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應(yīng)變還是力傳感器?如何做出正確決定
1. 應(yīng)變傳感器的作用原理，優(yōu)勢(shì)和局限性
應(yīng)變式傳感器，例如 HBM 的 SLB，適合多種測(cè)量任務(wù)。通過(guò)螺絲可以非常簡(jiǎn)單地安裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上。典型的應(yīng)用包括壓機(jī)、焊接機(jī)、料罐等。當(dāng)壓力作用在結(jié)構(gòu)上時(shí)將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變，應(yīng)變傳感器將這種形變轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)，獲得壓力值。
應(yīng)變傳感器的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的:
與力傳感器相比，應(yīng)變傳感器的價(jià)格要低得多，尤其與大力值傳感器相比。
應(yīng)變傳感器不會(huì)影響系統(tǒng)的剛度。因此，機(jī)器的動(dòng)態(tài)特性不會(huì)受到影響。
大力值傳感器需要一定的空間來(lái)進(jìn)行安裝。這意味著，測(cè)量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生改變。
另外，應(yīng)變傳感器的劣勢(shì)也很明顯:
與力傳感器相比，應(yīng)變傳感器的精度要低得多。
應(yīng)變傳感器在安裝后需要進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過(guò)程中需要一個(gè)力傳感器，例如 C6A等。然后進(jìn)行信號(hào)比對(duì)，來(lái)將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為力值。當(dāng)然也可采用一個(gè)已知重量的物體進(jìn)行校準(zhǔn)。顯然，應(yīng)變傳感器的精度不可能超過(guò)校準(zhǔn)過(guò)程的精度。
2. 內(nèi)置儀表的應(yīng)變傳感器
在精度要求不是最重要的情況下，應(yīng)變傳感器往往是第一選擇。并且需要放大器將應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)。
HBM SLB 應(yīng)變傳感器內(nèi)置高效放大器，信號(hào)輸出為 4...20 mA 和 0...10 V 。其產(chǎn)品型號(hào)編碼帶有 VA 字樣。如 (SLB700A/06VA)。
通常來(lái)說(shuō)，應(yīng)變傳感器并聯(lián)是不需要的。如果必須采用，可以采用不帶放大器的應(yīng)變傳感器 SLB700A 。
應(yīng)變傳感器并聯(lián)
在許多應(yīng)用中，不需要測(cè)量潛在的彎曲應(yīng)變。通過(guò)兩只應(yīng)變傳感器可以很容易地補(bǔ)償彎曲應(yīng)變。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，應(yīng)變傳感器需要安裝在一個(gè)對(duì)稱(chēng)的組件上，彼此正好相反，并且并聯(lián)在一起。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，SLB應(yīng)變傳感器帶有1000Ω高輸入電阻。即使四個(gè)傳感器并聯(lián)，橋路放大器的電阻為 250Ω - 大多數(shù)橋路放大器都可提供。
是否使用集成放大器的應(yīng)變傳感器取決于信號(hào)調(diào)理的要求。
通常來(lái)說(shuō)，使用帶放大器的應(yīng)變傳感器是理想的選擇，也是最具成本效益的解決方案。
SLB700A/06VA 有源應(yīng)變傳感器，內(nèi)置儀表
SLB700A 應(yīng)變傳感器 - 大力值測(cè)量極具成本效益的傳感器
3. HBM 的“Teach” 方法: 無(wú)論應(yīng)用，都具有極高的輸出信號(hào)
傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器內(nèi)置的是一個(gè)非可調(diào)的放大模塊 - 例如 500 µm/m 對(duì)應(yīng)著 10 V 輸出，因此最大的輸出信號(hào)是無(wú)法改變的。如上，如果應(yīng)變值為 200 µm/m，那么輸出電壓就為 4V。但當(dāng)測(cè)量鏈中某個(gè)部件的分辨率較低，或是噪聲過(guò)大時(shí)，結(jié)果往往不令人滿意。
HBM SLBVA 有源應(yīng)變傳感器內(nèi)置的放大器設(shè)法繞過(guò)了這個(gè)問(wèn)題，其能夠在任何時(shí)候都提供最大可能得輸出信號(hào)，無(wú)論其應(yīng)用如何。
此傳感器有 5個(gè)(電流版本)或6個(gè)(電壓版本)輸入和輸出：
在電流版本中，當(dāng)供電電壓為0V 輸入 (黑線)時(shí)，測(cè)量電路關(guān)閉。讓我們看看所謂的 “Teach2 input, IN2。這個(gè)輸入允許傳感器調(diào)整到任何測(cè)量范圍。為此，HBM 開(kāi)發(fā)了一個(gè)非常方便的方法，所謂“Teach”的方法：
首先，傳感器以通常方式安裝。當(dāng)機(jī)器上的負(fù)荷減少到零時(shí)。一個(gè)長(zhǎng)脈沖(至少 +10 V)的“Teach”輸入使儀表保存零點(diǎn)。
隨后，施加最大負(fù)載，并將另一個(gè)短脈沖(至少10 V，小于1秒)發(fā)送到“Teach”輸入。然后儀表將在此兩點(diǎn)之間進(jìn)行調(diào)整。
從這里您可以看出，這種方法將使下一級(jí)的輸入范圍得到充分利用，保證最大的輸出信號(hào)，而不管應(yīng)變水平如何。
4. 關(guān)于 “Teach” 方法的更多提示和技巧
采用“Teach”方法，在測(cè)量范圍的上下部分總是有一個(gè)10%的緩沖區(qū)。
特征曲線，即應(yīng)變和輸出信號(hào)的比值，也可以是負(fù)的。縮短和伸長(zhǎng)都可以轉(zhuǎn)化為正信號(hào)。考慮縮短(負(fù)應(yīng)變)或伸長(zhǎng)(正應(yīng)變)并沒(méi)有太大意義，決定性因素是定義為零點(diǎn)的點(diǎn)。另外，內(nèi)置的低噪聲測(cè)量放大器的帶寬為2千赫，因此非常適合于動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程。
跨度存儲(chǔ)是非常必要的，即最小值(零點(diǎn))和最大值(最大作用力)之間的差異。另外，零點(diǎn)不會(huì)永久存儲(chǔ)，斷電后會(huì)丟失。因此，停電后必須重置為零。但是，不需要重新校準(zhǔn)。
另外還應(yīng)注意到，傳感器存在一個(gè)較低的應(yīng)變極限。這個(gè)限制是有意義的，否則，電子的噪音可能變得太強(qiáng)。零位和在最大受力應(yīng)變應(yīng)該至少相差50µM / M，在鋼結(jié)構(gòu)終，這相當(dāng)于材料的壓力約10N/平方毫米，因此其非常適合堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)。
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