Skatījumi: 0 Autors: Vietnes redaktors Publicēšanas laiks: 2026-11-11 Izcelsme: Vietne
Pjezoelektriskā spēka sensori pārvērš mehānisko spēku elektriskā lādiņa signālā. To augstā stingrība padara tos noderīgus trieciena spēku, ātras saspiešanas vai spriedzes un spēka izmaiņu uztveršanai mašīnas ciklu laikā. Ar piemērotu signāla kondicionēšanu tie var arī izmērīt lēni mainīgus vai īslaicīgi noturētus spēkus noteiktā mērījumu logā.
Sāciet ar spēka notikumu, kas jums jāreģistrē: tā virziens, maksimālā vērtība, ilgums un mazākās nozīmīgas izmaiņas. Sensors, kas precīzi fiksē īsu triecienu, var nebūt piemērots, lai stundām ilgi uzraudzītu pastāvīgu saspiešanas spēku. Sensors, montāžas izkārtojums, pastiprinātājs un datu iegūšanas iestatījumi ir jāizvēlas kopā.
Kvarca spēka sensorā spēks, kas tiek pielikts jutīgajam elementam, rada lādiņu, izmantojot tiešu pjezoelektrisko efektu. Noteiktam slodzes virzienam ideāla attiecība ir Q = S × F, kur Q ir lādiņš pikokulonos (pC), S ir lādiņa jutība pC/N un F ir spēks ņūtonos (N). Pārvēršot ierakstīto signālu spēkā, jāizmanto faktiskā sensora kalibrēšanas vērtība.
Uzlādes pastiprinātājs pārvērš šo augstas pretestības signālu izmantojamā spriegumā. Tā vietā daži pjezoelektriskie sensori satur integrētu elektroniku un nodrošina IEPE signālu. Spēks ir izmērītais daudzums; lādiņš vai spriegums ir tā elektriskais attēlojums. Tāpēc pjezoelektriskā spēka sensoru nevajadzētu sajaukt ar šķidruma spiediena sensoru tikai tāpēc, ka abi izmanto pjezoelektriskos materiālus.
Uzlādes izvades sensoram ir nepieciešama saderīga uzlādes kondicionēšana, pirms tā signāls sasniedz parasto sprieguma iegūšanas ieeju.
Pjezoelektriskie sensori ir spēcīgi kandidāti, ja mērījumiem ir nepieciešams stingrs slodzes ceļš un ātra spēka izmaiņu uztveršana. Spriedzes mērierīces spēka sensori mēra elastīgo deformāciju, mainot elektrisko pretestību, un bieži vien ir vienkāršāka izvēle noturīgām statiskām slodzēm. Abas tehnoloģijas var izmērīt mainīgos spēkus to noteiktajās robežās; lēmumam ir jāatbilst vajadzīgajam ilgumam, reakcijai un nenoteiktībai, nevis vienkāršai statiskai pret dinamiskai etiķetei.
Tie var izmērīt kvazistatisko spēku, ja mērījumu ķēde nepieciešamo laiku saglabā signāla samazināšanos un novirzi atļautās kļūdas robežās. Tas atšķiras no pastāvīgas slodzes precīzas nolasīšanas uz nenoteiktu laiku. Kataloga atsauce uz statisko kalibrēšanu nenodrošina piemērotību ilgstošai svēršanai vai pastāvīgai spiedes spēka uzraudzībai.
| Uzdevuma | signāla | atlases pārbaude |
|---|---|---|
| Dinamisks | Piespiedu impulss vai mainīga viļņu forma | Saglabājiet gan ātrās, gan lēnās daļas. |
| Kvazistatisks | Lēna rampa vai īsa turēšana | Pilnā testa laikā pārbaudiet novirzi un samazināšanos. |
| Ilgstoša statiska | Pastāvīga slodze ilgstoši | Dodiet priekšroku deformācijas mērinstrumentu sistēmai, ja vien visa ķēde nav apstiprināta. |
Laika konstante raksturo mērīšanas elektronikas zemfrekvences uzvedību. Ideālā pirmās kārtas sistēmā pakāpju signāls samazinās kā V(t) = V0 × exp(-t/τ), kur τ ir laika konstante. Ilgāka laika konstante samazina sabrukšanu ierobežotas noturēšanas laikā, taču joprojām ir jāpārbauda ar noplūdi saistītā novirze un temperatūras ietekme. Kistlers atšķir šos darbības režīmus savā laika konstantes ceļvedis.
Piemēram, 1 sekundes noturēšana ideālā sistēmā ar 100 sekunžu laika konstanti zaudē aptuveni 1% no sākotnējā signāla, izmantojot tikai šo mehānismu. Šis aprēķins izslēdz troksni, termiskos efektus, kalibrēšanas kļūdu un citas novirzes. Tā nav neviena FIBOS modeļa veiktspējas prasība. Definējiet pieļaujamo spēka kļūdu un pārbaudiet visu ilgumu tā vietā, lai pieņemtu, ka uz visiem pjezoelektriskajiem sensoriem attiecas universāls sekunžu skaits.
Šajā ideālajā pirmās kārtas modelī ilgāka laika konstante samazina samazināšanos ierobežotas noturēšanas laikā; faktiskajos mērījumos jāņem vērā arī novirze un citas kļūdas.
FIBOS 2026. gada produktu katalogā ir pārstāvēti šādi modeļi. Šajās grupās ir aprakstīti dažādi atlases apsvērumi: paplāksne ir mehāniska forma, savukārt spriegošanas-saspiešanas un trīs asu apraksta mērījumu virzienus. Tās nav savstarpēji izslēdzošas klasifikācijas.
Spēka mazgātājs novieto gredzenveida sensoru ap centrālo atveri. Tas var būt piemērots saspiestam mezglam, kur skrūve vai vārpsta iet caur centru. FIBOS FE011 ir identificēts kā gredzenveida struktūras pjezoelektrisks sensors, un tā kataloga lapā ir norādīta pasīva darbība ar uzlādes instrumentiem. Tās zīmējumā ir norādīti izmēri, kas nepieciešami atveres un gultņu virsmas novērtēšanai.
Paplāksnei jāatrodas paredzētajā slodzes ceļā; vienkārši uzlikšana ap skrūvi nenozīmē, ka tas mēra visu savienojuma spēku. Pārbaudiet, kā skrūve un apkārtējās daļas dala slodzi, un nosakiet uzstādīto jutību. Plašākas problēmas ar mehānisko atlasi skatiet FIBOS caururbuma un grieznes spēka sensora vadotne.
FIBOS FE011 izmanto gredzena struktūru. Kopā novērtējiet centrālo atveri, nesošās virsmas un uzstādīto slodzes ceļu.
Vienai aksiālai slodzei pārbaudiet, vai sensors ir paredzēts tikai saspiešanai vai gan spriedzei, gan kompresijai. Kataloga FIBOS FE001B lapā ir norādīts 0–1000 N mērījumu diapazons un kompakta vītņota konstrukcija. FE022 nodrošina divvirzienu mērījumus ar ±10, ±30, ±50 un ±60 kN diapazona opcijām, kas norādītas katalogā. Šie ir dažādu slodzes iespēju piemēri, nevis maināmi montāžas modeļi.
Spriegošanas-saspiešanas instalācijai ir nepieciešams slodzes savienojums, kas pārraida abos virzienos bez vaļības vai nejaušas lieces. Apstipriniet vītnes izmēru, saķeri, iekraušanas virzienu un kalibrēšanas jutību katram virzienam. Tikai saspiešanas diapazonu nedrīkst uzskatīt par stiepes pakāpi tikai tāpēc, ka korpusam ir vītnes.
FE001B un FE022 ilustrē dažādas aksiālās mērīšanas iespējas. Apstipriniet slodzes virzienu un modelim raksturīgo mehānisko savienojumu.
Izvēlieties trīs asu sensoru, ja noderīgais rezultāts ietver Fx , Fy un Fz , nevis vienu aksiālo spēku. FIBOS FE025 un FE027 ir aprakstīti kā trīs savstarpēji perpendikulāru spēka komponentu vienlaicīga mērīšana. Viņu kataloga lapās ir norādīta uzlādes jauda un parādītas atsevišķas X/Y un Z specifikācijas. FE025 izmanto caurumu formu; FE027 ir blokveida montāžas izkārtojums.
Pirms montāžas ierakstiet sensora koordinātu virzienus un piešķiriet katram kanālam iegūšanas programmatūrā. Pieprasiet piemērojamo šķērsrunu un kalibrēšanas informāciju paredzētajam slodzes stāvoklim. Trīs spēka kanāli nenodrošina sešu asu spēka un griezes momenta spēju, un nevajadzētu pieņemt vienādu spēka ierobežojumu katrai asij.
FE025 un FE027 mēra trīs perpendikulāras spēka sastāvdaļas. Pirms integrācijas pārbaudiet koordinātu kartēšanu un katras ass specifikāciju.
Presēšanas ciklā noderīgs signāls var būt spēka palielināšanās, maksimums tuvu galīgajai sēdvietai vai negaidītas izmaiņas, pirms daļa sasniedz mērķa pozīciju. Novietojiet sensoru vietā, kur tiek pārraidīts procesa spēks, un sinhronizējiet spēku ar pārvietojumu, ja pieņemšanas kritērijs ir atkarīgs no ievietošanas pozīcijas. Štancēšanai un citām savienošanas darbībām ir nepieciešams definēts mērījumu logs un atkārtojams montāžas nosacījums.
Ciklam ar turēšanas posmu pārbaudiet plato, kā arī maksimumu. Sistēma, kas pareizi identificē maksimālo spēku, signāla samazināšanās dēļ joprojām var nepareizi attēlot noturēto spēku. Konsekventi iestatiet atiestatīšanas punktu pirms spēka notikuma un ārpus pieņemšanai izmantotā intervāla.
Lai veiktu trieciena testu, pirms sensora diapazona un iegūšanas iestatījumu izvēles novērtējiet spēka impulsu un tā pieauguma laiku. Neliels nomests objekts ne vienmēr rada mazu maksimālo spēku: bremzēšanas ceļš un kontakta stīvums ietekmē notikumu. Pārbaudiet, vai armatūrā un ierakstītajā viļņu formā nav zvana, apgriešanas un atkārtotas saskares. Atkārtotai dinamiskai slodzei ir nepieciešams arī apstiprinātās slodzes vēstures apstiprinājums; drošas pārslodzes rādītājs vien nav noguruma mūža novērtējums.
Trīs asu mērījums var palīdzēt atdalīt spēka komponentus griešanas eksperimentā vai izpētes ierīcē. Definējiet, vai nepieciešamais rezultāts ir atsevišķa sastāvdaļa, rezultējošais spēks vai izmaiņas attiecībā pret iepriekš ielādētu bāzes līniju. Sensors, kas uzstādīts zem armatūras, automātiski neizolē vēlamo kontaktspēku: to var veicināt armatūras inerce, konstrukcijas kustība un citi slodzes ceļi.
Pierakstiet sensora augstākās un zemākās mehāniskās slodzes, ieskaitot priekšslodzi un pārejas maksimumus. Elektriskā nulles iestatīšana maina atsauces rādījumu; tas nenoņem priekšslodzi un neatjauno mehānisko jaudu. Vienkāršots grāmatvedības piemērs: 2 kN saspiešanas priekšslodze un 3 kN papildu saspiešanas notikums sensoram ievada 5 kN ja abas slodzes iet pa vienu un to pašu ceļu. Faktiskie paplāksnes komplekti var dalīt šo papildu slodzi ar skrūvi vai apkārtējo konstrukciju.
Spriegojumam, kas mērīts ar iepriekš noslogotu mezglu, pārbaudiet, cik liela saspiešana paliek pie maksimālās izkraušanas, un ievērojiet norādīto montāžas metodi. Neizvēlieties universālu priekšslodzes procentu vai neizmantojiet drošas pārslodzes ierobežojumu kā parasto darbības diapazonu. Nosūtiet paredzamo slodzes vēsturi un montāžas rasējumu konkrēta modeļa pārskatīšanai.
Norādiet mazākās izmaiņas, kas varētu ietekmēt jūsu lēmumu. Piemēram, 5 N montāžas spēka atšķirības noteikšana atšķiras no vienkāršas 1 kN maksimuma noteikšanas. Jautājiet, vai norādītā kļūda ir saistīta ar pilnu skalu vai nolasījumu, un novērtējiet bāzes līmeņa troksni un novirzi spēka vienībās. Palielinot pastiprinātāja pastiprinājumu, sprieguma izmaiņas ir lielākas, bet nenovērš mehāniskās kļūdas un nenosaka mazāku garantēto mērījumu robežu.
Izveidojiet nenoteiktības novērtējumu ap uzstādīto ķēdi: kalibrēšana, atkārtojamība, izlīdzināšana, spēka sadale, elektronika un mērījumu ilgums. Trīs asu darbam iekļaujiet slodžu ietekmi uz citiem kanāliem. Kataloga linearitātes skaitlis pats par sevi nav gatavās iekārtas nenoteiktība.
Pārbaudiet paredzēto iekraušanas virsmu un montāžas detaļu modeļa rasējumu. Savienojamajām daļām jāatbalsta norādītā gultņa zona un jāpārraida spēks paredzētajā virzienā. Netīrumi, nevienmērīgs kontakts un malu slodze var likt nomināli aksiālajam testam radīt lieces vai lokālu spriegumu. Pārliecinieties, vai adapteri nesaskaras ar savienotāju un kabeļiem ir brīva vieta mašīnas gājienā.
Nodošanas ekspluatācijā laikā salīdziniet atkārtotus ciklus, nemainot armatūru. Ja neliela pārvietošana būtiski maina izmērīto maksimumu, pirms programmatūras skalas regulēšanas izpētiet montāžas un slodzes ceļu. Lai veiktu dinamiskos testus, pārbaudiet arī, vai pievienotais adapteris maina saliktā armatūras reakciju.
Iepriekšēja slodze saglabā paredzētās saskares virsmas. Skrūves paplāksnes uzstādīšanā skrūve tomēr veido arī paralēlu slodzes ceļu. Daļa no ārējā spēka izmaiņām var iziet caur šo ceļu, tāpēc uzstādītā mezgla jutība var atšķirties no sensora kalibrēšanas vērtības. Kistlers apspriež šo atšķirību savā gredzena spēka devēja uzstādīšanas rokasgrāmata.
Nosakiet pārrēķina koeficientu, kad ir uzstādīta galīgā skrūve, starplikas, atbalsta daļas un priekšslodzes stāvoklis. Pierakstiet šos apstākļus kopā ar kalibrēšanas rezultātiem. Mainot starpliku vai skrūvi, var mainīties spēka sadalījums pat tad, ja sensors un pastiprinātājs nav mainīti. Izmantojiet īpašos sensora norādījumus, lai izveidotu priekšslodzi; ar cita modeļa noteikumu nepietiek.
Priekšslodzes skrūve maina uzstādīto slodzes ceļu. Nosakiet jutīgumu, kad ir uzstādīta galīgā skrūve, balsti un priekšslodzes stāvoklis.
Uzlādes izvades sensors parasti tiek savienots ar uzlādes pastiprinātāju vai DAQ ieeju, kas īpaši paredzēta uzlādes signāliem. Parasts sprieguma ieejas vai deformācijas tilta pastiprinātājs nevar aizstāt. IEPE sensors izmanto saderīgu pastāvīgās strāvas padeves un sprieguma nolasīšanas izkārtojumu. Savienojuma atbilstība vien nenodrošina elektrisko saderību. PCB izskaidro uzlādes un integrētās elektronikas signāla kondicionēšanu.
Šajā rakstā minētie FIBOS piemēri ir balstīti uz maksas režīma kataloga informāciju. FE011 skaidri pieprasa uzlādes instrumentu, un FE025/FE027 norāda uzlādes izvadi. Izvēlieties ievadi norādītajai uzlādes izejai; neuzņemieties, ka šajos modeļos ir IEPE elektronika. FE8101 ir FIBOS lādiņa pastiprinātājs, nevis cits spēka sensors.
FE8101 ir uzlādes pastiprinātājs. Saskaņojiet piegādāto konfigurāciju ar sensora uzlādes signālu, iegūšanas ievadi un mērījumu logu.
Pirms pastiprinātāja pastiprinājuma iestatīšanas aprēķiniet paredzamo lādiņu. Izmantojot FE001B nominālo jutību 4 pC/N no 2026. gada kataloga, 500 N spēka maiņa rada nominālo 2000 pC. Ja ilustratīvais pastiprinātāja iestatījums ir 1 mV/pC, izejas izmaiņas ir 2 V. Pie 10 mV/pC tam pašam notikumam būtu nepieciešami 20 V, un pastiprinātājs tiktu ierobežots līdz ±10 V. Šis ir mērogošanas piemērs, nevis noteikta sensora-pastiprinātāja konfigurācijas pārbaude.
Tam pašam nominālajam uzlādes signālam, palielinot pastiprinājumu no 1 līdz 10 mV/pC, pieprasītā izvade palielinās no 2 līdz 20 V; ±10 V izejas stadija saslēgtos.
Kopā pārbaudiet uzlādes ieejas ierobežojumu, izejas svārstības, pastiprinājuma iestatījumu un mērīšanas režīmu. Garam mērījumu logam nepieciešama arī atbilstoša zemas frekvences reakcija un novirzes veiktspēja. FE8101 katalogā ir norādīts regulējams pastiprinājums un sprieguma izvade, taču tas nenosaka jūsu armatūras garantēto turēšanas ilgumu. Apstipriniet precīzu piegādāto konfigurāciju un nepieciešamo mērījumu logu. Kistlers apkopo plašāku uzlādes pastiprinātāja izvēles kritēriji.
Savienojiet kondicionēto izeju ar DAQ vai PLC ieeju ar pareizo sprieguma diapazonu, zemējuma izvietojumu un iegūšanas ātrumu. Nepieņemiet, ka uzlādes pastiprinātājs nodrošina 4–20 mA vai digitālo lauka kopni, ja vien šī izeja nav norādīta. Lai notikums notiktu ātri, pārbaudiet analogās ievades atjaunināšanas ātrumu un filtrēšanu, kā arī PLC programmas ciklu. Ja vadības sistēma nevar saglabāt viļņu formu, izmantojiet piemērotu iegūšanas kanālu un nododiet kontrolierim apstiprinātu rezultātu.
Izvēlieties paraugu ņemšanu un anti-alias filtrēšanu signālam, kas jāsaglabā; paraugu ņemšanas ātruma palielināšana neizlabo nepiemērotu analogo filtru. Nostipriniet uzlādes režīma kabeļus, lai mašīnas kustība tos nevajadzīgi nesalocītu, izmantojiet norādīto zema trokšņa līmeņa kabeli un turiet augstas pretestības savienojumus tīrus un sausus. Dokumentējiet kanāla mērogošanu un polaritāti ar datu failu, lai cits inženieris varētu rekonstruēt spēku no reģistrētā sprieguma.
Sensora sertifikātā ir aprakstīti noteikti kalibrēšanas apstākļi. Nodošanā ekspluatācijā ir arī jānosaka, kā galīgā montāža pārvērš pielietoto spēku reģistrētajā rezultātā. Ja pastāv spēka šunts, salīdziniet uzstādīto sistēmu ar piemērotu kalibrētu atskaiti, izmantojot paredzēto slodzes ceļu. Izmantojiet vairākus spēka punktus un atkārtotus slodzes ciklus, kas atbilst darba diapazonam, un saglabājiet katru rādījumu apstiprinātā mērījumu logā.
Saglabājiet sensora sērijas numuru, atsauces instrumentu, montāžas stāvokli, priekšslodzi, pastiprinātāja iestatījumus, DAQ skalu un testa laiku. Atkārtoti pārbaudiet pēc izmaiņām, kas var ietekmēt piespiedu koplietošanu vai konvertēšanu, tostarp jaunu sensoru, mainītu armatūru, mainītu pastiprinātāja pastiprinājumu vai pārskatītu programmatūras skalu. Elektriskā lādiņa iesmidzināšana var pārbaudīt elektroniku, bet pati par sevi nevar pārbaudīt mehāniskās slodzes ceļu.
Pirms instalācijas apstiprināšanas definējiet izmērāmus caurlaides kritērijus: pieļaujamās bāzes līnijas izmaiņas cikla laikā, pieļaujamās kļūdas aizturēšanas laikā un pieļaujamās izmaiņas atkārtotos maksimumos. Pārbaudiet bāzes līnijas darbību, kad armatūra ir mehāniski stabila, un pēc tam piemērojiet kontrolētu atsauces slodzi, izmantojot to pašu atiestatīšanas un iegūšanas secību, kas paredzēta darbībai. Ar noturēšanas testu vien nevar atšķirt patieso slodzes relaksāciju no elektriskās samazināšanās bez neatkarīgas atsauces.
Lai veiktu dinamisku verifikāciju, pārbaudiet neapstrādātos datus, vai nav izgriezti un zvana, salīdziniet rezultātus ar atbilstošiem filtra iestatījumiem un pārbaudiet samontētās armatūras reakciju ar piemērotu metodi. Pirms kandidātu sensoru salīdzināšanas iestatiet pieņemšanas ierobežojumus. Pieprasot FIBOS modeļa pārskatīšanu, norādiet slodzes vēsturi, montāžas rasējumu, mazākās spēka izmaiņas, mērījumu ilgumu un informāciju par esošo pastiprinātāju vai DAQ. Nomaiņas projektiem iekļaujiet sākotnējo modeli un kalibrēšanas informāciju; nominālās jaudas saskaņošana vien nenodrošina saderību.
Pasīvais lādiņa izejas sensors ģenerē lādiņu bez tilta ierosmes, bet tā lādiņa pastiprinātājam un iegūšanas elektronikai ir nepieciešama jauda. IEPE sensoriem ir nepieciešama arī norādītā pastāvīgas strāvas padeve to integrētajai elektronikai. Pirms strāvas pievienošanas pārbaudiet faktisko signāla veidu; pasīvā uzlādes ieeja nav IEPE barošanas savienojums.
Potenciāli, ja sensors paliek tā mehāniskajās robežās un visa ķēde atrisina nepieciešamo pieauguma spēku. Jaunas elektriskās bāzes līnijas noteikšana ar priekšslodzi var ļaut piemērotai elektronikai koncentrēties uz turpmākajām izmaiņām. Pārbaudiet uzlādes diapazonu, troksni, novirzi un spēka sadali; nulles noteikšana nenoņem iepriekšēju ielādi un negarantē noteiktu izšķirtspēju.
Nē. Rezonanses frekvence raksturo mehānisko rezonansi, savukārt izmantojamais joslas platums ir frekvences intervāls, kurā uzstādītā sistēma atbilst vajadzīgajai reakcijas pielaidei. Pievienotā masa un stiprinājuma stingrība ietekmē mehānisko reakciju; pastiprinātājs un filtri arī ierobežo rezultātu. Neizmantojiet kataloga rezonanses vērtību kā garantētu plakanu mērījumu joslas platumu. PCB apspriež spēka sensora frekvences reakciju un uzstādīšanu.
Tikai pēc signāla veida, jutības, uzlādes diapazona, polaritātes, savienotāja vadu un nepieciešamā mērīšanas režīma pārbaudes. Mehāniskajam savienojumam un slodzes virzienam arī jāatbilst pielietojumam. Atjauniniet reklāmguvumu iestatījumus un pārbaudiet instalēto ķēdi ar atsauces slodzi. Tas pats nominālā spēka diapazons nenodrošina tiešu nomaiņu vai līdzvērtīgu veiktspēju.
Augstas pretestības uzlādes kabeļa kustība var radīt nevēlamu elektrisko lādiņu, ko bieži sauc par triboelektrisko troksni. Vispirms pārbaudiet, vai kustība arī nepieliek reālu spēku sensoram vai savienotājam. Ja mehāniskā slodze ir stabila, salīdziniet signālu pirms un pēc norādītā zema trokšņa kabeļa nostiprināšanas. Pārbaudiet savienojuma tīrību un zemējumu, pirms uzskatāt katru smaili kā procesa spēku.
