Visningar: 0 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2026-11-05 Ursprung: Plats
En genomgående kraftsensor, även kallad munklastcell eller lastbricka, är en ringformad kraftgivare med en central öppning för en bult, stång eller axel. Den mäter axiell kraft, oftast kompression, i aggregat där en solid lastcell skulle blockera mekanismen. Enbart öppningen avgör inte hur sensorn ska laddas: de specificerade last- och stödytorna definierar mätvägen.
För OEM utrustning och forskningsarmaturer, börja med tre frågor: vilken kraft måste mätas, var rör sig den kraften och hur kommer hela mätkedjan att fånga den? Den här guiden jämför töjningsgivare och piezoelektriska konstruktioner, och täcker sedan hål- och kapacitetsdimensionering, installation, PLC- eller DAQ-anslutning och installerad kalibrering. För att se typiska format, bläddra i FIBOS munkkraftsensorns område.
Genomgående hål beskriver en öppning som passerar genom sensorn. Donut beskriver dess ringliknande form. Lastbricka betonar vanligtvis installation runt ett fästelement eller i en komprimerad stapel. Leverantörer använder dessa namn med viss överlappning, så jämför ritningarna och installationsanvisningarna istället för att behandla namnen som utbytbara specifikationer. FUTEK's genomgående lastcellskategori illustrerar denna terminologi.
Dessa är kraftsensorer, inte vätsketrycksensorer. Kraft uttrycks i newton eller kilonewton. Kontakttrycket beror också på den effektiva kontaktytan och dess fördelning; en kraftavläsning ger inte automatiskt den fördelningen.
En typisk enaxlig ringsensor mäter en axiell kraftkomponent som överförs genom dess avsedda avkänningsstruktur. I en skruvförband kan sensorn tryckas ihop under muttern medan bulten är i spänning. I en flänsenhet kan lasten komma in genom en inre ringformig del och lämna genom en yttre monteringsfläns. Dessa arrangemang kräver olika verktyg.
Ett mitthål gör inte en sensor till en vridmoment-, radiellkrafts- eller fleraxlig givare. Det betyder inte heller att en roterande axel kan vidröra hålet. Bekräfta den nominella mätriktningen och ge utrymme för de rörliga delarna.
I en töjningsmätardesign deformerar kraft ett elastiskt element något. Bondade mätare ändrar motstånd, och en bryggkrets omvandlar den förändringen till en liten elektrisk signal. Med stabil excitation och lämplig signalkonditionering stödjer detta tillvägagångssätt såväl ihållande belastningar som växlande belastningar. Dynamisk prestanda beror fortfarande på den monterade strukturen och elektroniken.
För en brygga klassad till 2 mV/V med 5 V excitation, är nominell fullskaleutgång 10 mV. Detta är en illustrativ beräkning, inte en FIBOS modellspecifikation. En sådan signal behöver i allmänhet en bryggingång eller instrumenteringsförstärkare innan en konventionell PLC analog ingång kan läsa den på ett tillförlitligt sätt.
En piezoelektrisk kraftbricka genererar elektrisk laddning när dess avkänningsmaterial belastas mekaniskt. En laddningsförstärkare omvandlar denna signal till en användbar spänning. Tillvägagångssättet är användbart för snabba kraftförändringar, medan tillräckligt långsam signalavklingning och kontrollerad drift också kan tillåta mätningar över ett definierat kvasi-statiskt intervall. Det bör inte antas hålla en stabil absolut avläsning på obestämd tid.
Kistler förklarar det kvasi-statisk mätning beror på isolering och laddningsförstärkarens lågfrekventa beteende. För ett långt hålltest, jämför den acceptabla driften och mättiden med hela systemspecifikationen innan du väljer en piezoelektrisk sensor.
FIBOS FE011-katalogproduktbild. Laddningsutgångssensorn kräver kompatibel laddningsinstrument.
En lastbricka passar i en komprimerad lastbana, ofta runt ett fästelement. Dess installation kan kräva specificerade lastinförande brickor, ytfinish eller mekanisk förspänning. Bekräfta lagerkontaktytan, inte bara den nominella bultstorleken. Gränssnittet beskriver dess LW-lastbricka som en genomgående produkt för mätning av fästelements spänning; den applikationsbeskrivningen fastställer inte kompatibilitet med varje led.
Inom intervallet FIBOS är FA1339 lastcell för bultbricka är listad med kompression som dess belastningsriktning och en märkeffekt på 1–2 mV/V , vilket placerar den i mätkedjan för broeffekt. Kontrollera ritningen för borrning, lageryta och nödvändiga stödverktyg innan du matchar den med en specifik skarv.
Vissa ringsensorer separerar lastanslutningen från monteringsflänsen. Den centrala öppningen rymmer en stång eller axel, medan bearbetade ringformade egenskaper och bultmönster fastställer hur kraften passerar mellan maskinen och det elastiska elementet. FUTEK's LTH500 beskrivning , till exempel, skiljer inre lastning och yttre stödfunktioner. Överför inte den installationsgeometrin till en annan modell utan att kontrollera dess ritning.
FIBOS FA128-katalogen visar en central axelpassage, en ringformad lastände och flänsfästning till ett fast säte. Det är ett användbart exempel när man ska utvärdera en maskinlayout som behöver en central öppning. Börja med FA128 produktsida , bekräfta sedan aktuell ritning och monteringsarrangemang för den valda versionen. Katalogen identifierar komprimering som dess laddningsriktning; hålet innebär inte spänningsförmåga.
FIBOS FA128-katalogproduktbild och kompressionsriktningsdiagram. Bekräfta modellritningen för lastnings- och stödgränssnitten.
Monteringsgeometri och avkänningsteknik är separata val. En bricka-formad sensor kan använda töjningsmätare eller piezoelektriskt material. FIBOS FE011-katalogen visar till exempel en ringformad kvartssensor avsedd att fungera med laddningsinstrument. Detta är en annan elektrisk mätkedja än FA128:s bryggutgång.
Tabellen nedan sammanfattar hur de två avkänningsteknikerna skiljer sig när de väl är inbyggda i ett genomgående format. Använd den för att välja en teknik och bekräfta sedan den valda modellens egna specifikationer.
| Jämförelsepunkt | Töjningsgivare genomgående hålgivare | Piezoelektrisk kraftbricka |
|---|---|---|
| Signalutgång | mV/V bryggsignal | Elektrisk laddning (pC) |
| Erforderlig elektronik | Excitation plus bryggförstärkare eller brygg DAQ-ingång | Laddningsförstärkare och specificerad lågbruskabel |
| Statiska eller hållna laster | Lämplig för ihållande avläsningar | Begränsad av drift och tidskonstant; kvasistatisk endast över ett definierat intervall |
| Snabba transienter | Begränsad av monterad struktur och konditioneringsbandbredd | Vanligtvis lämpad för snabba kraftförändringar |
| Direkt PLC-anslutning | Endast genom en bryggmodul eller förstärkare | Aldrig direkt; använd en laddningsförstärkare först |
| Typiska användningsområden | Spännkraft, pressövervakning, förspänningshållning | Impakt, skärning och högdynamiska testhändelser |
En sensor under en mutter eller bulthuvud kan hjälpa till att mäta den tryckreaktion som är förknippad med bultens förspänning, förutsatt att den avsedda kontaktkraften passerar genom den. Detta stöder fogutvecklingstester, kläminställning och jämförelse av åtdragningsmetoder. Enbart åtdragningsmoment är inte samma kvantitet som bultspänning: friktion och fogförhållanden påverkar deras förhållande.
Ange om målet är den initiala förspänningen, dess förändring under drift eller den yttre kraft som appliceras på enheten. Efter åtdragning behöver en förändring av brickbelastningen inte vara lika med hela den yttre kraften eftersom fogen och fästelementet delar belastningen enligt deras styvhet och kontakttillstånd.
En central öppning kan bevara ett verktygs- eller ställdonpassage medan en sensor mäter axiell reaktionskraft. I en press kan detta stödja kraft-mot-tid- eller kraft-mot-positionsövervakning. Bestäm var sensorn sitter i förhållande till styrningarna, lagren och verktyget: friktion eller annan stödbana mellan sensorn och arbetsstycket kan göra att den uppmätta reaktionen skiljer sig från den faktiska processkraften.
Lasthuvud och justerbar nedre fixtur i pressutrustning.
För universitets- och utvecklingslaboratorier kan en ringsensor lämna plats för en provstav, justerskruv eller koaxialfixtur. Definiera det minsta användbara kraftökningen, förväntad förbelastning, testlängd och nödvändig synkronisering med förskjutning eller andra kanaler. En liten öppning eller lågprofilkropp garanterar inte i sig användbar upplösning med liten kraft.
Kontrollera den största genomgående diametern, inklusive gängtoppar, toleranser, utlopp och monteringsåtkomst. Kontrollera sedan ytterdiameter, laddningsringens mått, monteringshål, kabelutgång, kontaktåtkomst och det utrymme som behövs för brickor eller adaptrar. Installationshöjden inkluderar alla nödvändiga lastinförande delar, inte bara sensorkroppen.
Fråga om leden förblir tillräckligt styv och om den rörliga delen förblir fri under hela sitt slag. För en ersättningssensor, jämför hela stapeln och lastöverföringsgeometrin med den ursprungliga installationen. Ett matchande hål är bara en kompatibilitetskontroll.
Urvalsgeometri, endast schematisk: kontrollera öppningen, ytterhöljet, total stapelhöjd och kabel- eller kontaktavstånd tillsammans.
Dimensionera sensorn för den största mekaniska belastningen som faktiskt når den. Om en 2 kN förspänning och en 3 kN processökning verkar i samma kompressionsriktning, kan sensorn bära 5 kN även efter att displayen har nollställts. Detta exempel antar en direkt additiv lastväg; en förspänd fog med parallella elastiska banor behöver en egen lastdelningsanalys.
Inkludera acceleration, stötar, onormala cykler och installationsbelastningar. Konsultera tillverkarens kombinerade last- och överlastgränser där det är relevant. Tillåten överbelastning är en överlevnadsgräns under angivna förhållanden, inte ett extra kalibrerat arbetsområde. För upprepad cykling, fråga efter utmattningsinformation som gäller för det faktiska belastningsspektrumet.
Illustrativ additiv belastning: 2 kN förbelastning plus ett 3 kN processökning ger 5 kN mekanisk belastning. Nollställning tar inte bort förspänningen.
Läs grunden för varje felspecifikation: procent av full skala, procent av avläsning eller annan definition. En illustrativ 0,2 % fullskalig felkomponent på en 10 kN sensor motsvarar 20 N. Vid en 200 N avläsning motsvarar den ensam komponenten 10 % av avläsningen. Det är inte den totala osäkerheten, som även inkluderar andra sensor-, monterings- och elektronikeffekter.
För små kraftförändringar på en stor förbelastning, jämför brus, drift, hysteres, krypning och repeterbarhet över den faktiska cykeln. Visningssiffror och ADC-bitantal etablerar inte det minsta tillförlitliga kraftökningen. Be om bevis vid den nödvändiga arbetsbelastningen och bandbredden.
Naturlig frekvens är inte den användbara mätningsbandbredden. Tillagd massa, monteringsstyvhet, förstärkarfilter och insamlingsinställningar påverkar alla den installerade responsen. Välj sampling och kantutjämningsfiltrering för den snabbaste funktionen som spelar roll, och kontrollera om PLC-skanningen eller kommunikationsuppdateringen kan bevara den.
Skilj driftstemperatur från det kompenserade temperaturområdet. Tänk på termiska gradienter från verktyg eller motorer, kylvätska, kabelböjning och kontakttätning. En IP-klassificering adresser specificerade inträdesvillkor; det etablerar inte kemisk kompatibilitet eller eliminerar termiska mätfel.
Innan du begär en offert eller prov, gå igenom kontrollerna nedan. Varje rad parar parametern för att bekräfta med det misstag som oftast orsakar en obalans mellan databladet och det installerade resultatet.
| Parameter | Vad som ska bekräftas | Vanligt misstag |
|---|---|---|
| Håldiameter | Största passningsdelen, toleranser och runout | Matchar endast den nominella bultstorleken |
| Kuvert och stapelhöjd | Ytterdiameter, adaptrar, kabelutgång och kontaktåtkomst | Ignorera lastinförande delar |
| Kapacitet | Förspänning plus arbetskraft plus toppar vid sensorn | Dimensionering för kraften efter nollställning |
| Laddningsriktning | Nominell kompression, spänning eller båda | Att anta ett hål tillåter spänning |
| Noggrannhetsgrund | Fel vid de kraftnivåer som faktiskt uppmäts | Läser % F.S. som % av läsning |
| Signalkedja | mV/V eller laddningsutgång, och styrenhetens ingång | Anslutning av en råsignal till en analog PLC-ingång av standardtyp |
| Miljö | Kompenserat temperaturområde, inträngning och kabeldragning | Behandlar en IP-klassning som kemikalieresistens |
| Installerad kalibrering | Referenskraft applicerad genom den verkliga lastbanan | Förlitar sig på enbart shuntkalibrering |
Spåra kraft från den rörliga komponenten, genom den avsedda lastytan och det elastiska elementet, till maskinstödet. Markera varje kontakt på monteringsritningen. Kontakt på ett skyddat membran, kabelgenomföring eller icke belastande yta kan orsaka fel eller skada. Kläm inte fast hela sensorytan om inte tillverkarens installationsritning tillåter det.
Håll axlar och bultar borta från hålet där så krävs, inklusive under avböjning. Kontakt med hålet kan införa sidobelastningar eller en oavsiktlig kraftbana. Dra och säkra kabeln så att maskinrörelsen inte drar i sensorn eller skaver isoleringen.
Använd de specificerade härdade brickorna eller bearbetade kontaktdelarna med rena, plana, parallella lagerytor. En lutad mutter, grader, mjuk platta eller ojämn fläns kan koncentrera kontakten och böja sensorn. Dra åt fästelementen i angiven ordningsföljd och till angivna värden. Det finns inget universellt åtdragningsmoment för alla donutsensorer.
Rikta in kraftaxeln med den avsedda avkänningsaxeln och kontrollera verktygsförskjutningar. Motståndet mot excentrisk belastning är modellspecifikt. En sensor som överlever en belastning utanför axeln kan fortfarande producera oacceptabelt mätfel under den belastningen.
Mekanisk förspänning kan etablera kontakt och hålla ett kompressionskänsligt element inkopplat. Följ den valda modellens förladdningskrav. Elektrisk nollställning ändrar referensavläsningen; den tar inte bort förspänning, återställer inte mekanisk kapacitet eller bevisar att monteringen har satt sig.
En kraftshunt är en parallell elastisk bana som bär en del av ett laststeg runt avkänningselementet. I en förenklad linjär sammansättning med samma inkrementella förskjutning bär sensorn ΔFs = ks/(ks + kb) × ΔF, där ks är avkänningsvägstyvhet och kb är bypass-vägstyvhet. Denna modell illustrerar lastfördelning; det är inte en universell ekvation för varje skruvförband.
Förenklad linjär parallellvägsmodell med gemensam ändförskjutning. Verklig fogfördelning måste utvärderas för dess faktiska gräns- och kontaktförhållanden.
HBK:s diskussion om kraftshuntmätning förklarar varför den installerade känsligheten kan skilja sig från sensorns fristående känslighet. Upprätta det sammansatta förhållandet med en känd referenskraft. Om stöd, förladdning eller kontaktförhållanden ändras, omvärdera förhållandet istället för att återanvända en gammal korrigeringsfaktor automatiskt.
För en bryggutgångssensor, bekräfta excitationsspänning, bryggresistans, märkutgång, signalpolaritet och den faktiska stifttilldelningen. Dra inte slutledning av kabeldragning enbart från kabelns färg. En brygg-DAQ-modul kan leverera excitation och läsa differentialsignalen; Använd annars en kompatibel förstärkare för att producera spänningen, strömmen eller det digitala gränssnittet som krävs av styrenheten. FIBOS listor lastcellsförstärkare för detta konditioneringssteg; matcha deras ingångsområde och utgångstyp till både sensorn och styrenheten.
Kontrollera förstärkarens ingångsområde före tara, utgångsskalning, matningskrav, jordning och skärmavslutning. Håll signalledningar på låg nivå borta från motordrifter och strömkablar. Bekräfta beteendet vid överbelastning, sensorbortkoppling och uppstart så att en styrenhet inte misstar en felsignal för ett giltigt kraftvärde.
Sensorledningar och en digital indikator vid en testarbetsstation för FIBOS .
En laddningsutgångssensor behöver en kompatibel laddningsförstärkare och den specificerade lågbruskabeln. Håll kontakterna rena, torra och mekaniskt säkra. Sensorns avkänningselement kräver kanske ingen bryggexcitering, men dess förstärkare behöver fortfarande ström. Anslut inte en laddningsutgång direkt till en analog PLC-ingång av standardtyp.
Välj laddningsintervall och känslighetsinställningar för den installerade sensorn, välj sedan en tidskonstant som är lämplig för händelsens varaktighet och acceptabelt förfall. Återställ laddningsförstärkaren till ett definierat cykeltillstånd och dokumentera vad den referensen betyder. Kistlers laddningsförstärkares teknikguide visar hur olika tidskonstanta inställningar ändrar den uppmätta vågformen.
Två mätkedjor: bryggutgångssensorer behöver lämplig excitation och bryggkonditionering; laddningsutgångssensorer behöver en kompatibel laddningsförstärkare.
Registrera sensor, elektronik, monteringskonfiguration, förspänningstillstånd, temperatur och filterinställningar. Efter uppvärmning och mekanisk sättning, kontrollera noll vid det definierade referenstillståndet. Applicera kända krafter på flera relevanta punkter i arbetsområdet, inklusive lastning och lossning där det är praktiskt möjligt, och upprepa cykeln för att avslöja hysteres eller dåligt sittande.
Ett shuntkalibreringsmotstånd på en trådtöjningsbrygga kontrollerar ett elektriskt svar. Den applicerar ingen mekanisk kraft och kan inte verifiera lastöverföring, kontaktkvalitet eller monteringsstyvhet. På samma sätt är en stabil nolla användbar men bevisar inte att känsligheten är korrekt.
Om monteringen skapar lastdelning, kalibrera det monterade systemet mot en lämplig referensgivare i den avsedda kraftbanan. HBK:s CFW-kalibreringsproceduren särskiljer känslighetsbestämning efter montering, förstärkarinställning och verifiering. Använd den valda sensorns egna krav för att planera proceduren.
Verifiera sedan den faktiska mätuppgiften: ett hållningstest för krypning eller drift, upprepade maskincykler för repeterbarhet och representativ transientbelastning för toppar och timing. En statisk referenskontroll ensam etablerar inte dynamiskt svar. Definiera acceptansgränser från processen eller experimentet och kontrollera igen efter återmontering, överbelastning eller en meningsfull förändring av kraftbanan.
Till begär en FIBOS urvalsgenomgång , tillhandahåll en monteringsskiss, den genomgående delens diameter, tillgängligt utrymme, belastnings- och stödytor, förspännings- och kraftcykel, mätlängd, miljö och styrinmatning. Om du byter ut en befintlig enhet, inkludera dess fullständiga modell, ritning och kalibreringsinformation. Om inget standardhål eller kuvert passar, stödjer dessa detaljer även diskussion om en icke-standard anpassad sensor innan man bestämmer sig för ett prov.
Ja, i en lämplig montering kan den härleda bultspänningen från den kompressionsreaktion som överförs genom sensorn under muttern eller huvudet. Själva sensorn kan förbli endast kompression. Kontrollera om det finns alternativa kontaktvägar och särskilj initial bultförspänning från förändringar orsakade av en extern belastning; ledens stelhet avgör hur dessa förändringar delas.
Endast om dess nominella lastningsriktningar och tillbehör stödjer båda. Vissa modeller mäter endast kompression. En förladdad kompressionssensor kan mäta en minskning av kompressionen, men det är inte tillåtet att dra dess avkänningselement till spänning. Kontrollera minsta återstående kompression och maximal belastning under hela cykeln.
Nej. Nollställning ändrar den visade eller inspelade referensen. Sensorn fortsätter att bära förspänningen, som fortfarande räknas till den mekaniska kapaciteten. Håll ett register över den fysiska förspänningen och kontrollera att förstärkaringången har tillräcklig räckvidd även när dess utgång har tareras.
Anta inte det. Sensortjocklek, kontaktyta, styvhet, nödvändiga lastinförande delar och fästelement kan förändra fogen. Utvärdera förspänningsretention, tillgängligt spel och den reviderade lastvägen, verifiera sedan monteringen mekaniskt och metrologiskt innan du behandlar den som likvärdig.
De två matcherna är otillräckliga. Jämför lastytor, monteringshål, höjd, styvhet, riktningsklasser, överbelastningsgränser, effekt, magnetisering, ledningar, miljögränser och kalibrering. Behandla den nya modellen som en ersättningskandidat tills installations- och mättester bekräftar lämpligheten för din applikation.
