扭矩傳感器名詞和表達式

扭矩測量專有名詞深度解讀（一）

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，在壞的情況下，可能導致大偏差高達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分鐘內的大溫度變化不超過0.1K。

圖2：溫度對靈敏度的影響TK_C 

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，在壞的情況下，可能導致大偏差高達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*擬合直線。規定的線性偏差是實際輸出信號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大偏差(值)。基準直線是指穿過起點的*擬合直線(見圖5)。同時考慮了線性誤差和滯后。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。

• 為確定該值，HBM按照以下規范進行：
• 傳感器在三個循環加載過程中以逆時針方向預加載扭矩，從零到100%的額定扭矩，然后釋放回零扭矩。預加載的目的是消除安裝(如螺栓沉降和接觸面光滑)的影響
• 一個負載周期，扭矩逆時針加載，并記錄預負載步級下測量信號的相應值(在HBM生產中進行測試時，這些步驟的扭矩為額定值的的 0%、50%、100%、50% 和 0%
• 根據上述定義分別計算順時針扭矩和逆時針扭矩的*擬合直線
• 通過順時針扭矩和逆時針扭矩分別確定與*擬合直線的大偏差量
• 包括滯后在內的線性誤差很重要，因為通常在調整測量鏈時，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誤差多可達2.5Hz。

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