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精度等級 vs. 整體精度
精度等級為產品分類提供了實用指南,在實際應用中,精度等級不可被認為是整體精度。因為其同時還會受到其他因素影響。
案例:
我們來看T10F扭矩傳感器的兩個不同版本,"S"(標準版本)以及"G"(即減小包括滯后的線性誤差),量程為100N·m到10kN·m。
在技術參數表中,"S"版本:溫度對零點的影響(TK0)精度為:0.05%, 溫度對靈敏度影響為(TKC)為0.1% , 包括滯后的線性誤差 (dlh). 為±0.1%,由于后兩個值,所以精度等級所以為0.1。而版本"G"對包括滯后的線性偏差(dlh)進行了改進,其值僅有 0.05%。
但溫度對靈敏度的影響(TKC) 仍然是0.1%。因此,版本“G”的精度等級仍然為0.1。
顯然, 版本"G"沒有對精度等級產生任何影響。但是不同的是:但僅TKC.這個值會對測量產生較大影響,但對某些應用來說,例如在部分負載范圍內進行測量時,其影響要小得多。
靈敏度C
額定扭矩和零扭矩下輸出信號值之間的跨度。通常,HBM扭矩傳感器規定了兩個單獨的靈敏度,一個用于順時針扭矩,另一個用于逆時針扭矩。
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SM0和額定扭矩輸出信號Sn之間的直線。簡單表達式為
C = Sn − SM0
靈敏度和額定扭矩形成一對已知值,將扭矩和輸出信號對應在一起。如果給出兩對這樣的值,即可用來設置放大器。通常,第二對值是零扭矩和零輸出信號跨度(即輸出信號=初始扭矩信號)。
標稱靈敏度
傳感器靈敏度的標稱值。通常順時針和逆時針扭矩相等。但是,傳感器的標稱靈敏度僅在規定的公差范圍有效。
靈敏度誤差
實際靈敏度與標稱靈敏度的允許偏差。其是相對于標稱靈敏度的百分比。
對于HBM扭矩傳感器,在交付前測定了每個傳感器的實際靈敏度。該值記錄在測試證書或校準證書中。因此,在確定精度等級時,不考慮靈敏度公差。
溫度對靈敏度的影響
溫度對靈敏度的影響是實際輸出信號的變化,也就是在額定扭矩下,溫度變化10K對輸出信號產生的最大影響量。
溫度對靈敏度的影響(也稱為溫度靈敏度系數)是傳感器施加負載時,溫度變化對輸出信號的影響。輸出信號必須通過減去相應溫度下的初始扭矩信號來進行校正。
有效溫度是指傳感器溫度。HBM定義的傳感器靜態溫度是指15分鐘內的傳感器最大溫度變化不超過0.1K。偏差量以實際輸出信號的百分比表示。
溫度對靈敏度的影響會導致特性曲線的斜率變化(見圖2)。當傳感器在明顯不同于參考溫度下運行時,這一點尤為重要。但是,對于部分量程,它的影響很小,因為產生的偏差是實際輸出信號的百分比。
請注意,通常溫度對靈敏度的影響和溫度對零點的影響(TK0) 是相互疊加的。
舉例:
一個額定扭矩為1kN⋅m的扭矩傳感器,溫度對靈敏度的影響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0.1%。
對于1kNm的扭矩(額定扭矩),這相當于1N⋅m。但是,對于200Nm的扭矩,偏差僅為0.2N⋅m,因為TKC始終是指實際輸出信號的百分比偏差,這是因為靈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,在最壞的情況下,可能導致最大偏差高達0.2%。并且不適用于在3°C下使用,因為該溫度不在額定溫度范圍內。
溫度對零點信號的影響
溫度對零點信號的影響是指傳感器在10K溫度變化情況下,傳感器空載輸出信號與額定靈敏度的相對變化量。參數表中的規定值是指額定溫度范圍內可能的最大值。
溫度對零點信號的影響(也稱為零點信號的溫度系數)是指在靜止溫度狀態下,測量溫度變化10K導致的零扭矩(傳感器空載)實際輸出信號的變化。這里的溫度是傳感器溫度。HBM定義的靜止溫度狀態是指15分鐘內的最大溫度變化不超過0.1K。
圖2:溫度對靈敏度的影響TKC
和溫度對零點的影響TK0.
溫度對零點信號的影響會導致特性曲線平移(見圖2)。當傳感器不在參考溫度下運行時,這一點尤為重要。在工作溫度下通過去皮或調零,可以消除由溫度對零點信號影響而產生的測量誤差。
請注意,通常溫度對零點的影響和溫度對靈敏度的影響 (TKC) 是相互疊加的。
例子:
一個額定扭矩為1kN⋅m的扭矩傳感器,溫度對零點的影響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,零點信號偏差可能高達標稱靈敏度的0.05%,對應于0.5Nm的偏差。該偏差與傳感器加載的扭矩無關。在43°C(與額定溫度相差20K)下使用相同的傳感器,在最壞的情況下,可能導致最大偏差高達0.1%。其不適用于在3°C下使用,因為該溫度不在標稱溫度范圍內。
線性誤差
扭矩傳感器特性曲線最大偏差的絕對值,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,負載需要從零增加到額定扭矩并進行了一系列測量。基準直線是穿過初始點的最佳擬合直線。規定的線性偏差是實際輸出信號與參考直線的最大偏差。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,該寬度與基準直線對稱。
在實際應用中必須考慮線性偏差,因為特性曲線被假定為直線。如何線性偏差過大,將會對測量結果產生很大的影響。
圖3: 線性誤差的測定
包括滯后在內的線性誤差
包括滯后在內的線性誤差為輸出信號值相對于參考直線的最大偏差(絕對值)。基準直線是指穿過起點的最佳擬合直線(見圖5)。同時考慮了線性誤差和滯后。指定值被表示為靈敏度C的百分比。
測定線性偏差(包括滯后)的負載循環從零一直增加到額定負載,然后再釋放到零(見圖5)。線性誤差是實際輸出信號與參考直線之間的最大偏差。
圖 5 在一個加載周期內,
測定包括滯后在內的線性誤差
包括滯后在內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稱(見圖5)。與線性誤差測定程序的唯一不同之處在于,這里包括減小扭矩的測試過程。此差異對參考直線計算和參考直線誤差都會產生影響。
例子:
以T10FS扭矩法蘭為例,包括滯后的最大允許線性誤差≤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誤差最多可達2.5Hz。
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