力測量的案例
測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點
<p>使用力傳感器測量力可確保最大的測量精度。然而在分力測量時，需要采用與應用精確匹配的特殊傳感器。今天我們將介紹進行分力測量的三種方法。</p><p><br></p><p>對于應變力傳感器來說，即使在現場安裝后，也可以很容易地再現校準過程中確定的特性曲線，即施加的力和輸出信號比。力傳感器必須安裝在力傳遞流中，并且沒有任何分力，這是先決條件。并且必須確保完整的力傳遞流通過傳感器進行測量。這意味著力傳感器的特性，例如硬度和動態性能，這將影響整體設計。另外，大量程的傳感器具有更大的結構。</p><p><br></p><p><strong>力測量</strong>可以通過結構的變形來進行測量，可以采用以下<strong>三種方法</strong>：</p><ul><li>安裝應變片</li><li>利用應變傳感器，其有時候內置了電路</li><li>利用力墊圈，其基于應變或壓電技術</li></ul><p><br></p><p>這些方法的<strong>劣勢和優勢</strong>總結如下：</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/0dOps7rIddq4siaMfxNgdfkrjNqWNYC4ric7cnnYsZWIBhoibQSe9XpjvYbTYP3hWYzmS9PCs7IstlS13hn1hpVNQ/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><br></p><h2><strong>1. 采用應變片測量</strong></h2><p>安裝應變片實際上對被測物體的結構沒有任何影響。結構的硬度和動態特性將會保持不變。在對花絲結構測試時，應變片具有非常明顯的優勢，因為其變形時，只需要非常小的力。
展開 力測量 | 高精度就是高效率
為何極高精度力傳感器能夠開辟新的應用領域？
高精密力傳感器能夠為您開辟新的應用領域。例如，來自HBM的 C10壓向力傳感器，可承受極高過載的同時，絲毫不影響測量的精確度。另外一個優勢是：面對多種不同的測量任務更具靈活性。這表明，高精度力傳感器不僅是技術上的杰作，并且還具有經濟優勢。能夠更加清楚得辨別錯誤的來源。
高精度力傳感器的的優勢
現代力傳感器達到了極高精度水平, 溫度對測量結果的影響非常小。所謂的TC0，即溫度對C10零點的影響最大僅為0.075%/10K，線性和相對可逆性誤差也極低。
測量鏈可承受高負載 能防止傳感器損壞。另外，C10力傳感器即使在20%量程范圍內，也具有足夠高的精度，獲取可靠的測量結果。
基于以上描述，傳感器的應用范圍也得到擴展: 也就是在不改變傳感器的情況下，執行不同的測量任務，減少時間和費用。因為不需要對試驗臺進行更改，減少了傳感器類型的多樣性。
誤差的可能來源
了解力測量誤差的可能來源非常重要。基于應變的力傳感器可能誤差主要來自以下兩個方面：
和負載無關的誤差: 特定的輸出信號錯誤，但和加載力的大小無關
和實際值相關的誤差: 是指和加載的力相關，并和力測量值呈比例
溫度對零點的影響 是一個和負載無關的誤差: 其輸出一個特定值，這個值和加載的力大小無關。由于這個特定值不變，因此，當加載力較小（例如僅為 20% 額定量程），溫度對零點的影響 (TKZero) 產生的輸出信號就會顯得特別大。
例如，使用傳統技術的力傳感器的額定量程100 kN；我們假設TC0為0.5%。這意味著10K的溫度變化產生測量不確定性為額定量程的0.5%，數值為0.5 kN。如果施加的負載僅為20千牛，測量不確定度仍然是500N。由于力值較小，測量不確定度誤差將為2.5%。
展開 金工聊測量 | 選擇壓電還是應變力傳感器？
金工說
有兩種原理的傳感器在力的測量中占據了主導地位：壓電傳感器和應變傳感器。
你知道什么時候適合哪種傳感器嗎？今天我們就來一起討論下這個話題。
技術基礎
應變傳感器有一個彈性體，力會施加到該彈性體上。該力造成彈性體的變形很小。安裝在適當點位的應變片被延長，從而導致電阻值的變化。至少有四個應變片連接成一個惠斯通電橋電路。當電壓被饋送到該測量電橋時，產生的輸出電壓與施加的力成正比。
應變傳感器的工作原理，彈性體的尺寸決定了測量范圍
壓電傳感器的設計，晶片（綠色）將所施加的力轉化為電荷，電荷由傳感器之間的電極拾取。
哪種傳感器原理適用于哪種應用？
靜態測量任務
應變傳感器幾乎沒有漂移，因此特別適合長期監測任務。所謂的蠕變（在不斷施加的力下，輸出信號依時間變化，然而這種變化是可逆的）是非常小的，因為可以通過仔細選擇應變片的布局使其最小化。來自HBM的現代傳感器，例如S2M，與測量值相關的蠕變值小于200ppm，這樣的誤差在許多應用中可以忽略不計。
鑒于其工作原理，壓電力傳感器有漂移，測量鏈已運行時，飄移量估計為1N/分鐘。由于無論測量的力如何，該值都保持不變，因此當長時間測量較小的力時，漂移導致的相對測量誤差尤其不利。
小力和大力時漂移的影響：測量5000N力時，測量周期可能更長；力較小時，漂移的影響顯著。顯然：測量周期取決于所需的精度和要測量的力。
動態力測量
壓電傳感器剛度高，受力時變形非常小。這會導致諧振頻率高，原則上這在動態應用中非常有利。然而，整個測量鏈對動態特性至關重要。
展開 專家訪談 | 力測量技術的未來會是什么樣子？
<p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">近年來，HBM在力測量技術領域推出了多個創新產品，例如</span><strong style="color: rgb(51, 182, 177);">KMR+力墊圈</strong><span style="color: rgb(68, 68, 68);">以及</span><strong style="color: rgb(51, 182, 177);">C11微型力傳感器</strong> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">。內置放大器</span><strong style="color: rgb(51, 182, 177);">C9C和U9C有源傳感器</strong><span style="color: rgb(68, 68, 68);">，產品組合也變得越來越“電氣化”。 </span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">在本次采訪中，您可以了解到力測量領域的專家Markus Gr?f和Thomas Kleckers如何看待市場的未來，以及他們正在做些什么，以確保HBM在市場保持專業地位。</span> </p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/0dOps7rIddr7AuJNTPn7uPdzdPmNravr0gciawkhIPhiaOoA5zTYKxXsh1WSUMjItCt5nbOdt9RgeJ9WsMsibypibg/640?
展開 
如何正確調整力測量設備，以匹配力傳感器
<p><br></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">力傳感器與稱重傳感器一個重要區別在于：當稱重傳感器在安裝前需要進行校準，而力傳感器在出廠前已經經過校準，并將結果記錄在隨附文件中。</span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">因此，為了使力傳感器能保持在工廠校準期間確定的靈敏度，必須正確安裝</span> <strong style="color: rgb(51, 182, 177);">力傳感器</strong> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">。并且在力傳感器的調試過程中，正確調整</span> <strong style="color: rgb(51, 182, 177);">測量放大器</strong> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">也是非常重要的一步。通過這一步所謂的調整過程，可確保測量放大器或軟件能正確解釋力傳感器的輸出信號，以便獲得</span> <strong style="color: rgb(51, 182, 177);">正確的測量值</strong> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">。</span></p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(0, 51, 90);">力傳感器的特性曲線</strong></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">生產過程中的校準測量結果記錄在文件中，并隨力傳感器一起提供，其規定了所謂的額定輸出（符號C），單位為mV/V。
展開 力測量 | 壓電測量鏈的電隔離
<p><strong>何時壓電測量鏈是更好的選擇？</strong></p><p>我們可以先聊下壓電傳感器在許多應用中的獨特優勢：</p><ul><li>空間有限：壓電陶瓷體積小，易于集成。</li><li>當傳感器使用高初始載荷時，80kN初始載荷需要測量500N的力？沒問題，無論施加的力如何，都可以執行重置。</li><li>當需要極端過載穩定性時，利用壓電傳感器的靈敏度和標稱（額定）力不受所施加負載的影響這一事實。無論您使用的傳感器是20kN還是120kN，輸出信號都保持不變。</li><li>需要極高動態性時，尤其是小作用力，PACEline傳感器是正確的解決方案。五位數共振頻率會產生應用所需的帶寬。</li></ul><p><br></p><p><strong>壓電測量鏈的電隔離</strong></p><p>從電荷放大器到附件，Paceline系列壓電產品提供了一項非常實用的特殊功能，極大地促進了其在實踐中的使用。尤其是在安裝過程中，實現<strong>同軸電纜屏蔽</strong>，電荷放大器和接線盒之間<strong>電隔離</strong>。這項技術的植入，涉及到同軸電纜和外殼之間的屏蔽，以確保測量鏈符合目前的EMC規范。</p><p><br></p><p><strong>測量鏈的要求</strong></p><p>一個測量鏈至少包括一個<strong>電荷放大器</strong>和一個<strong>傳感器</strong>，這可以是一個標定過的傳感器或一個力墊圈 (CFW, CLP) 以及一個壓電應變傳感器 (CST)。采用一個接線盒并聯壓電傳感器是一種相對簡單的連接方法。這對電纜有特殊的要求。包括一個非常高的絕緣電阻，這樣即使在運動或高機械強度情況下也可免受噪聲影響。特殊的同軸電纜能夠符合這些條件。
展開 提高競爭力！創新助力新質生產力！中圖儀器補齊國產精密測量短板
而GTS激光跟蹤儀可用于航空航天領域對飛機零部件及裝配精度的測量，在高端制造中對運動機器人位置的精確標定，又或是在汽車制造中對車型的在線測量等大型裝備的運動控制，是保障大型裝備運行的智能守護者。
顯微測量儀和激光跟蹤儀正成為各個行業實現智能制造的關鍵工具。通過將顯微測量儀和激光跟蹤儀的數據進行集成和分析，可以實現對整個生產過程的全面監控和優化，從原材料的檢測到產品的裝配，再到最終的質量控制，它們不僅提高了生產效率和質量，還推動了生產方式的轉型升級，加速了產業結構的優化和升級。我們有理由相信，顯微測量儀和激光跟蹤儀在未來將為制造業帶來新的生產力和競爭力。
“新質生產力”不僅開啟了新時代生產力的進步，更是推動經濟發展和社會進步的重要引擎之一。在未來的發展中，中圖儀器將繼續以技術創新為發展基礎，專注于精密測量檢測技術的發展，為工業領域帶來更高的效率、更好的質量和更強的競爭力。
展開 小應變實現大測量 | 揭秘力傳感器的核心科技
我們日常所說的「力傳感器」，其實背后藏著一套精密而成熟的應變測量原理。它不僅能精準捕捉從 10N 到 40MN 的巨大力量，還能自動屏蔽溫度、側向力等干擾，實現高精度、低成本的力量測量。今天，就讓我們以經典的C18環扭式傳感器為例，一起拆解這個「應變片技術」背后的硬核原理。
▎什么是基于應變的力傳感器？
這類傳感器的核心部件是一個被稱為彈性體或承載體的結構。當外力作用在彈性體上時，它會微量變形，并在表面產生應變。彈性體的任務，就是將受力盡可能線性、可重復地轉換為表面應變。
而真正執行測量任務的，是貼在彈性體關鍵位置上的應變片。每個應變片都包含絕緣層，通常被稱為基底，測量柵絲附著其上。通常一個傳感器中會布置四枚應變片，其中兩枚在受力時被拉伸，另外兩枚被壓縮。輸出信號取決于應變片的電阻變化，直接反應作用力的大小。
基于應變片的力傳感器的工作原理，采用環扭式傳感器(型號 C18)
▎應變測量技術的三大優勢
這種原理久經驗證，具有多重優勢：
1. 強大的抗干擾能力
當四個應變片在同一方向上發生相同程度的電阻變化時，輸出電壓幾乎不變。這意味著許多「寄生負載」——如溫度對零點的影響、側向力、彎曲力矩等都能被有效補償。
溫度對應變片的輸出信號影響
這一點非常重要，這意味著惠斯通電橋結構讓傳感器能補償多種不必要的影響，“無視”溫度波動帶來的零點漂移，即便在變溫環境中，也能保持穩定輸出。
2. 高精度與高性價比兼備
應變測量原理成熟，易于實現高精度測量，同時具備優異的成本效益。
3. 量程寬廣，應用靈活
力傳感器的量程主要由彈性體的剛度決定。
展開 免費網絡課程 |HBM力學測量技術-測力應用場景與實踐精髓
培訓內容
力是非常重要而且最經常被測量的機械量，在測試臺和工業過程控制中經常遇到以下問題：
· 稱重等于測力嗎？
· 力傳感器的最佳選擇，壓電還是應變技術？
· 如何采用分路測力而不直接采用力傳感器進行力學測量？
· 關于測量不確定度，哪些因素需要被考慮？
· 如何保證精確地進行力學測量？
本課程將為您提供重要的力學測量基礎知識、技巧和提示，使您能夠準確地進行力學測量。
培訓時間
1月20日（周三）下午 14:00-15:00
課程對象
從事測試測量特別是力學測量領域的工程、技術、營銷、采購、管理人員；力學測試設備設計、安裝調試、使用人員；大中專院校相關專業師生。
費用：免費
報名方式
電腦端報名：點此處報名
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齒輪旋向/承載面/受力方向判定
? 外齒輪，齒輪立起來，齒輪向右偏為右旋（內齒輪相仿，從外邊看透外圈或站中間直接看）
? 受力方向：左旋用左手，右旋用右手；
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長春工業大學高光輝：生物基水凝膠傳感器，用于測量具有穩定附著力和超高韌性的人體運動
（a，b）不同應變（200–1000％）的PAAM-SC-CC水凝膠的拉伸循環測試，并通過條形圖表示應力和滯后的比較表示；（c，d）在1000％應變下，對PAAM-SC-CC水凝膠進行了10次連續的拉伸循環測試，并且顯示了具有不同初始組分的水凝膠的拉伸循環性能的比較；（e）PAAM-SC-CC水凝膠具有很強的拉伸周期性能，該凝膠呈線狀并隨重量而擺動；（f，g）PAAM-SC-CC水凝膠在90％變形百分比下的十個壓縮循環；（h）使用質地分析儀測試的PAAM-SC-CC的壓縮循環性能；（i）施加
力
10分鐘后，在20％應變下約10個連續循環的應力松弛曲線。
圖
4.
（a）具有各種初始組分的水凝膠的水平剝離強度對比；（b）比較水凝膠在其他基材上的剝離強度，這些基材包括木材，鈦，玻璃，鋁，硅橡膠，聚乙烯和聚四氟乙烯；（c）鋁基體連續剝皮10次；（d）PAAM-SC-CC水凝膠對包括橡膠，玻璃，鐵，塑料，硬紙板和PTFE在內的不同基材的粘附性表現；（e）PAAM-SC-CC水凝膠對塑料的粘合性能，該塑料在空氣中粘附然后在水下放置；（f）將水凝膠貼在人體手臂上并手動剝離的示意圖。
圖
5.
（a，b）與具有不同初始成分的水凝膠有關的流變應變掃描和頻率掃描；（c）紅外掃描光譜法涉及兩種不同的生物基材料，即SC和CC以及它們的混合物；（d–f）PAAM-SC水凝膠，PAAM-CC水凝膠和PAAM-SC-CC水凝膠的SEM圖像。
圖
6.
展開 弧形溢洪道泄槽和消力池水流條件的數值模擬與現場測量的比較 | FLOW-3D HYDRO
Pierre-LouisLigier,Francesca Polato, Sweco
2024
FLOW-3D
全球用戶大會, 德國漢堡, 2024-06-11
?
選型指南 | 如何做出正確的決定——壓電傳感器（一）
然而，傳感器受到超出實際測量的力，例如在安裝期間。所產生的電荷可能短路，將電荷放大器輸入端的信號設置為零。這樣就可以根據要測量的實際力來調節測量范圍。因此，即使初始負載與被測量的力相差很大，也能保證高測量分辨率。CMD600等高端電荷放大器可以實時連續地調節測量范圍，從而支持這些應用。
3. 測量范圍寬
壓電傳感器在多階段中也具有優勢。首先，初始施加較大的力時，可對壓電測量鏈相應調整。第二階段涉及力的跟蹤，即小力變化測量。受益于壓電傳感器的特殊功能，包括物理消除電荷放大器輸入端的信號。電荷放大器輸入可以再次設置為零，并調整測量范圍以確保高分辨率。
4. 極高溫
一些應用需要在非常高的溫度下測量力。在這些應用中，基于應變的力傳感器達到了其物理極限。然而，CHW系列, 壓電力墊圈的工作溫度可高達300攝氏度。
5. 極高過載穩定性
除了少數產品外，所有壓電傳感器都具有相同的靈敏度。這又意味著在給定力下具有20kN量程的力傳感器與700kN量程的傳感器的輸出信號相同。因此，在分辨率和精度方面，使用兩個傳感器中的哪一個是無關緊要的。測量鏈可以設置為極大力值，但能夠測量非常小的力。
6. 高動態
壓電傳感器具有非常小的位移并提供相應的高剛度 - 這使它們成為用于動態應用的理想選擇。然而，整個測量鏈對動態特性有影響。還需要考慮附件的剛度。壓電測量鏈通常非常適合于小力值的高動態測量，而基于應變的力傳感器是大力值動態測量的第一選擇。
展開 壓電傳感器和應變力傳感器，如何做出正確的選擇?
</p><p>2.初始負荷高的小力測量</p><p>當施加力時，壓電傳感器產生電荷。然而，傳感器受到超出實際測量的力，例如在安裝期間。所產生的電荷可能短路，將電荷放大器輸入端的信號設置為零。這樣就可以根據要測量的實際力來調節測量范圍。因此，即使初始負載與被測量的力相差很大，也能保證高測量分辨率。CMD600等高端電荷放大器可以實時連續地調節測量范圍，從而支持這些應用。</p><p>3.測量范圍寬</p><p>壓電傳感器在多階段中也具有優勢。想象一個多階段的沖壓過程。首先，在實際壓制過程中施加高的力。可相應調整壓電測量鏈。第二階段涉及力的跟蹤，即小力變化測量。受益于壓電傳感器的特殊功能，包括物理消除電荷放大器輸入端的信號。電荷放大器輸入可以再次設置為零，并調整測量范圍以確保高分辨率。</p><p>4.極高溫</p><p>一些應用需要在非常高的溫度下測量力。在這些應用中，基于應變的力傳感器達到了其物理極限。然而，CHW系列, 壓電力墊圈的工作溫度可高達300攝氏度。</p><p>5.極高過載穩定性</p><p>除了少數例外，所有壓電傳感器具有相同的靈敏度。這又意味著在給定力下具有20kN量程的力傳感器與700kN量程的傳感器的輸出信號相同。因此，在分辨率和精度方面，使用兩個傳感器中的哪一個是無關緊要的。測量鏈可以設置為最大力值，但能夠測量非常小的力。</p><p>6.高動態</p><p>壓電傳感器具有非常小的位移并提供相應的高剛度，這使它們成為用于動態應用的理想選擇。然而，整個測量鏈對動態特性有影響。還需要考慮附件的剛度。壓電測量鏈通常非常適合于小力值的高度動態測量。基于應變的力傳感器是大力值動態測量的第一選擇。
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