Достигнуть прогресса в современных технологиях стендовых испытаний можно не только за счет развития методов и аппаратуры для вторичного преобразования данных (измерительных усилителей) или совершенствования программных продуктов.
Первичные преобразователи физических величин (датчики) также должны отвечать самым современным практическим требованиям: сокращенным временем на установку и настройку, расширенными возможностями для проведения и автоматизации испытаний (вариативность).
На примерах развития технологий измерения силы специалисты смогут убедиться, что тензодатчики последнего поколения от компании НВМ соответствуют самым современным требованиям стендовых испытаний.
Развитие силовых преобразователей в последние годы сделало возможным серийное производство датчиков силы с выдающимися техническими и метрологическими характеристиками, а именно: высокий класс точности измерений, надежность результатов измерений, простота подключения и настройки параметров, удобство работы, а также экономическая выгода от внедрения современных технологий.
Можно выделит 4 направления для основных инновационных трендов в развитии технологий измерения силы:
Тренд №1: Повышение точности измерений
Точность измерения параметров с помощью датчика – объективная величина, значительно влияющая на его стоимость. Диапазон измеряемых усилий, т.е. рабочий диапазон датчика силы с определенным значением параметра точности, увеличивается по мере возрастания класса точности датчика.
Эту корреляцию легко продемонстрировать с помощью нового промышленного датчика силы S2M. На диаграмме ниже представлено сравнение параметров датчика S2M и его предшественника, датчика S2.
Разработанный с учетом современных тенденций, новый датчик серии S2M позволяет значительно увеличить измеряемый диапазон усилий при соответствии указанному значению параметра погрешности измерений.
На диаграмме представлено сравнение параметров работы датчика S2M и его предшественника, датчика S2. Пример расчета, представленный в диаграмме, основан на измерении силы в диапазоне частичной нагрузки для обоих датчиков. Время проведения измерений составило 30 мин. При проведении измерений допускалось изменение температуры на 20 ⁰ К. Измерительный диапазон датчика составляет 500 Н.
Оценивались следующие параметры: линейность, температурный коэффициент нуля, чувствительность, гистерезис и ползучесть. Датчик с измерительным диапазоном 500 Н можно использовать для высокоточных измерений усилий, равных примерно 20 Н.
У Вас есть два способа использовать это преимущество:
- Вы можете использовать датчик с увеличенным измерительным диапазоном для того, чтобы повысить устойчивость измерительной цепи к перегрузкам. Результат- измерительная цепь станет более надежной при минимальной погрешности измерений.
- Вы можете использовать датчики в расширенном измерительном диапазоне, сократив таким образом количество используемых датчиков.
Тренд №2: Стабильность при неблагоприятных рабочих условиях
Компания HBM выпускает герметизированные датчики со степенью защиты корпуса до класса IP68 (стандартное исполнение), что подтверждается в испытаниях погружением датчика в емкость с водой на глубину до 3 метров с выдержкой на протяжении до 100 часов. Современная нержавеющая сталь доказала свою эффективность за счет высокой устойчивости к коррозии, а также благодаря своим упругим свойствам.
Поэтому компания НВМ производит датчики из нержавеющей стали, гарантируя надежность результатов измерений в том числе, по параметрам степени защиты по классу IP68, герметизированному корпусу датчика и классу точности 0,02*.
* Класс точности в соответствии со стандартами НВМ, что значительно превосходит среднерыночные значения данного параметра.
Рис. Испытания на влагостойкость датчика серии С10.
Что делать, если необходимо измерять малые усилия? Для измерений малых усилий в диапазоне до 500 Н крайне сложно использовать нержавеющую сталь в качестве упругого элемента тензодатчика. Пониженный модуль упругости алюминия в данном случае является преимуществом.
Однако при этом используемые в тензодатчике тензорезисторы должны быть защищены силиконом. Чувствительность к влаге таких датчиков необходимо дорабатывать путем изменения самих тензорезисторов. Так, например, полиэфир оксикетона (материал подложки тензоризисторов НВМ) обладает низкой чувствительностью к влаге, поэтому он является оптимальным материалом для использования в тензорезисторах.
Датчики силы НВМ на основе тензорезисторов с подложкой из полиэфира оксикетона обладают влагостойкостью, достаточной для большинства типовых применений, даже если 100% -ая влагостойкость используемых герметизированных тензорезисторов не достигнута.
Рис. 2. Датчики силы серии U10 со встроенным кабелем и герметизированным корпусом соответствуют степени защиты IP68 и при этом обладают высокой точностью (класс точности от 0,05 до 0,02 в зависимости от номинала).
Тренд №3: Гибкость (вариативность). Практически все датчики силы НВМ можно заказать, исходя из индивидуальных требований заказчика, благодаря наличию различных опций (разъемы, кабели и пр.).
Так, например, для новой разработки специалистов компании НВМ – датчика силы серии С10 – существует 2304 возможных вариантов конфигурации каждого изделия! Также растет спрос на датчики с технологией TEDS (цифровой паспорт датчика).
TEDS означает: датчик, являясь пассивным элементом, содержит микрочип, с помощью которого при подключении к усилителю автоматически загружаются данные для его установки и конфигурирования. Таким образом, применяя данную технологию, можно не тратить время на настройку измерительных каналов, а так же сократить вероятность ошибки.
Рис 3. Число 2304 - количество возможных конфигураций для датчика силы серии С10:
- Двойной мост / одинарный мост
- Номинальная чувствительность: 4 или 2 мВ/В (в зависимости от номинала)
- TEDS – цифровой паспорт датчика
- Опционально калибровка в 100 % или 50 % диапазоне
- Комплект поставки с/без монтажного адаптера
- Защищенный разъем
- С разъемом или встроенным кабелем
- Степень защиты корпуса до класса IP68
Тренд №4: Измерение больших усилий В дополнение к стандартному измерительному диапазону до 5 МН компания HBM предлагает специальные решения для измерений усилий в диапазоне до 20 МН!
Измерение столь больших усилий необходимо в таких областях как, например, эксплуатация судов и ветровых электростанций, где особо важно контролировать силовые воздействия на компоненты различных систем. Еще одной важной задачей является калибровка датчиков силы, в то время, когда возможности для применения больших усилий ограничены.
Как правило, для калибровки больших усилий используется источник силы (например, гидравлический цилиндр) и испытуемый тензодатчик силы. Класс точности испытуемого образца определяет, насколько точно произведена калибровка.
Для таких задач НВМ разработала так называемую «готовую» систему для измерения усилий, которая состоит из трех тензодатчиков силы, подключенных параллельно. Например, системы измерения усилий серии BU18 разработаны для измерения или калибровки больших усилий сжатия, их можно использовать в качестве менее дорогостоящей и более компактной альтернативы существующим нагружающим машинам.
Подобная система для измерения усилий состоит из трех прецизионных датчиков силы серии С18, подключенных параллельно и установленных на специальное основание, на котсрое распределяются усилия. Датчики силы серии С18 имеют компактный дизайн и высокий класс точности измерений – до 00 по ISO376.
С помощью такой системы измерения усилий можно, например, проводить высокоточные измерения с помощью трех датчиков силы на небольшие номиналы для того, чтобы разработать систему, в три раза превышающую номинальную нагрузку каждого из датчиков.
Данная разработка, скорее всего, сделает возможным применение технологий измерения силы для проведения испытаний с достаточно точной калибровкой. В настоящее время эти исследования спонсируются ЕС. Номинальные нагрузки уже произведенных по индивидуальным заказам систем измерения усилий от компании НВМ составляют значения от 60 кН до 10 МН.
