扭矩測(cè)量專有名詞深度解讀（一）

精度等級(jí) vs. 整體精度

    精度等級(jí)為產(chǎn)品分類提供了實(shí)用指南，在實(shí)際應(yīng)用中，精度等級(jí)不可被認(rèn)為是整體精度。因?yàn)槠渫瑫r(shí)還會(huì)受到其他因素影響。

案例：

    我們來看T10F扭矩傳感器的兩個(gè)不同版本，"S"(標(biāo)準(zhǔn)版本)以及"G"(即減小包括滯后的線性誤差)，量程為100N·m到10kN·m。

    在技術(shù)參數(shù)表中，"S"版本：溫度對(duì)零點(diǎn)的影響(TK0)精度為：0.05%, 溫度對(duì)靈敏度影響為(TKC)為0.1% , 包括滯后的線性誤差 (dlh). 為±0.1%，由于后兩個(gè)值，所以精度等級(jí)所以為0.1。而版本"G"對(duì)包括滯后的線性偏差(dlh)進(jìn)行了改進(jìn)，其值僅有 0.05%。

    但溫度對(duì)靈敏度的影響(TKC) 仍然是0.1%。因此，版本“G”的精度等級(jí)仍然為0.1。

    顯然, 版本"G"沒有對(duì)精度等級(jí)產(chǎn)生任何影響。但是不同的是：但僅TKC.這個(gè)值會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生較大影響，但對(duì)某些應(yīng)用來說，例如在部分負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其影響要小得多。

     靈敏度C

     額定扭矩和零扭矩下輸出信號(hào)值之間的跨度。通常,HBM扭矩傳感器規(guī)定了兩個(gè)單獨(dú)的靈敏度，一個(gè)用于順時(shí)針扭矩，另一個(gè)用于逆時(shí)針扭矩。

圖1：額定扭矩靈敏度

     靈敏度C被表示為特性曲線的斜率。特性曲線為連接未加載的扭矩傳感器的輸出信號(hào)SM0和額定扭矩輸出信號(hào)Sn之間的直線。簡(jiǎn)單表達(dá)式為

    C = Sn − SM0

    靈敏度和額定扭矩形成一對(duì)已知值，將扭矩和輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)在一起。如果給出兩對(duì)這樣的值，即可用來設(shè)置放大器。通常，第二對(duì)值是零扭矩和零輸出信號(hào)跨度(即輸出信號(hào)=初始扭矩信號(hào))。

標(biāo)稱靈敏度

     傳感器靈敏度的標(biāo)稱值。通常順時(shí)針和逆時(shí)針扭矩相等。但是，傳感器的標(biāo)稱靈敏度僅在規(guī)定的公差范圍有效。

靈敏度誤差

    實(shí)際靈敏度與標(biāo)稱靈敏度的允許偏差。其是相對(duì)于標(biāo)稱靈敏度的百分比。

    對(duì)于HBM扭矩傳感器，在交付前測(cè)定了每個(gè)傳感器的實(shí)際靈敏度。該值記錄在測(cè)試證書或校準(zhǔn)證書中。因此，在確定精度等級(jí)時(shí)，不考慮靈敏度公差。

溫度對(duì)靈敏度的影響

    溫度對(duì)靈敏度的影響是實(shí)際輸出信號(hào)的變化，也就是在額定扭矩下，溫度變化10K對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生的大影響量。

    溫度對(duì)靈敏度的影響(也稱為溫度靈敏度系數(shù))是傳感器施加負(fù)載時(shí)，溫度變化對(duì)輸出信號(hào)的影響。輸出信號(hào)必須通過減去相應(yīng)溫度下的初始扭矩信號(hào)來進(jìn)行校正。

    有效溫度是指?jìng)鞲衅鳒囟取BM定義的傳感器靜態(tài)溫度是指15分鐘內(nèi)的傳感器大溫度變化不超過0.1K。偏差量以實(shí)際輸出信號(hào)的百分比表示。

    溫度對(duì)靈敏度的影響會(huì)導(dǎo)致特性曲線的斜率變化(見圖2)。當(dāng)傳感器在明顯不同于參考溫度下運(yùn)行時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。但是，對(duì)于部分量程，它的影響很小，因?yàn)楫a(chǎn)生的偏差是實(shí)際輸出信號(hào)的百分比。

     請(qǐng)注意，通常溫度對(duì)靈敏度的影響和溫度對(duì)零點(diǎn)的影響(TK0) 是相互疊加的。

舉例：

     一個(gè)額定扭矩為1kN⋅m的扭矩傳感器，溫度對(duì)靈敏度的影響TKC≤0.1%，參考溫度為23°C，額定溫度范圍為+10°C至+60°C。

     如果傳感器在33°C(或13°C)的溫度下工作，溫度變化引起的靈敏度偏差可能高達(dá)0.1%。

     對(duì)于1kNm的扭矩(額定扭矩)，這相當(dāng)于1N⋅m。但是，對(duì)于200Nm的扭矩，偏差僅為0.2N⋅m，因?yàn)門KC始終是指實(shí)際輸出信號(hào)的百分比偏差，這是因?yàn)殪`敏度基于的是直線斜率。在43°C(與額定溫度相差20K)下使用相同的傳感器，在壞的情況下，可能導(dǎo)致大偏差高達(dá)0.2%。并且不適用于在3°C下使用，因?yàn)樵摐囟炔辉陬~定溫度范圍內(nèi)。

溫度對(duì)零點(diǎn)信號(hào)的影響

    溫度對(duì)零點(diǎn)信號(hào)的影響是指?jìng)鞲衅髟?0K溫度變化情況下，傳感器空載輸出信號(hào)與額定靈敏度的相對(duì)變化量。參數(shù)表中的規(guī)定值是指額定溫度范圍內(nèi)可能的大值。

    溫度對(duì)零點(diǎn)信號(hào)的影響(也稱為零點(diǎn)信號(hào)的溫度系數(shù))是指在靜止溫度狀態(tài)下，測(cè)量溫度變化10K導(dǎo)致的零扭矩(傳感器空載)實(shí)際輸出信號(hào)的變化。這里的溫度是傳感器溫度。HBM定義的靜止溫度狀態(tài)是指15分鐘內(nèi)的大溫度變化不超過0.1K。

圖2：溫度對(duì)靈敏度的影響TK_C 

和溫度對(duì)零點(diǎn)的影響TK₀.

     溫度對(duì)零點(diǎn)信號(hào)的影響會(huì)導(dǎo)致特性曲線平移(見圖2)。當(dāng)傳感器不在參考溫度下運(yùn)行時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。在工作溫度下通過去皮或調(diào)零，可以消除由溫度對(duì)零點(diǎn)信號(hào)影響而產(chǎn)生的測(cè)量誤差。

     請(qǐng)注意，通常溫度對(duì)零點(diǎn)的影響和溫度對(duì)靈敏度的影響 (TKC) 是相互疊加的。

例子：

     一個(gè)額定扭矩為1kN⋅m的扭矩傳感器，溫度對(duì)零點(diǎn)的影響TK0 ≤0.05%, 參考溫度為23°C，額定溫度范圍為+10°C至+60°C。

     如果傳感器在33°C(或13°C)的溫度下工作，零點(diǎn)信號(hào)偏差可能高達(dá)標(biāo)稱靈敏度的0.05%，對(duì)應(yīng)于0.5Nm的偏差。該偏差與傳感器加載的扭矩?zé)o關(guān)。在43°C(與額定溫度相差20K)下使用相同的傳感器，在壞的情況下，可能導(dǎo)致大偏差高達(dá)0.1%。其不適用于在3°C下使用，因?yàn)樵摐囟炔辉跇?biāo)稱溫度范圍內(nèi)。

線性誤差

    扭矩傳感器特性曲線大偏差的值，特性曲線近似為一條直線。其被表示為靈敏度C的百分比。

     為了確定線性誤差，負(fù)載需要從零增加到額定扭矩并進(jìn)行了一系列測(cè)量。基準(zhǔn)直線是穿過初始點(diǎn)的*擬合直線。規(guī)定的線性偏差是實(shí)際輸出信號(hào)與參考直線的大偏差。也可以描述為公差帶(偏離直線的上下偏差量之和)寬度的一半，該寬度與基準(zhǔn)直線對(duì)稱。

     在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮線性偏差，因?yàn)樘匦郧€被假定為直線。如何線性偏差過大，將會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。

圖3:  線性誤差的測(cè)定

包括滯后在內(nèi)的線性誤差

     包括滯后在內(nèi)的線性誤差為輸出信號(hào)值相對(duì)于參考直線的大偏差(值)。基準(zhǔn)直線是指穿過起點(diǎn)的*擬合直線(見圖5)。同時(shí)考慮了線性誤差和滯后。值被表示為靈敏度C的百分比。

     測(cè)定線性偏差(包括滯后)的負(fù)載循環(huán)從零一直增加到額定負(fù)載，然后再釋放到零(見圖5)。線性誤差是實(shí)際輸出信號(hào)與參考直線之間的大偏差。

圖 5  在一個(gè)加載周期內(nèi)，

測(cè)定包括滯后在內(nèi)的線性誤差

     包括滯后在內(nèi)的線性誤差也可以理解為公差帶寬度的一半，該寬度與參考直線對(duì)稱(見圖5)。與線性誤差測(cè)定程序的不同之處在于，這里包括減小扭矩的測(cè)試過程。此差異對(duì)參考直線計(jì)算和參考直線誤差都會(huì)產(chǎn)生影響。

• 為確定該值，HBM按照以下規(guī)范進(jìn)行：
• 傳感器在三個(gè)循環(huán)加載過程中以逆時(shí)針方向預(yù)加載扭矩，從零到100%的額定扭矩，然后釋放回零扭矩。預(yù)加載的目的是消除安裝(如螺栓沉降和接觸面光滑)的影響
• 一個(gè)負(fù)載周期，扭矩逆時(shí)針加載，并記錄預(yù)負(fù)載步級(jí)下測(cè)量信號(hào)的相應(yīng)值(在HBM生產(chǎn)中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，這些步驟的扭矩為額定值的的 0%、50%、100%、50% 和 0%
• 根據(jù)上述定義分別計(jì)算順時(shí)針扭矩和逆時(shí)針扭矩的*擬合直線
• 通過順時(shí)針扭矩和逆時(shí)針扭矩分別確定與*擬合直線的大偏差量
• 包括滯后在內(nèi)的線性誤差很重要，因?yàn)橥ǔＴ谡{(diào)整測(cè)量鏈時(shí)，均假定特性曲線為直線

例子：

    以T10FS扭矩法蘭為例，包括滯后的大允許線性誤差≤0.05%，額定靈敏度為5kHz。由于線性誤差和滯后引起的輸出信號(hào)誤差多可達(dá)2.5Hz。

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