主要适用于以下领域:力传感器制造商、校准实验室、工业力测量技术
力传感器不同校准方法(冲击或正弦)的结果首次实现了良好一致性,而这是利用测量装置的数学模型实现的,测量装置两侧通过弹性耦合的方式装上了力传感器。

力传感器的动态校准

在不同负载质量下的动态校准的案例研究中,比较了力传感器的测量共振频率和模型共振频率。该图显示了模型共振频率以及通过冲击和正弦激励实验确定的共振频率与负载质量间的关系。1 kg的测量点代表典型的正弦校准,具有大质量和高达几kHz的激励。此外,图中还绘制了冲击激励实验确定的共振。

动态力的可靠测量在工业中至关重要。为了使计量服务跟上需求的发展,德国联邦物理技术研究院(PTB)一直在寻求一种通过数学模型描述力传感器动态特性的方法。传感器和校准设备在模型中被设为质量-弹簧-阻尼器元件的串联布置。通过将模型方程式应用于动态测量数据,可以确定力传感器的质量、刚度和阻尼参数。目标是要对动态行为进行一般表征,且与特定的测量应用或激振力类型无关。不论是冲击激励还是正弦激励,校准提供的参数应该是一致的。

早期使用高带宽力传感器进行的测试没有给出一致的结果。新的模型给出了详尽的解释。作为案例研究的力传感器(测量范围±1 kN,通过两个螺杆引入力)受到的是冲击力或正弦力。可以通过使用额外的负载质量来实现动态行为的预期变化。脉冲持续时间范围从0.1 ms到1 ms。最大激励频率为30 kHz。

力传感器具有两个主振,其特征取决于耦合质量的大小。在典型的没有负载质量的冲击激励的情况下,最低的共振频率是由振动的传感器壳体引起的,而在高负载质量正弦激励的情况下,则是由弹性耦合质量本身引起的。这种三个弹性耦合质量的新模型考虑了传感器的两侧弹性耦合。将使用不同测量装置测量的共振频率与模型的共振频率进行了比较,从而确定了传感器的刚度参数。

现在,对于正弦和脉冲形激振力的测量数据,这种改进的基于模型的动态校准可提供一致的参数,由此证明了这种新的校准方法的适用性。有限元方法的补充研究已经证实了这些结果。因此,通过采取相应措施扩展这个模型,可以将力传感器的动态测量行为转移到特定的测量应用中。

本文由
计量校准公司推出。

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