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扭矩傳感器名詞和表達式

扭矩傳感器名詞和表達式

時間:2019-06-05 14:39 來源: 作者:廣州南創 點擊:

扭矩測量專有名詞深度解讀(一)

精度等級 vs. 整體精度

精度等級為產品分類提供了實用指南,在實際應用中,精度等級不可被認為是整體精度。因為其同時還會受到其他因素影響。

案例:

我們來看T10F扭矩傳感器的兩個不同版本,"S"(標準版本)以及"G"(即減小包括滯后的線性誤差),量程為100N·m到10kN·m。

在技術參數表中,"S"版本:溫度對零點的影響(TK0)精度為:0.05%, 溫度對靈敏度影響為(TKC)為0.1% , 包括滯后的線性誤差 (dlh). 為±0.1%,由于后兩個值,所以精度等級所以為0.1。而版本"G"對包括滯后的線性偏差(dlh)進行了改進,其值僅有 0.05%。

但溫度對靈敏度的影響(TKC) 仍然是0.1%。因此,版本“G”的精度等級仍然為0.1。

顯然, 版本"G"沒有對精度等級產生任何影響。但是不同的是:但僅TKC.這個值會對測量產生較大影響,但對某些應用來說,例如在部分負載范圍內進行測量時,其影響要小得多。

靈敏度C

額定扭矩和零扭矩下輸出信號值之間的跨度。通常,HBM扭矩傳感器規定了兩個單獨的靈敏度,一個用于順時針扭矩,另一個用于逆時針扭矩。


圖1:額定扭矩靈敏度

靈敏度C被表示為特性曲線的斜率。特性曲線為連接未加載的扭矩傳感器的輸出信號SM0和額定扭矩輸出信號Sn之間的直線。簡單表達式為

C = Sn − SM0

靈敏度和額定扭矩形成一對已知值,將扭矩和輸出信號對應在一起。如果給出兩對這樣的值,即可用來設置放大器。通常,第二對值是零扭矩和零輸出信號跨度(即輸出信號=初始扭矩信號)。

標稱靈敏度

傳感器靈敏度的標稱值。通常順時針和逆時針扭矩相等。但是,傳感器的標稱靈敏度僅在規定的公差范圍有效。

靈敏度誤差

實際靈敏度與標稱靈敏度的允許偏差。其是相對于標稱靈敏度的百分比。

 

對于HBM扭矩傳感器,在交付前測定了每個傳感器的實際靈敏度。該值記錄在測試證書或校準證書中。因此,在確定精度等級時,不考慮靈敏度公差。

溫度對靈敏度的影響

溫度對靈敏度的影響是實際輸出信號的變化,也就是在額定扭矩下,溫度變化10K對輸出信號產生的最大影響量。

溫度對靈敏度的影響(也稱為溫度靈敏度系數)是傳感器施加負載時,溫度變化對輸出信號的影響。輸出信號必須通過減去相應溫度下的初始扭矩信號來進行校正。

有效溫度是指傳感器溫度。HBM定義的傳感器靜態溫度是指15分鐘內的傳感器最大溫度變化不超過0.1K。偏差量以實際輸出信號的百分比表示。

溫度對靈敏度的影響會導致特性曲線的斜率變化(見圖2)。當傳感器在明顯不同于參考溫度下運行時,這一點尤為重要。但是,對于部分量程,它的影響很小,因為產生的偏差是實際輸出信號的百分比。

請注意,通常溫度對靈敏度的影響和溫度對零點的影響(TK0) 是相互疊加的。

舉例:

一個額定扭矩為1kN⋅m的扭矩傳感器,溫度對靈敏度的影響TKC≤0.1%,參考溫度為23°C,額定溫度范圍為+10°C至+60°C。

如果傳感器在33°C(或13°C)的溫度下工作,溫度變化引起的靈敏度偏差可能高達0.1%。

對于1kNm的扭矩(額定扭矩),這相當于1N⋅m。但是,對于200Nm的扭矩,偏差僅為0.2N⋅m,因為TKC始終是指實際輸出信號的百分比偏差,這是因為靈敏度基于的是直線斜率。在43°C(與額定溫度相差20K)下使用相同的傳感器,在最壞的情況下,可能導致最大偏差高達0.2%。并且不適用于在3°C下使用,因為該溫度不在額定溫度范圍內。

溫度對零點信號的影響

溫度對零點信號的影響是指傳感器在10K溫度變化情況下,傳感器空載輸出信號與額定靈敏度的相對變化量。參數表中的規定值是指額定溫度范圍內可能的最大值。

溫度對零點信號的影響(也稱為零點信號的溫度系數)是指在靜止溫度狀態下,測量溫度變化10K導致的零扭矩(傳感器空載)實際輸出信號的變化。這里的溫度是傳感器溫度。HBM定義的靜止溫度狀態是指15分鐘內的最大溫度變化不超過0.1K。

圖2:溫度對靈敏度的影響TKC 

 

溫度對零點的影響TK0.

溫度對零點信號的影響會導致特性曲線平移(見圖2)。當傳感器不在參考溫度下運行時,這一點尤為重要。在工作溫度下通過去皮或調零,可以消除由溫度對零點信號影響而產生的測量誤差。

請注意,通常溫度對零點的影響和溫度對靈敏度的影響 (TKC) 是相互疊加的。

例子:

一個額定扭矩為1kN⋅m的扭矩傳感器,溫度對零點的影響TK0 ≤0.05%, 參考溫度為23°C,額定溫度范圍為+10°C至+60°C。

如果傳感器在33°C(或13°C)的溫度下工作,零點信號偏差可能高達標稱靈敏度的0.05%,對應于0.5Nm的偏差。該偏差與傳感器加載的扭矩無關。在43°C(與額定溫度相差20K)下使用相同的傳感器,在最壞的情況下,可能導致最大偏差高達0.1%。其不適用于在3°C下使用,因為該溫度不在標稱溫度范圍內。

線性誤差

扭矩傳感器特性曲線最大偏差的絕對值,特性曲線近似為一條直線。其被表示為靈敏度C的百分比。

為了確定線性誤差,負載需要從零增加到額定扭矩并進行了一系列測量;鶞手本是穿過初始點的最佳擬合直線。規定的線性偏差是實際輸出信號與參考直線的最大偏差。也可以描述為公差帶(偏離直線的上下偏差量之和)寬度的一半,該寬度與基準直線對稱。

 

在實際應用中必須考慮線性偏差,因為特性曲線被假定為直線。如何線性偏差過大,將會對測量結果產生很大的影響。


圖3:  線性誤差的測定

 

包括滯后在內的線性誤差

包括滯后在內的線性誤差為輸出信號值相對于參考直線的最大偏差(絕對值);鶞手本是指穿過起點的最佳擬合直線(見圖5)。同時考慮了線性誤差和滯后。指定值被表示為靈敏度C的百分比。

測定線性偏差(包括滯后)的負載循環從零一直增加到額定負載,然后再釋放到零(見圖5)。線性誤差是實際輸出信號與參考直線之間的最大偏差。

圖 5  在一個加載周期內,

測定包括滯后在內的線性誤差

包括滯后在內的線性誤差也可以理解為公差帶寬度的一半,該寬度與參考直線對稱(見圖5)。與線性誤差測定程序的唯一不同之處在于,這里包括減小扭矩的測試過程。此差異對參考直線計算和參考直線誤差都會產生影響。

  • 為確定該值,HBM按照以下規范進行:
  • 傳感器在三個循環加載過程中以逆時針方向預加載扭矩,從零到100%的額定扭矩,然后釋放回零扭矩。預加載的目的是消除安裝(如螺栓沉降和接觸面光滑)的影響
  • 一個負載周期,扭矩逆時針加載,并記錄預負載步級下測量信號的相應值(在HBM生產中進行測試時,這些步驟的扭矩為額定值的的 0%、50%、100%、50% 和 0%
  • 根據上述定義分別計算順時針扭矩和逆時針扭矩的最佳擬合直線
  • 通過順時針扭矩和逆時針扭矩分別確定與最佳擬合直線的最大偏差量
  • 包括滯后在內的線性誤差很重要,因為通常在調整測量鏈時,均假定特性曲線為直線

例子:

以T10FS扭矩法蘭為例,包括滯后的最大允許線性誤差≤0.05%,額定靈敏度為5kHz。由于線性誤差和滯后引起的輸出信號誤差最多可達2.5Hz。

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