力傳感器如何安裝

發(fā)布時(shí)間：2023-09-22 點(diǎn)擊次數(shù)：835

力傳感器安裝

近年來，力傳感器已經(jīng)達(dá)到了更高的技術(shù)層次。由于具備了更高的校準(zhǔn)能力，傳感器獲得了更高的精度。一般來說，稱重傳感器無法在應(yīng)用中進(jìn)行標(biāo)定，而力傳感器則不然。為獲得更好，更可靠的測量結(jié)果，最重要的是在實(shí)際使用中，盡可能達(dá)到校準(zhǔn)安裝條件，并且偏差范圍要在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

力傳感器的測量精度很大程度依賴于安裝條件。不正確的安裝條件將會對測量精度帶來不利的影響，以及測量鏈的動態(tài)性能以及電磁場的敏感性等。

1. 力方向的影響

a. 力施加方向傾斜

力傳感器的操作手冊，例如 HBM 力傳感器 C2, 需要 "…力傳感器上的力需要盡可能地施加在測量方向."

這種情況有很多原因。首先，一旦施加的力和力傳感器測量方向不一致，將導(dǎo)致測量誤差升高。力測量方向和施加的力存在一個(gè)夾角，而傳感器一般來說是不測量側(cè)向力的。

在案例中，測量的力, Fin, 施加在傳感器存在角度 α。施加的力被分拆成分力 Fz 和Fx. 而真正測量出的力小于實(shí)際施加的力。等式為:

Fz = Fin ? cos(α)

因此測量的結(jié)果也由于cos(α) 因子，也會變小。

此外，在這些情況下，施加的側(cè)向力，可以計(jì)算出

Fx = Fin? sin(α)

從以下列出了 5 度以內(nèi)的測量誤差:

1° = 0.015 %

2° = 0.06 %

3° = 0.14 %

4° = 0.24 %

5° = 0.38 %

而現(xiàn)代的力傳感器 (S9M, S2M) 測量誤差僅有 0.02 %.

2. 側(cè)向力，彎矩和扭矩的影響

a. 側(cè)向力

側(cè)向力是垂直于施加在測量方向的力。德國標(biāo)準(zhǔn) VDI/VDE2638 中指的是加載點(diǎn)。

這些側(cè)向力一般是由于自身重量或是由于負(fù)載施加了一個(gè)角度產(chǎn)生的。并且會形成彎矩（因?yàn)楹苌賯?cè)向力是作用在應(yīng)變片的安裝高度上的）。根據(jù)不同的側(cè)向靈敏度，一個(gè)額外的誤差會產(chǎn)生。如果側(cè)向力為 Fz 的10%，在測量方向向一般在 Fz 的1%以下。

b. 彎矩

主要角度誤差可能會導(dǎo)致傳感器損壞。

圖中顯示了所施加的力。傳感器同樣被加載了彎矩。在傳感器水平安裝時(shí)，自身的重量和安裝附件將會產(chǎn)生彎矩，另外，偏心加載也會產(chǎn)生彎矩。

在這種情況下，扭矩 (在圖中順時(shí)針旋轉(zhuǎn) ) 將減輕左側(cè)的負(fù)載，而右側(cè)的負(fù)載將增大。旋轉(zhuǎn)對稱型力傳感器 (C2, U2B 或 U10M) 通過分布在四周的多個(gè)測量點(diǎn)對彎矩進(jìn)行補(bǔ)償，因此對彎矩非常不敏感。力傳感器 U10M 和 U10S 采用彎矩隊(duì)列技術(shù)，彎矩影響僅有 0.01 %。這個(gè)特點(diǎn)使其結(jié)合多個(gè)測量點(diǎn)是，結(jié)果總是平均值。

提醒注意的是，一個(gè)過大的彎矩?fù)p壞力傳感器。

還請注意的是，彎矩往往伴隨著側(cè)向力一起出現(xiàn)，會給傳感器帶來額外的負(fù)載，如下圖所示.

彎矩產(chǎn)生在左側(cè)，因?yàn)樵诎咐胸?fù)載是偏向加載的。

彎矩產(chǎn)生在左側(cè)，因?yàn)閮?nèi)部重量產(chǎn)生了杠桿。杠桿的長度是重心到傳感器的距離。彎矩是產(chǎn)生的力和杠桿的乘積。另外，作用在傳感器上重力作為側(cè)向力，這兩個(gè)寄生負(fù)載都需要考慮在內(nèi)。

c. 扭矩

對于拉壓向力傳感器的內(nèi)螺紋 (S9, S2, U10) 或是螺栓 (U15, Z4, U2B) 結(jié)構(gòu)傳感器安裝過程中，非常重要的一點(diǎn)是必須采用合適的扭矩進(jìn)行連接。請注意，鎖定連接將不會有扭矩傳遞給傳感器，但是不能超過最大扭矩，因?yàn)橐坏O限值超過的話，會損壞傳感器。

工作過程中，扭矩大部分是通過傳感器的幾何體和應(yīng)變片的安裝位置來補(bǔ)償?shù)摹?/p>

d. 扭矩，側(cè)向力和彎矩的交互作用

極限負(fù)載是和傳感器的額定負(fù)載相關(guān)聯(lián)的。傳感器可能被一種寄生負(fù)載影響，也可能被多個(gè)寄生負(fù)載同時(shí)影響。如果同時(shí)作用，適用以下情況:

任何一個(gè)極限負(fù)載都會破壞傳感器
如果多個(gè)同時(shí)影響，其總和不能超出 100 %。例如 : 50 % 允許扭矩，40 % 允許彎矩加上 10 % 允許側(cè)向力。

3. 壓向力測量采用壓頭連接

fig6 gr

壓向力傳感器在應(yīng)用中一般需要將負(fù)載加載到傳感器壓頭上。

在實(shí)際應(yīng)用中，有多種模塊加載到壓頭上，包括如下圖所示的加載頭。

加載頭一般是放置在力加載點(diǎn)上即可。必須要注意的是在傳感器和加載頭之間不能有任何多余物體。加載頭帶有旋轉(zhuǎn)軸承，可以改變角度，因此可以防止扭矩和彎矩應(yīng)用到傳感器上。

如果力傳感器在應(yīng)用中不帶有加載頭之類的模塊，應(yīng)用區(qū)域必須要滿足以下要求:

HBM 推薦硬度至少達(dá)到 43 HRC
工作區(qū)必須帶有地基
安裝時(shí)，相配合的部件不能升起，并且傳感器不能受到影響
如果可能，相配合的部件要能夠旋轉(zhuǎn)，以便防止扭矩和彎矩

一般來說，力傳感器只需要放置在應(yīng)用結(jié)構(gòu)中即可。只需將力導(dǎo)入到應(yīng)用結(jié)構(gòu)中即可。水平安裝也是可以接受的，在這種情況下，傳感器必須采用剛醒連接。

在任何情況下，傳感器的底部結(jié)構(gòu)部件只有能微小的變形。也就是說，應(yīng)保證足夠的剛度。

還有需要注意的是要保持表面平坦，耐受的最大不均勻性為0.005毫米。一個(gè)平坦的結(jié)構(gòu)表面能夠保證測量精度。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須比傳感器直徑大，并且需要不易變形。尤其是對于下部結(jié)構(gòu)來說。在傳感器設(shè)計(jì)中，不考慮變形狀態(tài)，因此相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，靈敏度，線性和滯后等可能改變

Essential requirement for the contact surface of a force transducer: sufficient size, evenness and stiffness.

4. 拉壓向力測量，采用螺紋連接

對于拉向測量應(yīng)用來說，凸接結(jié)構(gòu)顯然是不適合的。

一般來說，拉向力傳感器的連接是通過螺紋結(jié)構(gòu)完成。Z4A 或 U2B, 在頂部帶有外螺紋，底部帶有內(nèi)螺紋。而 U10M 和 U10S 在頂部和底部都配有內(nèi)螺紋。

內(nèi)螺紋更為緊湊。外螺紋結(jié)構(gòu)中，螺紋連接和應(yīng)變片安裝位置距離更遠(yuǎn)，對度量衡特性（如滯后）等有正面的影響。因此對于精度和重復(fù)性要求高的應(yīng)用中，應(yīng)該采用外螺紋。對于內(nèi)螺紋來說，應(yīng)該用作非關(guān)鍵側(cè)。.

對于內(nèi)螺紋:

對于螺栓連接的力傳感器，必須通過螺母對傳感器表面施加足夠的壓力，有兩種不同的方法可以完成 :

a. 螺栓連接施加的力要大于操作時(shí)的最大力

在傳感器兩側(cè)擰緊連接部件
施加的力要超過操作時(shí)最大的力(不要超過最大極限)
擰緊螺母，防止松動

對于所需的過載，見安裝手冊。

b. 采用合適的扭矩安裝

擰上連接部件
按照安裝手冊上的扭矩要求擰緊，防止螺母松動

注意的是，所需的扭矩不能夠通過傳感器來傳遞，否則，傳感器會受到損壞

對于帶有外螺紋的傳感器:

必須要采用一個(gè)螺母固定到位。對于純靜態(tài)測量來說，這不必要。所需扭矩見傳感器安裝手冊。

Z4A (右) 通過內(nèi)螺紋鎖緊, U2B (左) 采用外螺紋。

對于拉壓力測量應(yīng)用，HBM 為所有的傳感器提供膝眼，如果安裝中使用了一個(gè) 膝眼，扭矩將不會加載到傳感器上。

如果使用兩個(gè)膝眼，彎矩將不會被施加。

U10M 標(biāo)定中采用了兩個(gè)膝眼

膝眼不適合用于動態(tài)測量。因?yàn)殡S時(shí)間推移，軸承間隙會變大導(dǎo)致測量誤差。另外，膝眼的頻率響應(yīng)最大只有10 Hz.

對于動態(tài)測量來說，我們推薦使用柔性部件。

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