Компенсация сил инерции при измерении усилий

При динамических силах масса зажимного устройства искажает измерение силы, даже если проба еще не присоединена.

При динамических силах масса зажимного устройства искажает измерение силы, даже если проба еще не присоединена.

Механическая модель динамического датчика силы

Механическая модель динамического датчика силы

Блок-схема компенсации динамических сил

Блок-схема компенсации динамических сил

Принципиальные результаты испытаний для определения параметров компенсации

Принципиальные результаты испытаний для определения параметров компенсации

С помощью компенсации силы инерции «отводятся» к значению статической силы.

С помощью компенсации силы инерции «отводятся» к значению статической силы.

Динамические усилия широко распространены в промышленном измерительном оборудовании. Измерение этих сил является более точным, если компенсируются силы инерции деталей приложения силы. О том, как выполнить компенсацию с помощью интегрированных датчиков ускорения датчики силы серии DR, можно узнать в следующем описании процедуры. Преимущество заключается в том, чтобы не требуется знание значения масс или ускорения.

Проблема инертных масс

Эффекты, вызываемые инертными массами, возникают при динамических испытаниях вследствие ускорения крепежных деталей, например, зажимного приспособления или держателя пробы. Помимо требуемой испытательной силы Ftest, из-за динамического возбуждения создается нежелательная сила инерции Finert как произведение массы и ускорения крепежных деталей. Finert искажает измеренное значение силы Fmeas. Датчик силы поначалу не в состоянии различать, идет ли речь о силах, приложенных к пробе, или о нежелательных силах инерции.

Fmeas = Ftest + Finert

Измеряя ускорение по оси измерения силы, можно определить нежелательную силу Finert и скомпенсировать ее посредством компенсирующей силы Fcomp:

Fmeas = Ftest + Finert + Fcomp

При Fcomp = - Finert следует правильное измерение требуемой испытательной силы на пробе:

Fmeas = Ftest

Механическая модель

Модель состоит из трех компонентов: исполнительного механизма (например, гидроцилиндра), датчиков силы с интегрированными датчиками ускорения MEMS и крепежных деталей в виде связанной, движущейся массы (MEMS = microelectromechanical system).

  • Крепежные детали (= движущаяся масса) должны быть установлены на «вибрирующей стороне» датчика силы.
  • Датчики силы должен быть установлен на исполнительном механизме «неподвижной стороной».

Принципиальная испытательная конструкция для компенсации

Тензодатчики, используемые в датчике силы, соединены в мостик Уитстона и преобразуют приложенную механическую нагрузку в электрический сигнал. Используйте прецизионный тензометрический усилитель с аналоговым или цифровым выходным сигналом в соответствии с вашими требованиями. Система, используемая для обработки электрического сигнала (ESV), должна иметь возможность определять и обрабатывать размах колебаний измеренного динамического сигнала. Использование размаха колебаний (двойной амплитуды) устраняет влияние различных фаз сигналов, используемых для компенсации.

Датчики ускорения внутри датчиков силы серии DR расположены как можно ближе к оси измерения силы. Компоненты MEMS преобразовывают приложение ускорение в электрическое выходное напряжение. Речь идет о ратиометрических системах, поэтому выходное напряжение напрямую зависит от напряжения питания. Поэтому важно обеспечить стабильное питание. Опять же, измерительная система должна иметь возможность рассчитать размах колебаний выходного сигнала.

Определение компенсации

Определение параметров компенсации должно производиться с массой крепежных деталей, но без соединения пробы. Во время испытаний Ftest должна быть равна нулю.

Чтобы определить настройки Fcomp, sollte система должна стимулироваться гармоническими циклами нагрузки по всему испытательному диапазону частот. При этом зарегистрируйте сигнал датчика силы Fmeas, оторый в свободно колеблющемся состоянии соответствует нескомпенсированной силе инерции Finert, поскольку проба еще не присоединена. Также зарегистрируйте соответствующий сигнал датчика ускорения. В серии испытаний изменяйте амплитуду и частоту в соответствии с вашими требованиями.

Пример:

Обозначение

 Сила

 Ускорение

 Переменная

 FinertSS

 aySS

Единица измерения (пример)

 V

V

 Датчики силы с навешенными деталями, статический

 0

 0

 Проверка 1

 3

 2

 Проверка 2

 6

 4

Проверка 3

 9

 6

Рассчитайте параметр пропорциональности для компенсации.

В примере он соответствует:   FinertSS = 3/2 · aySS

В зависимости от ваших требований к испытаниям (амплитуда, частота) может потребоваться расчет не только линейной коррекции, но и коррекции второго или более высокого порядка. Определите сигнал усилия и сигнал ускорения согласно условию:
Fcomp = - Finert

В результате Fmeas по всему диапазону испытаний рана нулю. С помощью компенсации силы инерции «отводятся» к значению статической силы.

После определения и применения настроек компенсации проба теперь может быть прочно зажата. На измеренную силу Fmeas больше не влияет нежелательная сила инерции.