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力測量 | 高精度就是高效率
2022-03-23 17:09:54· 來源：HBM 測試與測量
為何極高精度力傳感器能夠開辟新的應用領域？高精密力傳感器能夠為您開辟新的應用領域。例如，來自HBM的 C10壓向力傳感器，可承受極高過載的同時，絲毫不影響測
為何極高精度力傳感器能夠開辟新的應用領域？
高精密力傳感器能夠為您開辟新的應用領域。例如，來自HBM的 C10壓向力傳感器，可承受極高過載的同時，絲毫不影響測量的精確度。另外一個優(yōu)勢是：面對多種不同的測量任務更具靈活性。這表明，高精度力傳感器不僅是技術上的杰作，并且還具有經濟優(yōu)勢。能夠更加清楚得辨別錯誤的來源。
高精度力傳感器的的優(yōu)勢
現代力傳感器達到了極高精度水平, 溫度對測量結果的影響非常小。所謂的TC0，即溫度對C10零點的影響最大僅為0.075%/10K，線性和相對可逆性誤差也極低。
測量鏈可承受高負載 能防止傳感器損壞。另外，C10力傳感器即使在20%量程范圍內，也具有足夠高的精度，獲取可靠的測量結果。
基于以上描述，傳感器的應用范圍也得到擴展: 也就是在不改變傳感器的情況下，執(zhí)行不同的測量任務，減少時間和費用。因為不需要對試驗臺進行更改，減少了傳感器類型的多樣性。
誤差的可能來源
了解力測量誤差的可能來源非常重要。基于應變的力傳感器可能誤差主要來自以下兩個方面：
和負載無關的誤差: 特定的輸出信號錯誤，但和加載力的大小無關
和實際值相關的誤差: 是指和加載的力相關，并和力測量值呈比例
溫度對零點的影響 是一個和負載無關的誤差: 其輸出一個特定值，這個值和加載的力大小無關。由于這個特定值不變，因此，當加載力較小（例如僅為 20% 額定量程），溫度對零點的影響 (TKZero) 產生的輸出信號就會顯得特別大。
例如，使用傳統技術的力傳感器的額定量程100 kN；我們假設TC0為0.5%。這意味著10K的溫度變化產生測量不確定性為額定量程的0.5%，數值為0.5 kN。如果施加的負載僅為20千牛，測量不確定度仍然是500N。由于力值較小，測量不確定度誤差將為2.5%。讓我們來看看使用C10時的情況，同樣是100 kN額定量程。其TC0的規(guī)定值僅為0.075%。因此，測量誤差75N，當負載為20kN時，C10 TC0誤差從2.5%下降到了0.375%。
除TC0外，線性誤差也與額定量程有關。因此，C10傳感器的測量誤差大幅減小。相對于實際值的誤差包括靈敏度（TCS）的溫度依賴性、蠕變，校準公差等。當評估一個誤差時，單個誤差將會導致整體誤差呈幾何級增加，也就是說，只有誤差最大的參數得到改善，才能顯著提高測量精度。在許多情況下，TC0、線性和滯后是最重要的。而這些誤差（如上所述）與額定量程有關，因此對這些參數的任何改進都將特別有效。
C10 測量誤差大幅降低
HBM對C10進行了重新設計，大幅降低了和滿量程有關的測量誤差。包括溫度對傳感器的影響，線性和滯后誤差等。
線性誤差 (in ppm)
滯后 (in ppm)
蠕變 (30 分鐘) in ppm
這些改進帶來的實際影響
圖1 通過技術改進增加了傳感器的測量范圍
圖中顯示了一個典型的測量任務：
測量時間：30 分鐘
溫度變化：10°C
傳感器：C10/25KN
傳感器加載到額定量程
該圖顯示了測量不確定度的函數。產品的重新設計產生了顯著的積極影響，在相同的測量不確定度情況下，可用測量范圍顯著增加。
圖2 高精度和低精度力測量系統的監(jiān)控過程
圖2顯示力測量過程：用于質量控制的力測量被顯示在X 軸。Y 軸顯示生產的數量。按照高斯鐘形曲線法生產部件的散射分布。 綠線表示允許誤差，力測量鏈的不確定性可以從左右兩側的紅色部分看出。為了評估監(jiān)控過程，必須估算測量精度。在評估過程中，只有在測量容差范圍內，才能被測定為OK (在圖中表示為藍色線)。可以非常容易看出，容差部分數量增加時，測量精度也隨之增加。被拒收的產品數量也和力測量鏈精度有關。
現代力傳感器，例如C10, S2M, S9M, 和 U10M都具有極高的精度。以上都考慮到了影響測量不確定性的因素。另外，當只加載部分額定量程時，能夠顯著增加抗過載能力。這樣也增加了可靠性。綜上所述，可以看出，高精度傳感器能增加測量范圍，或是增加測量范圍的百分比。
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