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(lái)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(méi)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(lái)說(shuō),，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(lái)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(guò)減去相應(yīng)溫度下的初始扭矩信號(hào)來(lái)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(guò)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(guò)0.1K,。
圖2：溫度對(duì)靈敏度的影響TKC
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(guò)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(guò)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(guò)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)?；鶞?zhǔn)直線是指穿過(guò)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(guò)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(guò)程中以逆時(shí)針?lè)较蝾A(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(guò)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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