force 센서를 이용해 힘을 측정하는 경우 force 센서는 완전한 힘이 센서를 통해 흐르고 force 센서가 직접 힘 흐름 안에 있도록 배치하십시오. 이때 힘이 중앙으로 전달되고 접촉면이 충분히 단단한 것이 중요합니다.
force 센서는 어떻게 작동합니까?
전기 신호에 관한 기계적 크기 처리는 DMS를 기반으로 하는 force 센서에서 세 단계로 이행됩니다. DMS가 있는 각 force 센서의 초기 위치는 외부 부하에 의해 재료 표면이 팽창하는 스프링 본체입니다.
스프링 본체의 표면에 적용된 DMS를 통해 이러한 팽창이 터치됩니다. 이때 DMS는 기계적 팽창을 전기 저항 변화로 전환시키고 기계-전기식 컨버터로 작용합니다. 이러한 저항 변화를 통해 힘에 비례하는 전압 변화를 발생시킵니다. 휘트스톤 측정 브리지를 형성하기 위한 개별 스프레인 게이지의 지능형 상호 연결을 통해 매우 작은 팽창도 파악할 수 있습니다.
스프레인 게이지 기반 힘 센터의 중요한 장점:
DMS, force 센서에 대해 입증되고 비용 효율적인 기술
높은 정확도와 우수한 선형성 및 히스테리시스 동작
휘트 톤 브리지 회로와 DMS의 상호 연결을 통해 매우 우수한 온도 보상
정적 및 동적 부하 측정 가능
적합한 센서 본체 원료 선택으로 인한 높은 피로 내성 및 DMS의 높은 내진동성
매우 우수한 장기 안정성
스프링 본체 - 기계적 컨버터
각 force 센서의 초기 위치는 force 영향으로 변형된 스프링 본체입니다. 이때 이러한 변형이 순수하게 탄성적이라는 점이 중요합니다. 즉, 변형은 탄성 한계 내에서 발생하고 스프링 본체는 부하 후 제로 부하에서는 다시 원래의 형태로 돌아갑니다.
force 센서 원료
Baumer force 센서는 보통 녹이 슬지 않고 강도가 매우 높은 스테인리스 스틸(1.4542)로 제조됩니다. 특수한 사용 분야를 위해 열처리된 강철이나 알루미늄, 기타 금속 합금으로도 제조될 수 있습니다.
구조 및 피로 강도 스프링 본체 설계 및 구조에서 어려운 문제는 우수한 측정 성능을 위해 가능한 부드러운 구조를 가져야 하지만 원료 한계에 의해 제한된다는 갈등에 있습니다. 컴퓨터를 사용한 복잡한 FEM 시뮬레이션을 통해 스프링 본체는 탄성력 한계 내에서 가능한 많이 팽창하도록 설계되었습니다. 이때 목적은 DMS가 적용될 수 있는 가능한 한 균일한 구역을 조성하는 것입니다. 인정된 FKM 지침에 따른 후속 강도 평가로 force 센서의 피로 강도가 보장됩니다. 이러한 방식으로 Baumer의 force 센서는 백만 부하 사이클 이상의 연속 작동에서도 공칭 힘까지 동적으로 부하를 받을 수 있습니다.
형상 Baumer force 센서는 일반적으로 멤브레인 스프링 본체로 구현됩니다. 중요한 장점은 매우 작은 크기와 비용 경제적인 제조입니다. 또한 멤브레인 힘 변환기는 일반적으로 매우 우수하게 밀봉되어 까다로운 환경에서도 사용 가능합니다. 기타 가능한 형상은 S형 스프링 본체, 원통형 스프링 본테, 벤딩 바 등입니다.
DMS - 기계전기식 컨버터
DMS는 Baumer force 센서 및 스트레인 센서의 핵심이며 재료 표면의 팽장 파악에 사용됩니다. 일반적으로 캐리어 필름(폴리마이드), 콘스탄탄 소재의 구불부불한 측정 그리드, 마감도료로 구성됩니다.DMS는 기계적 팽창을 전기 저항 변화로 전환시키고 기계-전기식 컨버터로 작용합니다. DMS의 저항 변화는 비례적이며 k 계수로 표시됩니다.
형상
변환기 구성용 금속 DMS에는 다양한 형상이 있습니다. 일반적인 선형 DMS 외에 T 로제트 DMS, 로제트 DMS, 전단 DMS가 있습니다. 기타 일반 형상:
휘트스톤 브리지 회로 휘트스톤 브리지 회로는 사용 시 전기 저항 변화를 정확하게 측정할 수 있는 전기 저항의 특수한 상호 연결입니다. 센서 구성에 사용되는 풀브리지 회로에서는 항상 네 개의 DMS가 하나의 특정 배열로 상호 연결됩니다. 브리지 회로는 병렬로 연결된 두 개의 전압 분배기로 구성되며, 이들은 브리지 공급 장치 UB와 동일한 전압원에 의해 전압을 공급받습니다.
휘트스톤 브리지 회로를 사용하면 매우 작은 저항 변화도 정밀하게 파악할 수 있습니다. 개별 저항의 변화는 브리지 디튠 UA를 유발합니다.이는 간단하게 측정할 수 있습니다. 브리지의 측정 신호는 비율 계량적이며 공급 전압에 비례합니다. DMS force 센서의 일반적인 측정 신호는 0,4~3,0mV/V입니다.
온도 특성
측정 도중 온도 변화는 DMS 기반 force 센서에 하나의 문제입니다. 온도가 10°C 변하면 100mm 스틸에서 절대적 길이 변화 0.012mm가 발생합니다. 생성된 스트레인 게이지 선택, 해당 재료 팽창 계수, 휘트스톤 브리지 회로에 따른 지능형 DMS 상호연결로 온도 변화에 의해 유도된 팽창이 완전하게 보상됩니다.
브리지 증폭기 - 전기 컨버터
브리지 증폭기는 휘트스톤 브리지에 안정적으로 전압을 공급합니다. 여기에서 발생하는 브리지 출력 신호가 증폭되고 아날로그(전압 출력/전류 출력) 또는 디지털 인터페이스(CAN/IO-Link)를 통해 출력됩니다. Baumer 브리지 증폭기는 현재 ± 10VDC의 전압 출력과 4~20mA의 전류 출력으로 제공됩니다.
브리지 증폭기를 사용하면 작업 중 DMS 기반 force 센서 무게를 간단하게 측정할 수 있기 때문에 고객이 조립 도중 영점 이동을 수행할 필요가 없어집니다. 브리지 증폭기를 사용한 측정의 또 다른 장점은 매우 동적인 작업에서도 매우 우수한 소음 특성입니다.
force 측정의 물리적 기초
힘은 무엇이고 어떻게 계산됩니까? 단위가 뉴턴 [N]인 힘은 물체의 질량 m(kg)과 중력 가속도 g(m/s2)의 곱한 값입니다.
따라서 중량이 100kg일 때는 1000N의 힘이 나옵니다. 실제로는 중력 가속도에 간단한 근사치 g =10m/s2 사 사용됩니다.
팽창은 무엇이고 어떻게 계산됩니까? 물체는 힘이 가해지면 즉시 압축력의 경우 압축이 발생하고 인장력의 경우 팽창이 발생합니다. 이러한 상대적 길이 변화는 팽창 [µm/m]으로 설명되고 총길이 l0에 대한 절대적 길이 변화 l의 비율로 정의됩니다.
E 모듈
구성품에 발생하는 팽창은 형상 및 힘 외에도 항상 구성품 재료에 따라 다릅니다. 결정적인 매개변수는 E 계수(탄성 계수)입니다. 이는 선형 탄성 범위에서 고체 변형 시 응력과 팽창 사이의 비례 관계를 설명합니다. 이때 다음이 적용됩니다. 재료가 뻣뻣할수록 E 계수 역시 더 큽니다. 변환기 구성에서 일반적인 스테인리스 스틸의 탄성 계수는 E = 200000N/mm2 이며 알루미늄은 70000N/mm2입니다.
힘에서 팽창으로 앞서 설명했듯, 각 구성품에는 힘 F가 가해짐과 동시에 특정 연신력 이 발생합니다. 이 연신력은 항상 재료의 소재와 E 단면 A 그리고 힘에 따라 결정됩니다. 이 세 가지 매개변수를 이용하여 다음과 같이 연신력을 계산할 수 있습니다.
해당 구성품 응력 은 다음과 같이 계산합니다.
k 계수
DMS의 k 계수는 스트레인 게이지의 민감도를 설명합니다. 이는 저항의 상대적 변화와 재료의 팽창 간의 관계입니다.
스트레인 게이지의 일반적인 k 계수는 콘스탄탄 측정 그리드의 경우 2.05입니다.
휘트스톤 브리지 균형 팽창과 k 계수를 사용하여 최종적으로 휘트스톤 브리지 균형 상태에서 예상되는 측정 신호를 계산할 수 있습니다. 일반적인 벤딩 바의 경우 측정 신호를 다음과 같이 계산합니다.
이때 두 개의 DMS는 장력에 반응하고 두 개의 DMS는 압력에 반응합니다. 따라서 팽창 정도가 모든 측정 지점에서 동일한 것이 이상적입니다.
무게 측정에 대한 한계
프로젝트 책임자 또는 개발 엔지니어는 건설 기계의 무게 측정 또는 이와 비슷한 작업에 대한 의뢰를 항상 반복적으로 받습니다. 물리적 관점에서는 force 센서와 로드 셀 사이에는 특수한 차이가 없습니다. 보정된 로드 셀과의 유일한 차이는 센서 보정입니다. force 센서는 로드 셀과 달리 항상 정의된 무게(kg)이 아닌 정의된 정격 힘(N)으로 보정됩니다. Baumer 센서는 force 센서로 보정되며 force 측정에 사용됩니다.
force 센서 규격
force 센서의 매개변수는 가이드라인 VDI 2638에 정의되어 있습니다. 가이드라인의 정의를 통해 force 센서의 통일적 규칙이 세워졌으며 이를 통해 기술 데이터의 비교가 가능해졌습니다. 개별 매개변수에 대한 자세한 정의는 Baumer의 force 측정 용어집을 참조하십시오.
