วิธีเลือกเซ็นเซอร์สำหรับการวัดความตึงเครียดในมุมที่แตกต่างกัน?

เมนูเนื้อหา

1. หลักการหลักของการวัดความตึงเครียดที่มุม

2. เทคโนโลยีเซ็นเซอร์สำหรับการวัดความตึงแบบเชิงมุม

- 2.1 เซ็นเซอร์ที่ใช้มาตรวัดความเครียด

- 2.2 ทรานสดิวเซอร์แรงเรเดียล

- 2.3 เซ็นเซอร์อัจฉริยะที่ใช้ MEMS

3. เกณฑ์การเลือกสำหรับแอปพลิเคชันมุมตัวแปรปรวน

4. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้ง

5. แอปพลิเคชันอุตสาหกรรม

บทสรุป

คำถามที่พบบ่อย

- Q1: อุณหภูมิมีผลต่อการวัดความตึงของเชิงมุมอย่างไร?

- Q2: มุมสูงสุดที่การวัดความตึงยังคงใช้งานได้จริง?

- Q3: วิธีการตรวจสอบการจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์ในการติดตั้งภาคสนาม?

- Q4: เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถวัดแรงบีบอัดที่มุมได้หรือไม่?

- Q5: มาตรการความปลอดภัยทางไซเบอร์ใดที่ปกป้องเซ็นเซอร์ความตึงที่เปิดใช้งาน IoT

การอ้างอิง:

การวัดความตึงที่แม่นยำในการเปลี่ยนมุมยังคงเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ซับซ้อนที่สุดในการใช้เครื่องมืออุตสาหกรรม คู่มือนี้ให้การดำน้ำลึกทางเทคนิคในการเลือกการกำหนดค่าและการบำรุงรักษามุมชดเชยมุม เซ็นเซอร์ความตึงเครียด ในการผลิตหุ่นยนต์และแอพพลิเคชั่นการบินและอวกาศ

1. หลักการหลักของการวัดความตึงเครียดที่มุม

พื้นฐานความละเอียดของเวกเตอร์กำหนดว่าแรงตึง (F) นำไปใช้ที่มุมθสร้างส่วนประกอบที่วัดได้:

- แรงตามแนวแกน: fx = f⋅cos (θ)

- แรงเฉือน: fy = f⋅sin (θ)

เซ็นเซอร์แกนเดี่ยวแบบดั้งเดิมตรวจจับ FX เท่านั้นซึ่งนำไปสู่การรายงานอย่างเป็นระบบ ระบบขั้นสูงรวมเซลล์โหลดสามแกนและหน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) เพื่อสร้างความตึงเครียดที่แท้จริงผ่านการรวมเวกเตอร์ แหล่งที่มาข้อผิดพลาดที่สำคัญ ได้แก่ :

- ข้อผิดพลาดของโคไซน์: สูงถึง 13.4% ที่ 30 °การเยื้องศูนย์

- ช่วงเวลาดัด: เหนี่ยวนำโดยการโหลดนอกแกน

- อุณหภูมิดริฟท์: 0.02%/° C ทั่วไปในระบบมาตรวัดความเครียด

2. เทคโนโลยีเซ็นเซอร์สำหรับการวัดความตึงแบบเชิงมุม

2.1 เซ็นเซอร์ที่ใช้มาตรวัดความเครียด

การกำหนดค่าขั้นสูงตอนนี้รวมเกจวัดความเครียดดอกกุหลาบในการจัดเรียงสะพาน Wheatstone:

- ระบบ 3-gauge: ตรวจจับการโหลดตามแนวแกนและการดัดงอ

- ระบบ 6-gauge: การชดเชยอุณหภูมิเต็มรูปแบบ

- ข้อ จำกัด :

. อัตราการสุ่มตัวอย่างสูงสุด 50Hz

ข. 0.1-0.5% ไม่เชิงเส้น

ความสามารถในการติดตั้ง:

- การติดตั้งพื้นผิวเรียบ 3µm RA)

- ความสม่ำเสมอของแรงบิดในระหว่างการยึด (± 5% ความอดทน)

2.2 ทรานสดิวเซอร์แรงเรเดียล

การออกแบบแบบโรลเลอร์ครองแอพพลิเคชั่นการจัดการเว็บด้วย:

- ช่วงความตึงเครียด: 0.1n ถึง 200kN

- ความจุความเร็ว: การเคลื่อนไหวเชิงเส้น 0-50m/s

- การเพิ่มประสิทธิภาพมุมห่อ:

- อุดมคติ: 150-170 ° (หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนสลิป/แท่ง)

- ขั้นต่ำ: 30 ° (ต้องใช้ความขรุขระพื้นผิว> 3µm RA)

2.3 เซ็นเซอร์อัจฉริยะที่ใช้ MEMS

อุปกรณ์ MEMS รุ่นที่สี่ตอนนี้มีคุณสมบัติ:

- การปรับสภาพสัญญาณแบบรวม: ADC 24 บิต

- โปรโตคอลไร้สาย: บลูทู ธ 5.2, Lorawan

- การชุบแข็งด้านสิ่งแวดล้อม:

. การป้องกันการเข้า IP69K

ข. ความต้านทานแรงกระแทก 50 กรัม

พารามิเตอร์	ระดับ	อุตสาหกรรมระดับอุตสาหกรรม
ความละเอียดเชิงมุม	0.5 °	0.01 °
ช่วงไดนามิก	± 90 °	± 180 °
อุณหภูมิดริฟท์	0.05%/° C	0.002%/° C

3. เกณฑ์การเลือกสำหรับแอปพลิเคชันมุมตัวแปรปรวน

3.1 ข้อกำหนดความแม่นยำ

- ระบบคงที่: ± 1% FS เพียงพอ

- ระบบไดนามิก: ± 0.25% FS ขั้นต่ำ

- แอปพลิเคชันที่สำคัญ (เช่นสายเคเบิลควบคุมเครื่องบิน): ± 0.1% FS พร้อมการสอบเทียบ NIST-traceable

3.2 ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

- อุณหภูมิ:

. มาตรฐาน: -20 ° C ถึง +85 ° C

ข. Extended: -55 ° C ถึง +150 ° C (ต้องใช้ MEMS ซิลิกอน-ออน-ฉาย) MEMS)

-การสั่นสะเทือน: MIL-STD-810H ความสอดคล้องสำหรับ> 15G RMS Environment

3.3 การรวมเครื่องจักรกล

- การกำหนดค่าการติดตั้ง:

. แรงเฉือนสองครั้ง: สำหรับความตึงเครียด/การบีบอัดที่บริสุทธิ์

ข. ลำแสงงอ: อนุญาตให้มีการเยื้องศูนย์± 5 °

ค. S-type: การติดตั้งหลายแกนขนาดกะทัดรัด

4. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้ง

4.1 ขั้นตอนการจัดตำแหน่ง

1. แกนเซ็นเซอร์แนวเลเซอร์ที่มีเวกเตอร์แรง (± 0.1 °ทน)

2. ใช้ระดับความแม่นยำด้วยความละเอียด 0.01 °

3. ดำเนินการสอบเทียบแบบคงที่ที่ 0 °, 45 °และ 90 °

4.2 การปรับสภาพสัญญาณ

- ข้อกำหนดส่วนหน้าแบบอะนาล็อก:

. CMRR> 100dB ที่ 60Hz

ข. อัตราการสุ่มตัวอย่างขั้นต่ำ 1KSPS

- การกรองดิจิตอล:

. ตัวกรอง Notch 50Hz สำหรับการรบกวน AC

ข. การกรอง Kalman สำหรับการชดเชยมุมแบบไดนามิก

4.3 โปรโตคอลการบำรุงรักษา

- รายไตรมาส:

. ฮาร์ดแวร์การติดตั้งแบบทอร์เวย์อีกครั้ง

ข. ทำความสะอาดพื้นผิวของ Optical Encoder (ถ้าติดตั้ง)

- ประจำปี:

. การสอบเทียบมาตรวิทยาเต็มรูปแบบ

ข. การเปลี่ยนแบริ่งในระบบลูกกลิ้ง

5. แอปพลิเคชันอุตสาหกรรม

5.1 การผลิตวัสดุคอมโพสิต

- ความท้าทาย: วัดความตึงเครียด 0-500N บนคาร์บอนไฟเบอร์พ่วงที่มุมป้อน 70 °

- วิธีแก้ปัญหา: เซ็นเซอร์รัศมีระบายความร้อนด้วยน้ำด้วย:

. อัตราการสุ่มตัวอย่าง 1,000Hz

ข. ลูกกลิ้งเซรามิก Alsic

- ผลลัพธ์: 0.2% CV ในการผลิต 8 ชั่วโมง

5.2 Pretensions เข็มขัดนิรภัย

- ความต้องการ:

. ช่วงไดนามิก 0-6000N

ข. การเปลี่ยนแปลงทิศทาง 180 °ใน <50ms

- การใช้งาน: อาร์เรย์เซ็นเซอร์ Piezoelectric พร้อม:

. อัตราการตอบกลับ 10kHz

ข. สามารถส่งออก FD ได้

5.3 การจัดการ TETHER SEA SEA SEA

- เงื่อนไข:

. คะแนนความลึก 6,000 ม.

ข. การหมุนอย่างต่อเนื่อง 360 °

- เทคโนโลยี: เซ็นเซอร์แรงบิดด้วยแสงพร้อม:

. การเข้ารหัสมุมเลเซอร์

ข. ไส้น้ำมันที่มีความสมดุล

บทสรุป

การเลือกเซ็นเซอร์แรงแบบแรงดึงที่ต้องการการวิเคราะห์อย่างเข้มงวดของกลศาสตร์เวกเตอร์ความสุดขั้วด้านสิ่งแวดล้อมและข้อกำหนดการตอบสนองแบบไดนามิก โซลูชันที่ทันสมัยที่รวม MEMS เซ็นเซอร์เชิงมุมการประมวลผลสัญญาณขั้นสูงและการเชื่อมต่อ IoT ช่วยให้การวัดความแม่นยำในระบบการหมุนและข้อต่อ ในขณะที่การผลิตที่ชาญฉลาดเร่งคาดว่าจะเพิ่มการใช้เซ็นเซอร์การปรับเทียบด้วยตนเองที่เพิ่มขึ้นด้วยความสามารถของ Edge AI สำหรับความละเอียดเวกเตอร์แบบเรียลไทม์

คำถามที่พบบ่อย

Q1: อุณหภูมิมีผลต่อการวัดความตึงของเชิงมุมอย่างไร?

เซ็นเซอร์เกจวัดความเครียดประสบการณ์ 0.02-0.05%/° C ความไวดริฟท์ อุปกรณ์ MEMS ที่มีการชดเชยอุณหภูมิแบบบูรณาการรักษาความเสถียร± 0.005%/° C จาก -40 ° C ถึง 125 ° C

Q2: มุมสูงสุดที่การวัดความตึงยังคงใช้งานได้จริง?

เซ็นเซอร์ทั่วไปสูญเสียความน่าเชื่อถือเกินกว่า 75 °นอกแกน เซลล์โหลด 6 แกนพิเศษรักษาความแม่นยำ± 1% สูงสุด 85 °ผ่านการติดตั้งข้อต่อทรงกลม

Q3: วิธีการตรวจสอบการจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์ในการติดตั้งภาคสนาม?

ใช้เครื่องมือจัดตำแหน่งเลเซอร์ที่มีความละเอียด <0.1 °หรือดำเนินการสอบเทียบสดโดยใช้น้ำหนักที่รู้จักที่ 0 °, 45 °และ 90 °

Q4: เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถวัดแรงบีบอัดที่มุมได้หรือไม่?

ใช่ แต่ต้องใช้การสอบเทียบแบบสองทิศทาง โดยทั่วไปแล้วทรานสดิวเซอร์แรงเรเดียลจะจัดการการบีบอัด± 10% FS โดยไม่มีความเสียหาย

Q5: มาตรการความปลอดภัยทางไซเบอร์ใดที่ปกป้องเซ็นเซอร์ความตึงที่เปิดใช้งาน IoT

ใช้การเข้ารหัส TLS 1.3, การกรองที่อยู่ MAC และการรับรองความถูกต้องตามใบรับรองเพื่อป้องกันการดัดแปลงข้อมูลในเครือข่ายอุตสาหกรรม

การอ้างอิง:

[1] https://forum.digikey.com/t/understanding-angle-sensors-features-benefits-and-selection-criteria/46373

[2] https://www.tensometric.de/en/products/tensile-force-measurement/rotating-systems

[3] https://www.te.com/en/products/sensors/position-sensors/tilt-sensors-inclinometers.html

[4] https://www.tensometric.de/en/16-english-categories/products?start=6

[5] https://haehne.de/fileadmin/erklaerungen_zertifikate/practice_guide.pdf

[6] https://www.youtube.com/watch?v=lhbzeahhwba

[7] https://www.hbkworld.com/en/knowledge/resource-center/articles/installation-of-force-transducers

[8] https://www.fms-technology.com/en/faq

[9] https://www.ultraforce.com.tw/news/how-does-a-tension-sensor-work

[10] https://www.measurex.com.au/working-principle-of-force-sensors/

[11] https://www.nanoscience.com/techniques/tensiometry/

[12] https://haehne.de/en/service/technical-terms-for-force-measuring-sensors/nominal-force

[13] https://wobit.com.pl/en/artykul/5249/strefa-wiedzy/7-pytan-o-czujniki-sily-na-ktore-chcesz-znac-odpowiedz/

[14] https://www.arisewebguiding.com/what-are-are-different-ypes-of-tension-sensors-and-how-to-select-the-right-type

[15] https://www.machinedesign.com/archive/article/21829144/controlling-web-tension-with-load-cells-part-3-of-3

[16] https://www.ti.com/lit/pdf/sbaa463

[17] https://training.dewesoft.com/online/course/angle-measurement

[18] https://forum.arduino.cc/t/angle-measurement-setup/1286050

[19] https://www.infineon.com/cms/en/product/sensor/magnetic-sensors/magnetic-position-sensors/angle-sensors/

[20] https://www.mobac.de/englisch/drive-technology/magnetic-particle-brakes-and-lutches/force-measuring-roller-/-sensor

[21] http://www.surface-tension.org/articleshow_114.html

[22] https://www.fms-technology.com/en/faq

[23] https://www.althensensors.com/landing-pages/tilt-angle-measurement/

[24] https://www.fms-technology.com/fileadmin/user_upload/dokumente/datasheet_force_sensors_fms.pdf

[25] https://www.megatron.de/en/category/angle-sensors.html

[26] https://uol.de/fileadmin/user_upload/physik/ag/physikpraktika/download/gpr/pdf/e_sensoren.pdf

[27] https://www.lorenz-messtechnik.de/english/products/torque-sensors.php

[28] https://haehne.de/en/web-tension/tension-force-sensor

[29] https://www.checkline.com/product/rfs100

[30] https://www.hans-schmidt.com/en/produkt-details/tension-sensor-fsr/

[31] https://www.checkline.com/product/ts2l

[32] https://www.fms-technology.com/fileadmin/import/force_sensor-series/rmgz1_installation_instructions_en.pdf

[33] https://www.xjcsensor.net/products/tension-sensordwvjf

[34] https://www.youtube.com/watch?v=qky2ibfnqmi

[35] https://www.youtube.com/watch?v=_Z_ATDDPD9A

[36] https://www.fms-technology.com/fileadmin/import/force_sensor-series/a_installation_instructions_en.pdf

[37] https://www.youtube.com/watch?v=VEAFGMTHF9Q

[38] https://www.youtube.com/watch?v=NCFQA5LESYK

[39] https://haehne.de/fileadmin/erklaerungen_zertifikate/practice_guide.pdf

[40] https://engineering.stackexchange.com/questions/50578/Constant-tension-does-angle-between-rollers-matter

[41] https://www.hbm.com/tw/6294/multi-axis-sensors-faqs/

[42] https://www.montalvo.com/variable-wrap-angle-technology/

[43] https://www.ariat-tech.com/blog/guide-to-force-sensors-how-they-work,Types,And-ways-to-Improve-curacy.html

[44] https://www.xjcsensor.com/how-does-a-tension-sensor-work-in-industrial-applications/

[45] https://www.pcb.com/resources/faq/force-faq

[46] https://www.mrclab.com/what-is-the-significance-of-measuring- contact- angle-with-a-tensiometer-in-surface-science

[47] https://functionbay.com/documentation/onlinehelp/documents/tensionsensor2.htm

[48] ​​https://www.fibossensor.com/why-choose-a-spring-tension-sensor-over-ether-force-sensors.html

[49] https://physics.stackexchange.com/questions/207984/confused-on-how-tensions-can-differ-with-angle

[50] https://haehne.de/en/service/technical-terms-for-force-measuring-sensors/nominal-force

[51] https://www.youtube.com/watch?v=UNI7G3XXP20

[52] https://www.ti.com/video/6033246647001

[53] https://www.youtube.com/watch?v=-AHG-EDVBII

[54] https://www.youtube.com/watch?v=C93SOHYEUZ0

[55] https://www.biolinchina.com/wp-content/uploads/2021/03/wp-contact-ang