力测量 | 高精度就是高效率

为何极高精度力传感器能够开辟新的应用领域？

高精密力传感器能够为您开辟新的应用领域。例如，来自HBM的 C10压向力传感器，可承受极高过载的同时，丝毫不影响测量的精确度。另外一个优势是：面对多种不同的测量任务更具灵活性。这表明，高精度力传感器不仅是技术上的杰作，并且还具有经济优势。能够更加清楚得辨别错误的来源。

高精度力传感器的的优势

现代力传感器达到了极高精度水平, 温度对测量结果的影响非常小。所谓的TC0，即温度对C10零点的影响最大仅为0.075%/10K，线性和相对可逆性误差也极低。

• 测量链可承受高负载 能防止传感器损坏。另外，C10力传感器即使在20%量程范围内，也具有足够高的精度，获取可靠的测量结果。
  

• 基于以上描述，传感器的应用范围也得到扩展: 也就是在不改变传感器的情况下，执行不同的测量任务，减少时间和费用。因为不需要对试验台进行更改，减少了传感器类型的多样性。

误差的可能来源

了解力测量误差的可能来源非常重要。基于应变的力传感器可能误差主要来自以下两个方面：

• 和负载无关的误差: 特定的输出信号错误，但和加载力的大小无关
• 和实际值相关的误差: 是指和加载的力相关，并和力测量值呈比例

温度对零点的影响 是一个和负载无关的误差: 其输出一个特定值，这个值和加载的力大小无关。由于这个特定值不变，因此，当加载力较小（例如仅为 20% 额定量程），温度对零点的影响 (TKZero) 产生的输出信号就会显得特别大。

例如，使用传统技术的力传感器的额定量程100 kN；我们假设TC0为0.5%。这意味着10K的温度变化产生测量不确定性为额定量程的0.5%，数值为0.5 kN。如果施加的负载仅为20千牛，测量不确定度仍然是500N。由于力值较小，测量不确定度误差将为2.5%。让我们来看看使用C10时的情况，同样是100 kN额定量程。其TC0的规定值仅为0.075%。因此，测量误差75N，当负载为20kN时，C10 TC0误差从2.5%下降到了0.375%。

除TC0外，线性误差也与额定量程有关。因此，C10传感器的测量误差大幅减小。相对于实际值的误差包括灵敏度（TCS）的温度依赖性、蠕变，校准公差等。当评估一个误差时，单个误差将会导致整体误差呈几何级增加，也就是说，只有误差最大的参数得到改善，才能显著提高测量精度。在许多情况下，TC0、线性和滞后是最重要的。而这些误差（如上所述）与额定量程有关，因此对这些参数的任何改进都将特别有效。

C10 测量误差大幅降低   

HBM对C10进行了重新设计，大幅降低了和满量程有关的测量误差。包括温度对传感器的影响，线性和滞后误差等。

线性误差 (in ppm)     

   

滞后 (in ppm)     

   

蠕变 (30 分钟) in ppm     

   

这些改进带来的实际影响

图1 通过技术改进增加了传感器的测量范围

图中显示了一个典型的测量任务：  

测量时间：30 分钟

温度变化：10°C

传感器：C10/25KN

传感器加载到额定量程

该图显示了  测量不确定度的函数。产品的重新设计产生了显著的积极影响，在相同的测量不确定度情况下，可用测量范围显著增加。  

图2 高精度和低精度力测量系统的监控过程

图2显示  力测量过程：用于质量控制的力测量被显示在X 轴。Y 轴显示生产的数量。按照高斯钟形曲线法生产部件的散射分布。 绿线表示允许误差，力测量链的不确定性可以从左右两侧的红色部分看出。为了评估监控过程，必须估算测量精度。在评估过程中，只有在测量容差范围内，才能被测定为OK (在图中表示为蓝色线)。可以非常容易看出，容差部分数量增加时，测量精度也随之增加。被拒收的产品数量也和力测量链精度有关。

现代力传感器，例如C10, S2M, S9M, 和 U10M都具有极高的精度。以上都考虑到了影响测量不确定性的因素。另外，当只加载部分额定量程时，能够显著增加抗过载能力。这样也增加了可靠性。综上所述，可以看出，高精度传感器能增加测量范围，或是增加测量范围的百分比。