在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，壓電力傳感器憑借其結(jié)構(gòu)緊湊、抗過(guò)載能力強(qiáng)、位移小以及可用于高動(dòng)態(tài)測(cè)量環(huán)境等諸多優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮著重要作用。但想要讓它穩(wěn)定、精準(zhǔn)地工作，安裝環(huán)節(jié)至關(guān)重要。今天就來(lái)給大家分享安裝壓電力傳感器必須遵守的 5 個(gè)規(guī)則。

1.初始應(yīng)力：安裝必備的「穩(wěn)定器」

CFW力墊圈結(jié)構(gòu)平滑且沒(méi)有加載預(yù)應(yīng)力，因此安裝時(shí)需要加載預(yù)應(yīng)力。這類傳感器在安裝時(shí)必須進(jìn)行標(biāo)定。力墊圈預(yù)應(yīng)力加載是保證傳感器的線性和耐久性的必要條件。預(yù)應(yīng)力意味著安裝時(shí)另外一個(gè)機(jī)械部件必須和力傳感器平行安裝。我們建議對(duì)力墊圈必須要加載至少10%的量程的預(yù)應(yīng)力。力墊圈自身可以用來(lái)測(cè)量初始應(yīng)力。

此時(shí)，測(cè)量力的部分被預(yù)應(yīng)力元件分流，因此在安裝時(shí)，預(yù)應(yīng)力和分流力都需要測(cè)量。在安裝完成后標(biāo)定力墊圈是必須的，也就是比較傳感器的輸出信號(hào)和已知力。測(cè)量結(jié)果的精度主要依據(jù)標(biāo)定精度。

2.提高輸出信號(hào)質(zhì)量

電荷放大器圖示

壓電傳感器的電荷輸出通過(guò)電荷放大器可以直接輸出等比例電壓信號(hào)。壓電傳感器尤其適合動(dòng)態(tài)測(cè)量, 也就是非零點(diǎn)相關(guān)測(cè)量。由壓電測(cè)量鏈產(chǎn)生的漂移非常低，因此即使非常高的要求下，也不會(huì)影響測(cè)量精度。漂移會(huì)對(duì)電荷放大器產(chǎn)生影響。如果安裝和連接正確的話，壓電傳感器自身不會(huì)顯示出漂移。若采用石英作為傳感器材料的話，測(cè)量鏈的最大漂移為 0.1 pC/s 或者 25 mN/s ；若采用鎵磷酸鹽作為材料，漂移最大為 13 mN/s。

為實(shí)現(xiàn)更低的漂移，需要注意以下兩點(diǎn)：

1）與電荷放大器的磨合：在測(cè)量開始之前，電荷放大器必須運(yùn)行至少一個(gè)小時(shí)。

2）連接的清潔：如果傳感器和電荷放大器之間電纜的絕緣電阻過(guò)低，因?yàn)殡姾蓵?huì)通過(guò)過(guò)低的電阻進(jìn)行放電，測(cè)量鏈會(huì)出現(xiàn)漂移。為了保證壓電測(cè)量鏈更低的漂移，插頭和端子必須一直保持清潔。請(qǐng)注意不要用手接觸開放的接觸表面，因?yàn)檫@樣會(huì)降低絕緣電阻。我們推薦使用保護(hù)帽 (隨貨提供) 只有當(dāng)電荷放大器和傳感器連接后，才能擰下。當(dāng)連接被斷開，保護(hù)帽需要重新再擰。壓電力傳感器和電荷放大器連接必須通過(guò)高質(zhì)量的同軸電纜連接, 我們提供的電纜編號(hào)為 1-KAB143/3。如果電纜不能修理，必須進(jìn)行替換。如果測(cè)量鏈一直通過(guò)電纜連接，傳感器一直存儲(chǔ)在保護(hù)帽中，通常不會(huì)出現(xiàn)接觸表面污染的情況。

3.清潔污染的端子

然而，即使非常小心，端子仍然可能出現(xiàn)污染。如果端子被污染，可以按照下列步驟進(jìn)行清潔：

先擰下端子

用清潔墊(訂購(gòu)號(hào) 1-8402.0026)對(duì)端子的表面進(jìn)行清潔

用純異丙醇噴灑端子表面(例如：RS Components 的 IPA200 )

用新的清潔墊再次清洗

電纜插頭無(wú)需清洗，如果電纜被污染，需要立即替換。清洗劑RMS1適用于應(yīng)變片安裝點(diǎn)的清洗，不適合清洗壓電傳感器。

4.優(yōu)化力傳感器的工作環(huán)境

傳感器溫度對(duì)特性曲線的影響：溫度對(duì)傳感器靈敏度的影響非常小，低于0.2% / 10K ，在大多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)。溫度的變化會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力。此外，預(yù)加應(yīng)力元件的彈性模量也與溫度有關(guān)。重要的是，輸出信號(hào)只有在溫度變化時(shí)才會(huì)發(fā)生變化。在靜態(tài)狀態(tài)下，不會(huì)產(chǎn)生電荷，因此溫度變化不會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。

溫度的影響可以通過(guò)以下方法降低：

傳感器在應(yīng)用溫度下足夠時(shí)間

在測(cè)量之前不要接觸，因?yàn)槭軣釙?huì)不均勻地加熱傳感器

在每個(gè)測(cè)量周期之前執(zhí)行復(fù)位

溫度變化導(dǎo)致的漂移非常低，尤其是測(cè)量時(shí)間只有幾分鐘或者測(cè)量力比較大的情況，因此一般不會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。

5.注意負(fù)載限制

在壓電力傳感器中，石英體直接位于力流中，測(cè)量體 (石英或 GaPO4) 決定著額定力的最大值。施加的彎矩可能會(huì)導(dǎo)致傳感器過(guò)載，因?yàn)槭Ⅲw會(huì)被單邊強(qiáng)烈加載。最大機(jī)械應(yīng)力通過(guò)由彎矩導(dǎo)致的應(yīng)力以及被測(cè)量的軸向力的負(fù)載應(yīng)力來(lái)進(jìn)行估算。在任何環(huán)境下，都不得超過(guò)最大允許的表面壓力。由于輸出信號(hào)和額定量程無(wú)關(guān)，因此可以選擇更高的額定力進(jìn)行測(cè)量以避免過(guò)載。上圖展示了最大可能的彎矩和過(guò)程力的關(guān)系。對(duì)于力墊圈最大的彎矩可以達(dá)到負(fù)載應(yīng)力的 50% 。

如果彎矩由單邊力產(chǎn)生，側(cè)向力也能夠降低最大值。由彎矩產(chǎn)生的測(cè)量誤差非常低，因?yàn)槭芜叺母邞?yīng)力可以通過(guò)另一邊的低應(yīng)力來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。如果力墊圈 (1-CFW/50kN)負(fù)載的彎矩為100 Nm, 這將產(chǎn)生 -2.3N 的輸出信號(hào)。請(qǐng)參考產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中的最大側(cè)向力。

掌握這5個(gè)安裝和使用要點(diǎn)，壓電式力傳感器就能在你的工作中發(fā)揮更大價(jià)值，也就能更好地為我們的工業(yè)測(cè)量服務(wù)。