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如何正確調(diào)整力測量設備，以匹配力傳感器
力傳感器與稱重傳感器一個重要區(qū)別在于：當稱重傳感器在安裝前需要進行校準，而力傳感器在出廠前已經(jīng)經(jīng)過校準，并將結(jié)果記錄在隨附文件中。
因此，為了使力傳感器能保持在工廠校準期間確定的靈敏度，必須正確安裝力傳感器。并且在力傳感器的調(diào)試過程中，正確調(diào)整測量放大器也是非常重要的一步。通過這一步所謂的調(diào)整過程，可確保測量放大器或軟件能正確解釋力傳感器的輸出信號，以便獲得正確的測量值。
力傳感器的特性曲線
生產(chǎn)過程中的校準測量結(jié)果記錄在文件中，并隨力傳感器一起提供，其規(guī)定了所謂的額定輸出（符號C），單位為mV/V。
圖1 力傳感器特性曲線圖示
什么是額定輸出 (C)
基于應變的力傳感器是一種由測量放大器提供電壓的無源傳感器。額定輸出規(guī)定了當放大器的傳感器電源電壓正好為1V，且作用力從零變?yōu)閭鞲衅黝~定量程時，輸出信號mV的變化幅度。
測量放大器并不總是為傳感器提供1V電壓。在實踐中經(jīng)常使用2.5V或5V的激勵電壓。在這些情況下，輸出信號將相應地增加。額定輸出為2mV/V的傳感器在5V下工作時，可輸出電壓為10mV，而2.5V時則輸出5mV的輸出電壓。
在實際測量之前，需要對零點進行校準，也就是沒有施加負載前，放大器顯示值為0mV/V。測試和校準證書中力的零點總是對應0mV/V。然后逐步增加負載到額定量程，并測量輸出信號。額定輸出值為力零點到額定力輸出信號的差值。
圖2 C15/50kN測試報告
圖2所示為C15/50kN的試驗報告，該力傳感器的額定量程為50kN。測量額定輸出之前測量鏈處在零點平衡狀態(tài)下；即如果不施加力，輸出信號為0mV/V。在額定力下，即50kN，傳感器向測量放大器的輸出4.1399mV/V。激勵電壓通常大于1V，為2.5V、5V或10V。當施加額定力（50 kN）且勵磁電壓為5V時，我們示例中的C15將提供20.6695 mV的輸出電壓。
力傳感器的特性曲線不是一條完全的直線，與理想直線有一定的偏差。各種放大器和軟件解決方案（如 HBK QuantumX或PMX系統(tǒng)）可對這種線性誤差進行校正。
調(diào)整測量放大器
在測試期間或在生產(chǎn)環(huán)境中使用兩點校準已成為公認的標準。輸入因設備而異，但是始終輸入以下信息：
電壓比，即試驗記錄或校準證書中的1 V標準化過程，對調(diào)整提供了更大便利。
有源力傳感器的特性曲線設置
配有放大器模塊的力傳感器同樣需要在工廠進行校準。與無源傳感器一樣，特性曲線也記錄在隨附文件中。
在HBK，此類測量鏈是作為一個整體進行校準的，即記錄施加的力與電壓或電流輸出信號之間的關(guān)系。這種方法的優(yōu)點是測量放大器已經(jīng)調(diào)整。是對整個測量鏈進行校準而不是對單個組件進行校準，可以簡化設置并提高精度。
如上所述，兩點校準是針對整個力測量鏈的，并不一定可以用于下游數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和可編程邏輯控制器。因此，HBK提供了幾種類型的額定輸出值，用于下游設備參數(shù)調(diào)整：
圖3 下游電子設備額定輸出值調(diào)整
1. 兩點校準，整數(shù)值的力下表顯示了使用整數(shù)值進行力傳感器生產(chǎn)校準。本規(guī)范同時適用于有源和無源力傳感器。
2. 兩點校準，整數(shù)值（電流或電壓）輸出信號該表描述了與表1相同的特性；但是，給出了整數(shù)值輸出信號；因此，力值不再是整數(shù)。
3. 以梯度形式靈敏度（壓電技術(shù)中常見方式）例如，當力變化+1 N時，輸出信號的變化量，單位為伏特（或毫安）。當從壓電測量系統(tǒng)切換到應變系統(tǒng)或下游設備不允許使用兩點校準時，此信息尤其有用。當然，你也會得到額定輸出，也就是在力為0時與額定力之間輸出信號的差值。與使用表1還是表2計算無關(guān)。這兩個表描述了相同的特性曲線。
圖4 力傳感器調(diào)整-測試記錄的特性數(shù)據(jù)，靈敏度計算
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