壓電力傳感器以其高可靠性和靈活性著稱。安裝和操作都非常簡(jiǎn)單. 但是，為了保證更高的安全性，一些規(guī)則腰被考慮. 我們總結(jié)了關(guān)于如何使用壓電力傳感器的5條規(guī)則.
壓電力傳感器 在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有很多優(yōu)勢(shì):
- 壓電傳感器結(jié)構(gòu)緊湊
- 壓電測(cè)量鏈具有極高的抗過(guò)載能力，并且位移極小
- 由于非常結(jié)實(shí)，可以用于高動(dòng)態(tài)測(cè)量環(huán)境.
1. 初始應(yīng)力必須嗎?
HBM 現(xiàn)在有不同結(jié)構(gòu)的壓電 力傳感器 :
CFW 力墊圈 和 CFT 力傳感器.
CFT力傳感器 帶有標(biāo)定證書. 因?yàn)榇?B>力傳感器 已經(jīng)做過(guò)了預(yù)應(yīng)力，因此可以直接使用，也不需要重新標(biāo)定.
CFW 力墊圈 結(jié)構(gòu)平滑并且沒(méi)有加載預(yù)應(yīng)力.因此安裝時(shí)必須加載預(yù)應(yīng)力.
這類傳感器在安裝時(shí)必須進(jìn)行標(biāo)定.
為保證傳感器的線性和耐久性力墊圈預(yù)應(yīng)力加載是必須的。
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.
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
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), 也就是非零點(diǎn)相關(guān)測(cè)量. 由壓電測(cè)量鏈產(chǎn)生的漂移非常慢，因此即使非常高的要求下也不會(huì)影響測(cè)量精度.
電荷放大器圖示
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. 如果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 ，而采用鎵磷酸鹽作為材料，漂移最大為 13 mN/s .
為獲得更小的漂移，請(qǐng)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，由于電荷會(huì)通過(guò)過(guò)低的電阻進(jìn)行放電，導(dǎo)致測(cè)量鏈漂移。因此，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 (在包裝內(nèi)) 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, HBM 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，連接表面的污染一般不會(huì)發(fā)生.
3. 清潔污染端子
如果端子被污染，可以按照下列步驟進(jìn)行清潔:
- 第一步，擰下端子
- 用清潔墊( HBM 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: IPA200 from RS Components)
- 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, 其用于應(yīng)變片安裝點(diǎn)的清洗，但是不適合清洗壓電傳感器.
4. 為力傳感器優(yōu)化環(huán)境
傳感器溫度對(duì)特性曲線的影響:
溫度對(duì)傳感器的影響非常小，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. 另外，預(yù)應(yīng)力的 E 模量也和溫度具有關(guān)系.
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，電荷不會(huì)產(chǎn)生，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
- 每次測(cè)量后進(jìn)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.
彎矩能導(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，最大允許的表面壓力不允許超過(guò).
因?yàn)檩敵鲂盘?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，避免過(guò)載. 下面圖表顯示了最大可能的彎矩，和過(guò)程力有關(guān). 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)參考數(shù)據(jù)表中的最大側(cè)向力.
元件的選擇
壓電測(cè)量鏈 包括傳感器，電荷放大器和元件之間的連接電纜.
如果被測(cè)量的力的最大值被確定了，就可以從 CMA 系列產(chǎn)品中選擇適宜的模擬電荷放大器
如果采用 HBM 數(shù)字電荷放大器 CMD600 測(cè)量范圍就可以自由選擇. 另外 CMD600 還提供其他功能, 例如 strip chart, 測(cè)量值存儲(chǔ)，峰值/限位值, 測(cè)量范圍自動(dòng)識(shí)別功能 („Sensorteach 功能“).
傳感器可以按照客戶要求的最大過(guò)載和幾何尺寸來(lái)定制，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)和額定負(fù)載無(wú)關(guān).
CMD600 可以覆蓋所有的測(cè)量范圍 , 無(wú)需專門選擇.
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