Прегледи: 0 Аутор: Уредник сајта Време објаве: 04.11.2026. Порекло: Сајт
Сензор силе претвара примењену механичку силу у мерљиви електрични сигнал. Да бисте изабрали један, прво дефинишите правац оптерећења, очекивани опсег силе, простор за уградњу и брзину мерења. Затим ускладите принцип сензора и излаз са комплетним мерним системом. Сензору који механички одговара и даље је потребна одговарајућа путања оптерећења, кондиционер сигнала и калибрација да би произвео корисне резултате.
Овај водич се фокусира на четири практична дизајна: минијатурни и дугмад, пролазни отвор и крофна, инлине тензије и компресије и сензори силе стуба. Такође објашњава када ћелија за оптерећење, сензор са више оса или наменски сензор затезања могу боље да одговарају задатку. Циљ је да се помогне инжењерима опреме и истраживачким тимовима да претворе захтев мерења у спецификацију сензора која се може тестирати.
Унутар FIBOS радионице: монтажне радне станице, опрема и колица која држе компоненте сензора.
Сензор силе мери механичко оптерећење које се преноси кроз његову сензорску структуру. Компресија гура своје интерфејсе за учитавање једно према другом; напетост их раздваја. Сила се обично изражава у њутнима (Н) или килонњутонима ( kN ). Осу мерења и смер позитивног сигнала треба дефинисати пре инсталирања сензора.
Сензор дугмета само за компресију не постаје сензор затезања када је његов поларитет сигнала обрнут. Двосмерно мерење захтева механичку везу која преноси и вучна и потисна оптерећења, заједно са одговарајућом спецификацијом сензора и калибрацијом за тражене правце.
Сензор силе, претварач силе и ћелија оптерећења се преклапају индустријски појмови. Мерна ћелија може да мери силу у машини за склапање, као и да подржава платформу за мерење. Породице производа помажу у организовању каталога, али геометрија учитавања, смер мерења и перформансе одређују да ли одређени уређај одговара апликацији.
Сензор притиска течности мери притисак, обично у паскалима, килопаскалима или барима, кроз отвор за притисак или дијафрагму. Сензор контактне силе мери резултујућу силу преко свог интерфејса за оптерећење. Дељење силе са дефинисаном површином даје просечан притисак само када су претпоставке о површини и оптерећењу валидне; не открива како је притисак распоређен по површини.
Размислите о дизајну С-греде, крака или палачинке или игле за оптерећење када се његова путања механичког оптерећења боље подудара са машином. Изаберите сензор са више оса када се морају решити одвојене компоненте силе или моменти. За мерење напетости мреже и жице може бити потребан наменски сензор затезања јер геометрија ваљка и угао омотача материјала утичу на однос између напетости материјала и силе која допире до сензора.
У организацији производа FIBOS , ово су одвојене породице или повезани дизајни ћелија за оптерећење. Овај чланак користи Сензори силе за четири дизајна о којима се говори у наставку; та организација не значи да друге ћелије оптерећења не могу мерити силу.
У сензору силе мерача напрезања, еластични елемент се благо деформише под оптерећењем. Везани мерачи напрезања мењају електрични отпор како се тај елемент напреже. Мостно коло претвара промене отпора у мали диференцијални напон када се доводи побудни напон. Калибрација повезује тај излаз са примењеном силом.
За пасивни мост сензор, осетљивост је често наведена у mV/V . Као илустративни прорачун, сензор оцењен на 2 mV/V производи приближно 10 мВ при називном оптерећењу са побудом од 5 В, након што се узме у обзир његов нулти помак. Ово је општи пример, а не спецификација коју деле сви FIBOS модели. Принцип мерача напрезања и моста је такође описан у ФУТЕК-ов водич за мерење силе.
Техничар који ради на склопу сензора на FIBOS радном столу.
Пиезоелектрични сензор силе генерише електрични набој када је његов сензорски материјал оптерећен. Сензори у режиму пуњења захтевају одговарајуће појачање пуњења, изолацију и каблове са ниским нивоом буке. Њихова мала деформација и велика крутост могу бити корисни за брзо променљива оптерећења. Цурење пуњења и електроника се морају узети у обзир када се оптерећење држи. Кистлерово поређење пиезоелектричних и сензора за мерење напрезања објашњава овај компромис.
Дуготрајна мерења генерално фаворизују мерни ланац мерача напрезања са одговарајућим перформансама пузања и температуре. Сензори за мерење напрезања такође мере променљиве силе када су њихов уграђени механички одзив и електроника довољно брзи. Пиезоелектрични системи су корисни за динамичке догађаје и могу подржати квазистатичка мерења у одговарајућем временском прозору. Не постоји универзално ограничење времена задржавања које се примењује на сваки пиезоелектрични систем.
Концептуално поређење мерних ланаца мерача напрезања и пиезоелектричних ланаца пуњења и излаза. Принцип, време чекања и електроника морају се проценити заједно.
Минијатурни сензор силе или сензор силе дугмета је кандидат за мерење компресије где је аксијална висина или пречник ограничена. Типична питања интеграције се тичу дугмета за утовар, потпорне површине, излаза кабла и простора око тела. Мали пакет не успоставља своју минималну мерљиву снагу; бука, осетљивост, дрифт и инсталирани уређај остају важни.
Упутство за FIBOS ФА104 идентификује подигнуто дугме као тачку примене силе и наводи да околна горња површина не сме бити оптерећена. Његов пример уградње помаже да се објасни зашто горња плоча мора да контактира дугме без премошћавања на околну структуру. Прегледај минијатурни сензори и сензори силе дугмета приликом процене овог распореда.
FIBOS Слика производа ФА104 репродукована из његовог приручника. Упутство идентификује подигнуто дугме као тачку пуњења; околна горња страна мора остати неоптерећена. Не у размери.
Дизајн кроз отвор и крофне обезбеђује централни отвор за интеграцију око завртња, осовине или друге карактеристике машине, у зависности од цртежа модела. Проверите пречник отвора, дозвољени контактни прстен, носећу површину и расположиви простор за кабл. Централна рупа је геометријска карактеристика; он сам по себи не утврђује како сензор треба да буде претходно оптерећен или у којим смеровима силе може да мери.
Приручник FIBOS FA115 показује оптерећење компресијом кроз дефинисану прстенасту површину у склопу централног завртња. Сила коју очитава сензор зависи од инсталиране путање оптерећења; Момент затезања вијака сам по себи не успоставља измерену силу. Упоредите сензори силе кроз отвор и крофне у односу на предвиђену контактну и потпорну геометрију.
FIBOS FA115 слика производа репродукована из његовог приручника. Његов инсталациони цртеж дефинише прстенасту површину оптерећења у централном распореду вијака. Не у размери.
Инлине дизајн поставља сензорски елемент у аксијалну везу између два дела. Корисно је када спона или актуатор морају да преносе и силе гурања и вуче. Потврдите величину навоја, дужину захвата, поравнање учвршћења и смер оптерећења током читавог хода. Спречите да обртни момент монтаже реагује кроз осетљиви елемент осим ако то дозвољавају упутства модела.
У приручнику за FIBOS ФА201 приказани су горњи и доњи навојни клинови за двосмерно аксијално оптерећење. Ово је конкретан пример у оквиру фамилија сензора инлине тензије и силе компресије . Назив из каталога 'крај шипке' не значи да сваки модел укључује сферни лежај или да аутоматски компензује неусклађеност.
FIBOS Слика производа ФА201 репродукована из његовог приручника, која приказује навојне завртње за аксијални затезни/компресиони спој. Не у размери.
Дизајн стубова нуди још један аксијални распоред монтаже, често користећи навојне интерфејсе у цилиндричном телу. Упутство за FIBOS ФА401 показује рупе са навојем на оба краја и инсталацију затезања/компресије. Посебно скреће пажњу на дужину завртња у односу на дубину рупе. Постављање шрафа или стезање погрешне површине може створити нежељени пут оптерећења.
Изаберите сензоре силе стуба из стварних захтева за монтажу и силу, уместо да претпоставимо да облик стуба значи велики капацитет или рад само са компресијом. Компактни сензори силе на стубу и ћелије за оптерећење стубова великог капацитета служе различитим потребама инсталације; одабрани цртеж модела и спецификација оптерећења одлучују о уклапању.
FIBOS Слика производа ФА401 репродукована из његовог приручника. Цртеж наводи монтажу са навојем на оба краја и скреће пажњу на дужину завртња у односу на дубину рупе. Не у размери.
| Дизајн | Почните овде када… | Проверите пре него што извршите обавезивање |
|---|---|---|
| Минијатура и дугме | Компресија се мора мерити у ограниченом простору | Тачка оптерећења, размак тела, минимална корисна сила |
| Кроз рупу и крофна | Потребан је централни отвор | Контактни прстен, зазор завртња/осовине, путања предоптерећења |
| Инлине тензија и компресија | Спојница носи оптерећење гурањем и повлачењем | Навоји, поравнање, обртни момент монтаже, ход |
| Колона | Аксијално мерење одговара цилиндричном монтажном омотачу | Крајњи интерфејси, дубина завртња, смер оптерећења |
Опрема за монтажу може мерити силу притиска, контактну силу током лепљења или силу уметања и извлачења конектора. Сензор само за компресију може одговарати кораку притискања у једном смеру, док тестирање убацивања-вађења може захтевати двосмерно мерење. Поставите сензор тако да релевантна сила процеса пролази кроз њега без паралелног механичког обилазнице.
Крива сила-померање захтева синхронизоване податке о померању или енкодеру поред силе. Сам сензор силе не може да лоцира врх силе дуж хода. За пресовање у више тачака, један сензор извештава о резултујућем оптерећењу кроз своју путању; потребна су посебна мерења или одговарајући систем мапирања за процену расподеле просторног оптерећења.
Једноосни сензор може да пружи повратну информацију за дефинисани смер гурања, хватања или контакта у роботском уређају. Његова корисност зависи од тога да ли уређај ограничава оптерећење на ту осу. Ако су за задатак потребне одвојене бочне силе или моменти, процените вишеосни дизајн уместо да покушавате да закључите све компоненте из једног аксијалног очитавања.
За контролу силе у затвореној петљи су такође потребни компатибилни улази контролера, актуатор и стратегија управљања. Пропусни опсег сензора, кашњење у комуникацији, филтрирање и усклађеност уређаја утичу на резултат. Потврдите комплетну петљу под репрезентативним условима кретања и контакта пре него што је употребите за производни процес.
Истраживачки уређаји користе сензоре силе да истраже затезно или тлачно понашање, механику контакта, трење и мале механизме. Дефинишите очекивану силу узорка и померање пре избора капацитета. За рад са малом силом, кретање кабла, трење учвршћења, термичке промене и напон при монтажи могу бити значајни у односу на сигнал који се мери.
Сензор силе не мери директно напрезање или напрезање материјала. Прорачуни напрезања захтевају дефинисану површину узорка и модел оптерећења; деформација захтева информације о деформацији или мерачу дужине. Забележите уређај, поставке узорковања, калибрацију силе и температурне услове како би експеримент могао да се понови и правилно протумачи.
Почните са највећим веродостојним физичким оптерећењем, укључујући тежину уређаја, предоптерећење, процесну силу и пролазне врхове. Затим идентификујте најмању промену силе која се мора разликовати. Одабир капацитета само из нормално приказане вредности процеса може пропустити оптерећења која остају механички присутна након што је дисплеј тариран.
На пример, предоптерећење од 40 Н након чега следи још 20 Н у истом смеру ствара приближно 60 Н физичког оптерећења, чак и ако је екран подешен на нулу на 40 Н. Овај илустративни случај искључује оптерећење и оптерећење ван осе. Спецификација безбедног преоптерећења није нормалан радни опсег или обећање непромењене тачности након догађаја преоптерећења.
Прочитајте основу сваке спецификације грешке: проценат пуне скале, проценат очитавања или вредност апсолутне силе. У хипотетичком систему од 100 Н, граница грешке од 0,5% пуне скале одговара 0,5 Н. При очитавању од 5 Н, то је еквивалентно 10% очитавања само за тај термин грешке. То није потпуна процена неизвесности.
Резолуција описује најмању назначену или препознатљиву промену под наведеним условима; не утврђује тачност. Процените нелинеарност, хистерезу, поновљивост, пузање током потребног времена задржавања, термичке ефекте и електронски шум. Екран са више децималних места не може да поврати информације о сили које су изгубљене у механичком или електричном мерном ланцу.
Илустративни прорачуни, а не FIBOS спецификације модела. Тарирање не уклања предоптерећење, а термин грешке пуне скале није исти као проценат тренутног очитавања.
Дефинишите трајање догађаја и најбрже карактеристике силе које су важне, као што је пролазни контакт или кратак врх. Природна фреквенција сензора, инсталирана резонанца, употребљиви мерни опсег, брзина узорковања АДЦ-а и брзина ажурирања контролера описују различите делове система. Цифра природне фреквенције се не сме представљати као корисна мерна ширина опсега.
Учвршћење, причвршћена маса и крутост сензора мењају инсталирани динамички одзив. Изаберите узорковање и анти-алиас филтрирање за стварни пропусни опсег сигнала, а затим проверите хватање врха и време помоћу репрезентативног теста. Поновљено оптерећење такође захтева процену амплитуде циклуса, средњег оптерећења, фреквенције и прикладности за замор; сам статички капацитет је недовољан.
Упоредите укупну висину, пречник тела, навоје или шаблон рупе, простор савијања кабла и приступ монтажи. Проверите да ли предложена монтажа оставља осетљиву површину слободном. За пројекте замене, ускладите оригиналне механичке интерфејсе и смер мерења пре него што упоредите електричну снагу и факторе калибрације.
Узмите у обзир радне и компензоване температурне опсеге, изложеност прању, влажност, корозију и заштиту каблова. ИП оцена сама по себи не утврђује хемијску компатибилност или погодност за поновљено топло чишћење. Наведите стварну изложеност и трајање уместо да се ослањате на широку ознаку као што је „индустријско окружење“.
Нацртајте путању силе од актуатора или узорка кроз сензор до носеће конструкције. Користите наведене површине за оптерећење и држите предвиђену осу мерења поравнату. Проверите равност контакта, чистоћу, крутост ослонца и спој завртња у односу на цртеж модела. Дугме ФА104 и прстенасто лице FA115 илуструју зашто различити дизајни захтевају различите услове контакта.
Форце схунт је паралелна путања која носи део оптерећења око сензора. Контакт са кућиштем, ненамерно заустављање или мост фиксирања може учинити извештај сензора мањим од укупне примењене силе. Неки намерни аранжмани за смањење силе су валидни, али њихов однос према укупној сили мора бити калибрисан у састављеном систему. Водич ХБК-а о мерењу силе-схунт-а разматра ову разлику.
Концептуална илустрација путање оптерећења, а не цртеж за монтажу производа. Паралелни носач може да носи део оптерећења око сензора и да промени очитавање.
Држите бочне силе, моменте савијања и торзију унутар граница изабраног модела. Мали помак може створити момент савијања чак и када је главно оптерећење аксијално. Користите вођице или одговарајуће спојеве где је то прикладно, али се побрините да њихово трење и ослонци не заобиђу измерено оптерећење или не уведу непознату силу.
Обезбедите растерећење кабла без повлачења тела сензора. Механички граничници могу ограничити прекомерно кретање, али морају остати чисти током валидних мерења и морају бити пројектовани за очекивана оптерећења машине. Након монтаже, проверите нулти повратак и поновљивост пре него што прихватите уређај.
Сензору пасивног моста је потребна стабилна побуда и улаз дизајниран за његов мали диференцијални излаз. Улаз ПЛЦ-а опште намене 0–10 В обично не може директно да замени појачало за мост. Проверите номиналну осетљивост, границе побуде, отпор моста, опсег улаза, захтеве заједничког режима и да ли улаз обезбеђује четворожичну или шестожилну подршку за мост.
Користите тачан пиноут модела уместо да претпостављате да су боје жица универзалне. Жице побуде, сигналне жице и штит имају различите функције. Већа побуда није аутоматски боља: она мора остати унутар оцене сензора, а самозагревање или могућност покретања појачала могу ограничити употребљиво подешавање.
За пиезоелектрични сензор са излазом пуњења, ускладите осетљивост пуњења и очекивану силу са опсегом појачивача пуњења. Проверите понашање ресетовања, померање, стање изолације и временски оквир мерења. Стандардно мосто појачало са мерачем напрезања није заменљиво са појачалом пуњења. Уместо тога, пиезоелектрични сензори са интегрисаном електроником захтевају њихову специфичну снагу и кондиционирање; Технички увод ПЦБ-а разликује системе пуњења и интегрисане електронике.
Након кондиционирања сигнала, систем може испоручити аналогни напон, струјну петљу или дигиталне податке, у зависности од испоручене електронике. Ускладите тај интерфејс са ПЛЦ или ДАК хардвером и потврдите скалирање, поларитет, време ажурирања и понашање прекорачења. Компатибилност комуникационог протокола сама по себи не успоставља достижну тачност силе или брзину контролне петље.
Одвојите сирово узорковање АДЦ-а, филтрирану излазну брзину и брзину ажурирања магистрале када прегледате лист са подацима. Филтрирање може смањити шум, а истовремено ублажити пикове и додати кашњење. Спроведите сигналне жице даље од каблова за напајање мотора и примените заштиту и уземљење према упутствима сензора и инструмента. Проверите готов систем са стварном дужином кабла и подешавањима филтера.
Концептуални мерни ланци. Побуђивање моста и појачање наелектрисања су различите функције; аналогни или дигитални интерфејси зависе од изабране електронике.
Нулирање или тарирање уклања назначени помак у изабраном референтном услову. Калибрација успоставља однос између познатих примењених сила и излаза система, са документованим условима и мерном несигурношћу где је потребно. Нулирање не исправља осетљивост, хистерезу или погрешну конверзију инжењерских јединица и не уклања механичко предоптерећење.
Изаберите тачке калибрације које покривају предвиђени радни опсег и потребне правце силе. Тамо где је хистереза важна, упоредите растућа и опадајућа оптерећења; где је поновљивост важна, поновите секвенцу учитавања. Сљедивост и обим провајдера калибрације треба да одговарају захтјевима пројекта. Подесите интервале поновне калибрације на основу употребе, историје преоптерећења, записа о стабилности и применљивих захтева за квалитет уместо да претпостављате да један интервал одговара сваком систему.
Сензор постављен између уређаја за утовар у FIBOS опреми за тестирање радионице.
Проверите сензор, кабл, клима уређај, ДАК или ПЛЦ скалирање и приказани резултат заједно. Електроника може унети грешке у појачању и офсету чак и када је сам сензор стабилан. ФУТЕК-ове информације о калибрацији описују зашто калибрација комплетног система укључује сензор, кабл и инструмент.
Извршите одвојену инсталирану верификацију користећи одговарајућу референтну и репрезентативну апликацију силе. Проверите нулти повратак, поновљивост, понашање држања оптерећења и сваки потребан динамички одговор. Ако се резултати промене након монтаже, истражите поравнање, контакт, шантове силе, задржавање кабла и термичку стабилизацију пре него што примените нови фактор скале. Подешавање скале не може уклонити променљиву механичку грешку.
Да, када његов дизајн, механичке везе и одређена калибрација подржавају оба смера. Инлине сензор са одговарајућим навојним интерфејсима може бити кандидат. Сензор дугмета само за компресију не може да мери силу вуче кроз необезбеђену контактну површину. Проверите оцене специфичне за правац и потребну калибрацију пре него што изаберете модел.
Може да мери гравитациону силу која се преноси кроз његову путању оптерећења. Претварање те силе у масу захтева одговарајућу вредност гравитације и распоред вагања који контролише ефекте подршке и бочног оптерећења. У покретној опреми, убрзање такође доприноси измереној сили. Изаберите ћелију за оптерећење или модул специфичну за мерење када су подршка платформи и перформансе мерења главни захтеви.
Могући узроци укључују пузање сензора, промене температуре, таложење држача, силе каблова и електроника. Сам узорак се такође може опустити, тако да стварна сила можда неће остати константна. Упоредите понашање без оптерећења и оптерећења, дозволите одговарајућу термичку стабилизацију и проверите подешавања за монтажу и аквизицију пре него што припишете промену сензору.
Замена се може проценити упоређивањем смера оптерећења, капацитета, механичких интерфејса, отклона, ограничења преоптерећења, побуде, излазне осетљивости, пиноут-а и захтева околине. Сличне димензије или називни капацитет не доказују компатибилност. Ажурирајте конфигурацију клима уређаја и проверите комплетан мерни ланац са инсталираном заменом пре него што је прихватите.
Размислите о прилагођавању када стандардни дизајн не може да испуни дефинисану комбинацију простора, монтаже, путање оптерећења, опсега силе, окружења или излазних захтева. Наведите цртеже, нормална и вршна оптерећења, најмању промену силе од интереса, временске захтеве и предвиђену електронику. Ови инпути подржавају преглед изводљивости; и даље је потребно испитивање узорка да би се верификовао предложени дизајн.
