，因為輸出信號和額定負(fù)載無關(guān).
CMD600 可以覆蓋所有的測量范圍 , 無需專門選擇.
了解 HBM 壓電力測量技術(shù)，請點擊:
|
