HBM稱重傳感器的安裝和應(yīng)用

1、 HBM稱重傳感器的幾種典型的安裝形式
1.1 立式裝填容器 
對(duì)液體、散裝貨物等勻質(zhì)物體， 有二個(gè)固定基座和一個(gè)傳感器的配置是可行的。條件是容量構(gòu)造對(duì)稱， 并且裝填物重心線在整個(gè)裝填過程中近似地在一條垂直線上。其他情況， 尤其在更高的精度時(shí)， 則必       須配備三個(gè)或更多的傳感器。
1.1.1傳感器的剛性安裝

傳感器的剛性安裝 
這一在承重體上的簡單地剛性安裝傳感器的結(jié)構(gòu)一般不予推薦， 這種結(jié)構(gòu)不能使傳感器避免由于裝載狀況變化, 振動(dòng), 溫度變化引起的變形而帶來的測量誤差。
1.1.2安裝有二個(gè)支承體和一個(gè)傳感器的立罐容器

安裝有二個(gè)支承體和一個(gè)傳感器的立罐容器
這一測量系統(tǒng)應(yīng)用一個(gè)擺式傳感器和二個(gè)固定支承， 它們同時(shí)也起固定立罐容器的作用，這一低價(jià)位的結(jié)構(gòu)使傳感器避免一定的測量誤差。

1.1.3支撐在三個(gè)或四個(gè)傳感器上的立罐容器

支撐在三個(gè)或四個(gè)傳感器上的立罐容器
的裝填狀況大多數(shù)用三個(gè)傳感器上作測量元件,然而在直角對(duì)稱結(jié)構(gòu)中也可見四點(diǎn)配置， 盡管這一布置因其超自由度及價(jià)格較貴在原理上不為*， 但另一方面它們很容易被設(shè)計(jì)者想到。盡管雙搖柱彈性支承體不需要導(dǎo)桿, 但多數(shù)需要與固定的限止器組合。對(duì)特別高的立罐， 在上面部分要求安裝附加的導(dǎo)桿， 在圖例中園棍桿用較小的預(yù)緊力預(yù)緊。固定的擋桿在這種位置只要很小的不可避免的錯(cuò)位便會(huì)觸及立罐， 由此通過接觸摩擦導(dǎo)致附加力。此處一般不推薦使用滾動(dòng)擋子或繩索導(dǎo)引器。

1.1.4使用三種不同稱重模塊上的立罐

使用三種不同稱重模塊上的立罐
三個(gè)稱重模塊， 其導(dǎo)桿外切于結(jié)構(gòu)外緣， 使罐不需其他措施，而保持水平穩(wěn)定。同樣也具有防抬升保護(hù)可防止立罐傾覆。以此在露天建設(shè)中不需很多結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)， 這個(gè)圖例展示了小、中、大負(fù)荷的稱重模塊。
使用標(biāo)準(zhǔn)的稱重模塊可以簡化結(jié)構(gòu)，可極大節(jié)省結(jié)構(gòu)的化費(fèi)，但必須考慮承載面的平行性、高度對(duì)齊等等細(xì)節(jié)。

1.1.5應(yīng)用稱重模塊上的帶輪緣的立罐

應(yīng)用稱重模塊上的帶輪緣的立罐
實(shí)踐中通常發(fā)現(xiàn)圓形立罐的外殼一般達(dá)到底部， 以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 此時(shí)需要特殊的安裝方式正確地安裝傳感器。
上圖顯示用傳感器來測量的這一結(jié)構(gòu)的原理， 這一方案即使對(duì)已建好的設(shè)備也相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)。緊固件安裝或焊接在罐的內(nèi)壁。通過它將重量導(dǎo)入傳感器。當(dāng)然稱重模塊也包含抬升保護(hù)(圖7－ 12中為清晰起見沒畫出來)。    
即使結(jié)構(gòu)的小的抬升已足以使整個(gè)重量導(dǎo)入傳感器。所以在此結(jié)構(gòu)中需要一圓形密封圈來密封， 它非常柔軟不足以產(chǎn)生附加力。

1.1.6安裝有四個(gè)傳感器的裝填站的矩形倉

安裝有四個(gè)傳感器的裝填站的矩形倉
在裝填站， 來自傳送機(jī)構(gòu)、裝填和下卸設(shè)備的振動(dòng)， 且當(dāng)稱量倉為可動(dòng)設(shè)備的一部分時(shí)， 由于加速度的影響， 會(huì)使矩形倉很不穩(wěn)定， 這還不考慮大質(zhì)量的散裝物投落進(jìn)倉時(shí)， 通過落在斜的側(cè)面上引起的極大的側(cè)向力。這一情況下， 特別需要預(yù)先考慮預(yù)緊力的穩(wěn)定的導(dǎo)桿固定。有時(shí)侯在無需稱量時(shí), 秤容器被固定保持， 僅在稱量時(shí)是自由的。直角對(duì)稱的結(jié)構(gòu)極有利于穩(wěn)定， 因此也在多數(shù)傳感器安裝中被采納。同時(shí)傳感器一般帶有彈性支承體， 如擺式傳感器。
1.2懸掛式稱重罐
懸掛式稱重罐常常以更簡單的柔性的園棍拉式機(jī)構(gòu)消除或減少自歸中問題和高度調(diào)節(jié)問題。除了常常要求的墜落保護(hù)外， 防止擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)桿是必要的。
1.2.1 掛有二個(gè)或三個(gè)傳感器的懸掛式稱重罐
掛有二個(gè)或三個(gè)傳感器的懸掛式稱重罐
總的來說簡單的結(jié)構(gòu)要求更多的切向布置的導(dǎo)桿， 在應(yīng)力很小的情況下， 可由側(cè)向的下面的管子承擔(dān)。
1.2.2單個(gè)傳感器中心懸掛的結(jié)構(gòu)
單個(gè)傳感器中心懸掛的結(jié)構(gòu)
1.3臥式儲(chǔ)罐
對(duì)于多數(shù)情況下， 液體重心位置點(diǎn)的移動(dòng)與裝載高度呈線性關(guān)系。因此在一個(gè)鞍座下面安裝傳感器而在另二個(gè)鞍座下面安裝固定基座就可滿足相對(duì)簡單的裝載情況的測量。  理想化的臥式儲(chǔ)罐將重量平分在一個(gè)雙搖柱擺式傳感器和二個(gè)固定支座上， 正常情況其它的固定是不必要的。對(duì)很長的臥式液罐而言， 應(yīng)加輔助保護(hù)， 以防止傳感器被側(cè)向力撞倒， 例如用機(jī)械阻檔限制罐鞍上的二個(gè)端點(diǎn)。
臥式儲(chǔ)罐
如何降低HBM扭矩測量的不確定性
在很多應(yīng)用中，例如大功率渦輪機(jī)或是藥罐的螺緊力測量中，扭矩都是zui重要的測量量。原理上講，扭矩是力和力臂的乘積，但是對(duì)于高精度扭矩測量來說，尤其是旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中，需要高精度扭矩傳感器來實(shí)現(xiàn)。
本文的應(yīng)用著重于大型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩測試，尤其是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。該項(xiàng)目是希望創(chuàng)建一個(gè)測試臺(tái)，通過獲得的扭矩?cái)?shù)據(jù)，來對(duì) 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以提高燃油效率。因此獲得的扭矩測量數(shù)據(jù)是本項(xiàng)目的重要組成部分。
測試需要量程為 200 N.m, 1 kN.m, 2 kN.m, 和 130 kN.m 的扭矩傳感器。三個(gè)小量程的扭矩傳感器具有相同的幾何尺寸，轉(zhuǎn)速高達(dá) 22,000 RPM。zui大的扭矩傳感器的轉(zhuǎn)速為 4,000 RPM。和測試臺(tái)的其他部分相同，扭矩傳感器需要極為可靠且耐用。因?yàn)槠渫鶗?huì)運(yùn)行數(shù)個(gè)月之久。防止出現(xiàn)某個(gè)輸出失敗，每個(gè)傳感器都帶有兩個(gè)獨(dú)立扭矩輸出，并進(jìn)行備份。
之前，測試臺(tái)采用非旋轉(zhuǎn)扭矩測量技術(shù) - 一個(gè)力傳感器和一個(gè)杠桿臂, 通過力與杠桿臂的乘積計(jì)算出扭矩。這是已經(jīng)存在了半個(gè)世紀(jì)的測試技術(shù)，其有自己的優(yōu)勢。例如，校準(zhǔn)簡單，過載保護(hù)相對(duì)容易。但有一個(gè)zui大的缺點(diǎn)：就是由于力傳感器不在旋轉(zhuǎn)軸上，無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，
有 較大的測量誤差。
這種方式還有另外一個(gè)缺點(diǎn)，就是 低動(dòng)態(tài)響應(yīng) (只有 20Hz)，這是因?yàn)闇y力計(jì)的質(zhì)量會(huì)作為一個(gè)低通濾波器，會(huì)增加扭矩測量的不確定性。另外，測力計(jì)必須要安裝在軸承上，轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)軸承造成摩擦，需要定期維護(hù)。
而現(xiàn)在測量技術(shù)只需安裝扭矩傳感器 即可，扭矩傳感器由轉(zhuǎn)子和定子組成，通過 無線遙測技術(shù)進(jìn)行供電和數(shù)字化信號(hào)傳輸，并且由于采用無接觸測量技術(shù)，因此是免維護(hù)的。
采用在線扭矩傳感器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，高動(dòng)態(tài) - 其 響應(yīng)頻率高達(dá) 6kHz，可以測量真實(shí)動(dòng)態(tài)扭矩。而傳統(tǒng)的杠桿技術(shù)的響應(yīng)頻率僅有 20Hz。
另外，無需考慮軸承摩擦和維護(hù)的問題。在線傳感器提供 更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)精度。下圖顯示的是動(dòng)態(tài)扭矩和扭矩平均值的比較。
在線扭矩傳感器也有自己的缺點(diǎn)，一個(gè)是對(duì)中比較困難，另外一個(gè)是防止過載。尤其在需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，需要修改旋轉(zhuǎn)軸或是移除扭矩傳感器。
對(duì)于類似的應(yīng)用在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段需要更多地考慮。如果傳感器的轉(zhuǎn)子采用 鈦金屬 而不是不銹鋼，由于 更低的慣性矩，旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器將更有優(yōu)勢。更輕的鈦金屬以及更短的長度將使驅(qū)動(dòng)系的整體重量更輕。能夠更簡單地避免旋轉(zhuǎn)軸在測試過程中的 “臨界速度” 問題。臨界速度（轉(zhuǎn)速）是一個(gè)會(huì)使旋轉(zhuǎn)軸變得不穩(wěn)定的點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生 諧波振動(dòng)。更短，剛度更高，更輕的重量 是為了避免不必要的振動(dòng)和跳動(dòng)，其會(huì)加大測量的不確定性，并增大系統(tǒng)失效的可能性。在線扭矩傳感器一般都采用 交流激勵(lì) 以提高傳感器的 抗干擾能力。這將會(huì)提高扭矩測量的精度，尤其在非常低的轉(zhuǎn)速下。
為滿足客戶不同的測試要求，HBM 可以為客戶定制扭矩傳感器。包括更高的精度，雙輸出，長度以及非螺栓式等。

            無軸承的設(shè)計(jì)能夠降低客戶的維護(hù)費(fèi)用。兩個(gè)應(yīng)變橋路能夠獲得更高的測量精度。鈦金屬轉(zhuǎn)子可以減少傳感器重量并提升轉(zhuǎn)速等級(jí)。定制化長度和非螺栓安裝方式可以將臨界速度排除在測量范圍之外。這些方式都可以降低測量的不確定性并提高精度。讓客戶獲取更可靠的數(shù)據(jù)來提高產(chǎn)品效率。zui近，我們已經(jīng)將定制傳感器的方案進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，能夠滿足客戶更高精度，更高轉(zhuǎn)速的多方面要求。