力测量中的惯性力补偿

在动态力时,夹具的质量会使力测量结果不真实,即使在测试样品还没有安装的情况下。

在动态力时,夹具的质量会使力测量结果不真实,即使在测试样品还没有安装的情况下。

动态力传感器的机械模型

动态力传感器的机械模型

动态力补偿的方框原理图

动态力补偿的方框原理图

确定补偿参数的原则性试验结果

确定补偿参数的原则性试验结果

通过补偿,惯性力被“拉”回到静态力值。

通过补偿,惯性力被“拉”回到静态力值。

动态力在工业测量技术中广泛应用。如果力传递单元的惯性力能得到补偿的话,那么力的测量就会更准确。以下的过程说明对DR-F系列力传感器如何利用内置的集成加速度传感器进行补偿此进行解释。本说明的好处是您无需具备关于质量值或加速度方面的专业知识。

关于惯性质量

在动态测试中出现的惯性质量效应是由于安装部件,例如夹具或样品架,而产生的加速度造成的。除了所希望的测试力 Ftest 之外,鉴于动态激励还会产生一个不期望的惯性力 Finert 作为安装部件的质量和加速度的乘积。Finert 使力值   Fmeas 的测量结果不真实。力传感器最初无法区分哪些是样品所承受的力,哪些是非期望的惯性力。

Fmeas = Ftest + Finert

通过对力测量轴上的加速度进行测量,可以测得非期望的力  Finert,并且可以通过一个等值的补偿力  Fcomp 对其进行补偿:

Fmeas = Ftest + Finert + Fcomp

采用 Fcomp = - Finert 可以正确测量样品上的期望惯性力:

Fmeas = Ftest

机械模型

机械模型由三个部分组成:执行器(例如液压缸)、MEMS集成加速度传感器的力传感器、作为MEMS(微机电系统)的安装部件。

•        安装部件(=移动的质量)必须安装在力传感器的“摆动侧”。
•        力传感器必须以“坚固侧”安装在执行器上。

惯性力补偿的基本试验设置

将力传感器中所使用的应变片连接到惠斯登电桥应变片,并将所施加的机械负载转换成电信号。请使用一个符合您测量要求的带模拟或数字输出信号的精密应变计放大器。用于电信号处理(ESV)的系统必须能够对所测量到的动态信号的峰峰值进行测定和处理。通过使用峰峰值,可以消除补偿信号对不同相位位置的影响。

加速度传感器的应用位置必须尽量靠近DR系列力传感器中的力测量轴。MEMS组件将所施加的加速度转换为电输出电压。这是一个比例系统,因此输出电压直接取决于电源电压。所以稳定的电源是必不可少的。测量系统也必须在这里能计算出输出信号的峰峰值。

确定补偿参数

确定补偿参数时必须采用安装部件的质量,但无需将测试样品连接上。在试验过程中,Ftest 必须为零。

为了确定 Fcomp 的设置,系统应在全部测试频率范围内以谐波负载周期进行激励。在过程中,请记录力传感器信号    Fmeas,该信号在自由振荡状态下对等于未补偿的惯性力 Finert ,因为测试样品还没有安装上。也要测量所属的加速度传感器信号。在测试序列中,可以根据您的要求改变幅度和频率。

举例:

说明

 力

 加速度

变量

 FinertSS

 aySS

 单位(举例)

 V

V

 带安装部件的力传感器,静态

 0

 0

 Test 1

 3

 2

 Test 2

 6

 4

 Test 3

 9

 6

 
计算补偿比例参数。

这对应于示例: FinertSS = 3/2 · aySS

 

根据测试要求(幅度,频率)的不同,可能有必要计算不仅一个线性校正值,而且需要计算一个第二个或更高阶的线性校正值。按照条件对力信号和加速度信号进行汇总:

Fcomp = - Finert

Fmeas 在整个测试区域的结果为零。通过补偿,惯性力被“拉”回到静态力值。

在确定了补偿设置并应用后,就可以就测试样品安装固定了。测得的力 Fmeas 将不再受非期望惯性力的影响。