Visninger: 0 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 26-10-2026 Oprindelse: websted
En pres-fit station skal bekræfte, at en lille del sidder korrekt. En forbindelsestest skal fange indførings- og udtrækningskræfter. En knaptest skal måle kontaktkraften inde i en armatur med lidt plads til overs. I hvert tilfælde skal sensoren passe til den tilgængelige plads, mens den måler den kraft, der betyder noget.
En miniature kraftsensor kan give den måling, men dens størrelse er kun udgangspunktet. Belastningsretning, montering, spidskraft, målekvalitet og det elektriske interface afgør alt, om det vil fungere i udstyret. Denne vejledning fokuserer på strain-gauge miniature kraftsensorer, der bruges til industriel måling og automatisering.
En miniature kraftsensor er en kompakt transducer, der konverterer en påført mekanisk kraft til et elektrisk signal. Det kan også kaldes en miniature-vejecelle eller en lille krafttransducer. Afhængigt af dens design måler den kompression, spænding eller begge dele. Monteringsarrangementet skal lede den tilsigtede kraft gennem sin følestruktur.
Miniature beskriver den fysiske konvolut snarere end et universelt måleområde. Sensorer med lignende udvendige dimensioner kan have forskellig kapacitet, stivhed og overbelastningsgrænser. Et lavprofildesign kan spare højde, men kræve mere sideplads, mens et smalt cylindrisk design kan have behov for yderligere frigang til gevind, kabler eller en læssespids.
For eksempel viser FIBOS produktkatalog FA101 med en kropsdiameter på 8 mm og en samlet højde på 6 mm, mens FA107A har en kropsdiameter på 20 mm og en samlet højde på 5 mm. Begge er kompressionsdesign, men deres monteringsdetaljer er forskellige. Disse dimensioner beskriver disse katalogmodeller; de er ikke en størrelsesstandard for miniaturesensorer.
Figur 1. FA101 og FA107A kropsmål fra kataloget.
En kraftsensor måler en påført belastning, typisk udtrykt i newton. En væsketryksensor måler trykket i en gas eller væske, typisk udtrykt i pascal, bar eller psi. Selvom tryk og kraft er relateret gennem areal, giver måling af kontaktkraft ikke automatisk en kontakttrykfordeling. Registreringsmetoden og den nødvendige mængde skal stemme overens.
Figur 2. Kontaktkraft og væsketryk er forskellige målte størrelser.
I en strain-gauge sensor frembringer belastningen en lille elastisk deformation i et metalfølerelement. Bondede strain gauges ændrer den elektriske modstand, når elementet deformeres. Et brokredsløb konverterer denne modstandsændring til en lille differentialspænding. Inden for de specificerede betingelser etablerer kalibrering forholdet mellem dette signal og den påførte kraft.
Figur 3. Påført kraft bliver en brugbar aflæsning gennem sensing, konditionering og kalibrering.
En sensor i knapstil måler en skubbekraft, der påføres gennem en udpeget belastningsfunktion. Det kan være nyttigt under et testhoved eller i et kompakt kompressionsarmatur. Den tilsigtede kontaktflade, støtteområde og kabelafstand skal forblive korrekte efter installationen. Miniature knapkraftsensorer skal sammenlignes med både deres mekaniske tegning og deres målespecifikationer.
Til en push-pull-test skal du vælge en sensor, der udtrykkeligt er specificeret for begge retninger. In-line-design med gevind kan forbindes mellem to armaturer, mens de er kompakte S-type design giver et andet arrangement for spænding og kompression. Ikke alle sensorer i begge kategorier er miniature, og en kun kompressionsknapsensor kan ikke antages at måle spændingen blot ved at vende displaytegnet.
Figur 4. Sensorer med lignende udseende kan have brug for forskellige monteringsarrangementer.
Tjek hvilke overflader der understøtter sensoren, hvor kraften kommer ind, og hvilke områder der skal forblive frie. FIBOS FA101-katalogtegningen viser en forsænket installation, mens FA107A-tegningen viser skruemontering. FA201 bruger gevindforbindelser til spænding og kompression. Disse eksempler illustrerer, hvorfor monteringsvejledningen hører til modellen i stedet for hver sensor med et lignende udseende.
En sensor i den pressede belastningsbane kan spore, hvordan kraften ændres, når en komponent samles. Evaluering af kraft sammen med forskydning kan hjælpe med at skelne et forventet samlingsmønster fra en fejljusteret del, forhindring eller ufuldstændig sæde. Der skal udvikles acceptgrænser for de faktiske dele og processen; kraftmåling alene beviser ikke samlingskvalitet.
Konnektor- og komponenttest kan kræve kraftmålinger i begge retninger. Armaturerne skal gribe fat i prøveemnet uden at tilføje uønskede bøjnings- eller gnidningskræfter. Den relevante specifikation kan være spidskraft, kraft over en defineret vandring eller repeterbarhed på tværs af cyklusser. Testhastighed og justering bør kontrolleres, så resultaterne kan sammenlignes meningsfuldt.
En kompakt sensor kan måle den kraft, der kræves for at aktivere en knap eller komme i kontakt med en lille del. Spidsform, læsseposition og bevægelseshastighed påvirker testen. Hvis en kraft-versus-vandringskurve er påkrævet, parres kraftmåling med passende forskydningsmåling og synkroniseret optagelse. Selve kraftsensoren måler ikke vandring.
Figur 5. Definer opgave- og opspændingsbetingelserne, før du vælger sensoren.
Figur 6. En anden kundeleveret kraftsensorinstallationsvisning.
Start med en skitse af den komplette samling. Marker den tilsigtede kraft, støttepunkterne og enhver kontakt, der kan bære belastning omkring sensoren. Beslut om du har brug for kompression, spænding eller begge dele. Hvis kræfter eller momenter i flere retninger er en del af den påkrævede måling, skal du evaluere en flerakset løsning i stedet for at forvente, at en enkeltakset sensor rapporterer dem separat.
Angiv den normale driftsbelastning, forspændings- eller armaturbelastning, forventede spidsbelastninger og unormale hændelser som f.eks. blokering eller stød. Kontroller den valgte sensors tilladte belastningsforhold, overbelastningsgrænser og udmattelseskrav, hvor det er relevant. Der er ingen enkelt kapacitetsmultiplikator, der passer til enhver mekanisme. En sikker overbelastning er ikke en udvidelse af det kalibrerede måleområde.
Definer også den mindste arbejdskraft eller kraftændring, du skal måle. En større kapacitet kan give plads til spidsbelastninger, men den samme lille kraft bruger så mindre af outputspændet, når den nominelle følsomhed er sammenlignelig. Evaluer støj, opløsning og fejl i kraftenheder på det pågældende arbejdspunkt. Vælg en rækkevidde, der rummer den fulde belastningskonvolut, mens den stadig opfylder kravet til måling af lille kraft.
Figur 7. Overvej normale belastninger, forventede toppe og unormale hændelser separat.
Disse udtryk besvarer forskellige spørgsmål. Nøjagtighed vedrører aftale med en reference under angivne betingelser. Repeterbarhed vedrører konsistensen af gentagne målinger under de samme forhold. Opløsning vedrører den mindste ændring, som hele målesystemet kan skelne. Et display med flere decimaler giver ikke automatisk bedre nøjagtighed.
Læs om en fejlspecifikation er baseret på fuld skala eller på aflæsningen, og hvilke fejlkomponenter den indeholder. Som et aritmetisk eksempel er 0,5 % af et 100 N fuldskalaområde lig med 0,5 N. Denne beregning alene er ikke en garanti for total installeret systemfejl. Temperatur, montering, signalbehandling og kalibrering kan tilføje yderligere usikkerhed.
Figur 8. Nøjagtighed, repeterbarhed og opløsning beskriver forskellige måleegenskaber.
Reserver plads til kroppen, monteringsbeslag, kabeludgang, bøjningsradius og eventuelle beskyttelsesfunktioner. Kontroller temperatur, fugt, rengøringseksponering, vibrationer og den faktiske beskyttelsesklassificering af sensoren og dens forbindelser. Bekræft, at en kompatibel elektrisk konfiguration er tilgængelig for den valgte model; en mulighed på én model eller brugerdefineret version er ikke en standard for hele familien.
Før du anmoder om en anbefaling eller et tilbud, skal du forberede applikationen, kraftretning, minimumsarbejdskraft, normal- og spidsbelastninger, forspænding, tilgængelig plads, monteringsskitse, påkrævet målefejl, krav til cyklus eller respons, driftsmiljø, outputgrænseflade og forventet mængde. Medtag eventuelle stød eller belastninger uden for aksen, så den foreslåede sensor kan kontrolleres i forhold til den rigtige installation.
Påfør kraft gennem den tilsigtede belastningsfunktion og understøt sensoren, som dens tegning kræver. En omgivende plade bør ikke røre en overflade, der skal forblive ubelastet, og et hårdt stop bør ikke omgå sensoren under normal måling. Kontaktform og overfladetilstand har betydning. Brug den specificerede monteringsmetode og fastgørelsesvejledning i stedet for en generisk bolt-tilspændingsprocedure.
Figur 9. FA101 forsænket kompressionsmonteringskoncept baseret på kataloget.
En off-center kraft kan skabe et bøjningsmoment såvel som en aksial belastning. Sidekræfter, vridning og kabeltræk kan også forstyrre målingen eller overskride en mekanisk grænse. Kontroller disse belastninger individuelt og i kombination ved at bruge producentens grænser. Beskyttelsesstop eller kompatible forbindelser skal designes, så de beskytter sensoren uden at ændre den tilsigtede målesti.
Figur 10. Justering og parallelle belastningsveje kan ændre, hvad sensoren måler.
En fikstur, en fjeder eller et klemmearrangement kan forbelaste sensoren, før testen begynder. Inkluder den fysiske belastning, når du kontrollerer det tilladte belastningsområde. Tarering eller nulstilling kan fjerne dets bidrag fra den viste aflæsning, men det fjerner ikke kraften fra sensoren eller genopretter den kapacitet, der allerede er brugt af den forspænding. Undersøg uventede monteringsforskydninger, før du behandler dem som en normal tara.
Mange brobaserede sensorer giver et rå output angivet i mV/V. Dette beskriver output i forhold til excitationsspænding, ikke en klar-til-brug PLC-spænding. Egnet elektronik leverer excitation, forstærker og filtrerer signalet og konverterer det til en kraftaflæsning eller en kompatibel udgang. Nogle sensorversioner inkluderer elektronik; andre kræver en ekstern vejecelleforstærker eller et bridge-input målemodul.
Match sensorens excitation og output til forstærkeren, bromodulet, PLC'en eller dataindsamlingsindgangen (DAQ). Bekræft den faktiske modelkonfiguration og pin-tildelinger, før du tilslutter den. En spændings- eller strømindgang alene gør ikke en PLC kompatibel med et råbrosignal.
Led sensorsignaler på lavt niveau væk fra strømledninger og stærke interferenskilder, hvor det er praktisk. Følg sensor- og forstærkervejledningen for afskærmning og jording, og sørg for trækaflastning, så kabelbevægelser ikke trækker i sensoren. Bekræft pin-tildelinger fra den faktiske tegning; trådfarver er ikke en universel standard på tværs af producenter eller modeller.
Figur 11. Match det rå eller konditionerede output til det modtagende udstyr.
Kontroller den samlede målekæde i stedet for sensoren alene. Efter montering og opvarmning som specificeret, etablere den passende referencetilstand og inspicere nulværdien. Påfør passende kendte referencekræfter på relevante punkter og sammenlign de målte værdier med acceptkravene. Bekræft begge indlæsningsretninger, når applikationen kræver dem.
Nulstilling fjerner en offset; det fastslår ikke sensorens følsomhed eller beviser nøjagtighed over hele området. Kalibrering karakteriserer forholdet til en reference, mens justering ændrer måleresponsen. Før registre over udstyret, montering, forhold, resultater og eventuelle justeringer. Indstil gentjekintervaller i henhold til risiko, brug, stabilitet og gældende kvalitetskrav i stedet for at bruge ét interval for hver installation.
Figur 12. Verificer det installerede system ved hjælp af relevante referencekræfter og dokumenterede kriterier.
Ja, hvis den bestemte model er designet, monteret og kalibreret til begge retninger. Bekræft det angivne område og indlæsningsmetode for hver retning. Et design, der kun har kompression, bør ikke bruges til en træktest uden et udtrykkeligt godkendt arrangement.
Overbelastning kan forårsage et forskudt nul, ændret følsomhed, permanent deformation eller fejl. Hvis en belastningsbegivenhed kan have overskredet en tilladt grænse, skal du stoppe med at stole på aflæsningen, indtil sensoren og installationen er blevet vurderet. At returnere displayet til nul viser ikke, at sensoren forbliver inden for specifikationen.
Det afhænger af sensorudgangen og PLC-indgangen. En rå mV/V-bro har normalt brug for kompatibel bro-input-hardware eller en forstærker. En betinget analog eller digital version kan forbindes til en matchende indgang eller kommunikationsgrænseflade, forudsat at de elektriske og protokolkrav stemmer overens.
Strain-gauge-sensorer kan måle skiftende kræfter, når sensoren, monteringen og elektronikken opfylder den nødvendige dynamiske respons. Kontroller båndbredden for hele systemet og optagelsesindstillingerne. Naturlig frekvens, samplinghastighed og brugbar målebåndbredde er forskellige specifikationer og bør ikke erstattes af hinanden.
Vedlæg en monteringstegning og de krav, der er angivet i tjeklisten ovenfor. Forklar hvilke dimensioner, belastningstilfælde, udgangsforbindelser eller miljøforhold en standardmodel ikke kan rumme. Dette hjælper med at afgøre, om et andet standarddesign eller en brugerdefineret konfiguration er passende.
