奇石乐KISTLER 1631C5

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我们的力传感器系列利用压电晶体和石英的优异特性，这是我们传感器技术的基础。 
垫圈式力传感器是标准的压电测量元件。
传感器元件本身已预载。
安装时先将传感器装在结构的测量点，然后按要求预紧。预紧力对应着载荷偏置。 
我们的拉压力传感器可直接用于测量。
这些预紧过的石英力传感器出厂前已校准，适用于测量拉压力。 
我们的微小力传感器专为测量微小力设计。
由于其特殊的内部结构设计，这些传感器的灵敏度是标准力传感器的30多倍，从而可准确地测量微小力。

优点 

• *的刚度，因而可获得高固 有频率 

• 高载荷能力 

• 坚固耐用 

• 设计紧凑 

• 测量范围宽 

• 在力流方向上直接测量 

• 无形变条件下测力 

• 传感器种类丰富

奇石乐提供压电式和应变式传感器。
压电式传感器尤其适合在的安装尺寸、温度范围和动力学环境下进行测量。
奇石乐主要应用压电原理在组装和试验领域测量动态力。 
Pierre和Jacques Curie两兄弟于1880年发现了压电效应。 
压电材料（来自希腊语piezein，意为挤压或压力）在受到机械载荷时产生电荷。
压电传感器绝缘电阻有限，因而不能进行真正的静态测量。
不过采用合适的奇石乐信号调理设备，压电传感器具有优异的准静态和动态测试能力。 
1950年，Walter P. Kistler获得了*压电信号电荷放大器的，为已经发现了数十年的压电效应的实际应用铺平了道路。 
利用石英晶体的压电效应可获得非常有价值的应用：当施加机械载荷时，可产生与作用力成比例的电荷信号。
优势：由于晶体的高刚度，测量过程中传感器几乎无形变。
石英可切割成压力敏感和剪切敏感元件。
下述不同的压电效应的差异在于晶体的极轴与作用力方向的相互关系不同： 

• 纵向效应 

• 剪切效应 

• 横向效应
优点
• 尺寸紧凑
• 测力范围宽
• 优异的抗过载能力
• 无磨损
• 高刚度和高固有频率
• 可在无形变情况下测量
纵向效应
在受力表面产生电荷，用静电计可以测量电荷。
在纵向压电效应中，电荷量Q只取决于力Fx的大小，与晶体的尺寸无关。
增加电荷的唯Y方法是连接几个晶体片，机械串联，信号电子并联。
输出电荷量如下:
Qx=d11.Fx.n
压电系数d11是不同方向上的晶体灵敏度。
因此晶体切割的位置决定了石英拉压力传感器的性能和应用领域。
产生纵向效应的压电敏感元件切割对压缩力敏感，因此适合于简单和坚固的力传感器.
剪切效应
类似于纵向效应，剪切效应中的压电灵敏度与压电敏感元件的大小和形状无关。
载荷作用下，在压电敏感元件的表面产生电荷。
在x方向的载荷作用下，机械串联和信号电子并联的n个敏感元件产生的电荷量为：
Qx= 2 .d11.Fx.n
剪切敏感压电元件用于测量剪切力、扭矩与应变和加速度的传感器。
剪切效应的传感器具有对温度波动不敏感的优异特性，因为温度波动引起传感器结构应力的变化作用在
剪切敏感轴的垂直方向。
横向效应
横向效应中，作用在y轴方向上的力Fy在相应x轴的表面上产生电荷。
与纵向压电效应不同，在非受载表面产生的电荷量与压电敏感元件的尺寸成正比。
假设敏感元件的尺寸为a（厚度）和b（高度/长度）产生的电荷量为:
Qy= –d11.Fy.b/a
因此，横向效应在合适的压电敏感元件形状和排列下，可以获得较多的电荷。
横向效应的敏感元件用于高灵敏压力、应变和力传感器。
电荷放大器
电荷放大器将压电传感器产生的电荷转换为成比例的电压：
Uo=–Q . 1 Cr 1+ 1 (Ct+Cr+Cc) ACr
电荷放大器可看成是电荷积分器，它总是在量程电容两端以大小相等，极向相反的电荷补偿传感器产生的电荷。
大部分奇石乐电荷放大器具有传感器灵敏度和测量范围设置功能。
时间常数和漂移
应用电荷放大器需要考虑的两个重要因素是时间常数和漂移。
时间常数T是交流耦合电路的放电时间。
在Y个时间常数的时间里，阶跃输入衰减37%：
τ = Rt.Ct
漂移是指输出信号随时间推移而出现的变化。
漂移决定了允许准静态测量的时间。
奇石乐的传感器允许直接和间接测力。
可灵活地安装传感器，为不同的测量任务提供解决方案。
预紧
为了实现所期望的精确测量，根据设计和应用不同压电式传感器需要预紧20% - 70%并可获得压缩力和拉伸力对称
的测量范围。
因此，实际测量范围是数据表上的总测量范围减去预紧力。
不同的安装方式
直接测力要求传感器*安装在力流中测量全部力。
这种方法测量精度高，与力的作用点无关。
如果传感器不能直接安装在力流中，则只能测量部分力；其余的力通过其安装的结构（作为力分流）。
间接测力时可用应变传感器通过测量结构应变可获得过程力。
结构受力产生的变形可通过与力成比例的应变来测量，因而过程力可间接通过表面或结构应变确定。
奇石乐的应变传感器内部将应变转换为成比例的力，并产生相应的电荷信号。
这也是它们通常被称为力 - 应变传感器的原因。
灵敏度由电荷Q（pC）/单位应变µε（µm/m）确定。
直接测力
全部过程力通过传感器（力分流n<≈10%）在力的传递路径上安装传感器，测量全部过程力。
优点
• 灵敏度高
• 测量精度高
• 重复性高
• 线性好, 迟滞小
• 预紧和校准过的传感器测量范围宽、安装便利
分流测力
部分力通过传感器（力分流率≈10 - 99%）。
传感器安装在机械结构中。通常大部分过程力通过力分流传递。
优点
• 抗过载能力强
• 成本低
• 测量的过程力比传感器的测量范围可高至100/(100-n)倍
• 恒定状态下测量精度可靠
• 高重复性
间接测力
只有极少的过程力通过传感器（力分流率n>>99%）。
优点
• 安装Z简便
• 现有设备加装简易
• 抗过载能力强
• 成本经济方案
应变片工作原理基于导线由于伸缩引起的长度变化电阻成比例改变的物理现象。奇石乐利用这Y原理测量旋转轴扭矩和力。
工作原理
当所测导线发生应变ε，其长度L、横截面积A和材料的实际电阻ρ均将变化。
通常用刻蚀测量网格的薄金属箔（≈0.005mm）代替导线制作应变片。
这样可得到非常小的应变片（比如1x1 mm的测量网格）可以精确地在Y个点上测量。
力探测器
应变式力传感器中的力探测器由线弹性材料制成。
根据虎克定律公式，力探测器的载荷产生的机械应力σ与应变ε有下述线性关系
σ = E . ε
应变片测量线弹性范围内的结构变形。
σ [N/m2]σBσSε [µm/m] εB
弹性范围
塑性范围
σB: Z大应力
σS: 屈服点
εB: 断裂变形 惠斯登电桥
测量电桥由4个电阻或应变片组成，供电电压为US。
输出电压UB从电桥中部输出。
电桥的灵敏度系数EB表示和应变因子k（单位应变引起的电阻变化率）相关的输出电压和应变ε之间的关系。
EB= UB = k . εUS
如果是全桥，四个电阻均为应变片，其电阻值通过外部因素改变，如扭矩或力。
应变式测量链
电桥产生的电压在数mV范围内。
传输未放大的模拟信号的导线越短越好，以使电磁场效应Z小。
差分放大器通常先放大电压信号，然后将其数字化。
这种放大器具有*的输入阻抗和高共模隔离。
应变式传感器的优点
• 无需预载测量元件即可测量拉力和压力
• 可长时间地静态测量
• 测量值
为了将传感器集成于给定应用中，需要清楚以下几点以便为选择相关组件生成测量链提供基础：
• 测量范围和模式：直接、间接和技术
• 环境条件：温度、气体和液体、机械
• 用奇石乐仪器或使用客户系统进行信号分析
理论上，被测量应该近过程获取；Z简单的方式是使用预紧和校准过的传感器。垫圈式传感器和应变传感器在安装后校准。
高绝缘电缆，典型绝缘值>1E13Ohm，是压电式测量技术的重要元件，可根据环境条件选择。
传感器信号转换后，可通过客户系统的放大器评估。
为了分析XY过程（如力 – 位移监测），maXYmos系列非常适用，因其具有用户友好操作界面和各种接口选项（Y通道：压电式、应变式、+/- 10V；电位计式，+/- 10V，增益）。
传感器和测量仪器必须定期校准，因为其功能及其测量不确定性会随着频繁应用、老化和环境因素而改变。
校准使用的仪器可溯源到国家校准参考基准，并满足统Y的质量控制标准。校准证书记录校准值和校准条件。
安全和可靠的测量
质量保证体系和产品责任法要求对测量质量特性的所有试验仪器进行系统监测。这是确保测量和试验结果可靠和高质量控制的唯Y途径。
所有传感器和电子测量仪器都具有Y定的测量不确定性。
由于这些偏差会随时间而变化，试验仪器必须定期校准。
校准过程中需要确定被测值与校准基准参考值的偏差。
校准的结果或是将实际测量值作为示数或建立修正系数。
所需相关信息记录在校准证书中。
定义：校准是应用确定的方法在规定的条件下确定已知的输入变量和所测的输出变量的关系。
校准过程
校准过程中传感器受到被测物理量如力或力矩的作用，记录传感器相应的输出变量。
因为同时用可溯源校准基准测量，载荷的幅值精确可知。
根据所采用的方法不同，可在整个量程或分量程以下列不同方式校准传感器。
• 单点校准
• 连续式校准或
• 多点阶梯式校准
连续校准要求在相同时间内将载荷连续增加到确定值，然后减少到零。
通过原点确定“Z佳直线”。
该直线的斜率即为传感器在被校准范围内的灵敏度。
阶梯式校准包括如下定义的Y个加载应用。
根据所采用的校准方法，这Y过程为阶梯递增加载或递减卸载，每Y个阶梯载荷之间可以卸载或不卸载。
在每Y阶梯加载后，需要等到测量值稳定后才可进行测量。
Z佳直线与校准曲线的Z大偏差为线性。
加载和卸载曲线的Z大偏差为迟滞。
绝大多数奇石乐单分量和多分量力传感器和力矩传感器在厂内校准。
连续校准方式是Z适合压电传感器的校准方。
应变传感器适合用阶梯法校准。
奇石乐提供下述校准选项：
• 传感器设备可送到生产中心
• 厂内现场校准
• 用于内部校准的校准设备

BALLUFF    BOWA1208-PS-C-S49
TWK    RH28/250-AG-CD
WEBER    DFD-1000
MTS    RHM1055MP101S2G6100
ASM    WS17KT-3000-420A-L10-M4-D8G
PHOENIX    CF CRIMPHANDY/ACCU
WAYCON    SFPAX500 
KUEBLER    ARV1.5-VK6-L-220/14 V44R
MTS    RHM0300MR021V01编码器
HEIDENHAIN  AE LS 106,ID:759373-02(326797-01)    
WAYCON    SX120-6000-15,7-G-SR 
HEMOMATIK    Type: LG 130 NC
BALLUFF    BTL5-M1-M0150-A-SA330-KA10
SIEMENS    6DD19040AE1
PHOENIX    US-EMP (8,8X15) YE CUS
BALLUFF BCS-M18TTI2-POC15G-AT02    
PHOENIX    UK  2,5 N BN
NORELEM    650380 WBB-V15.M 45
MTS    RHM0700MD601V011025
MTS    RHM2090MP101SEG2100
PHOENIX    SAC-12P-MR/ 1,0-35T/FR SH SCO
KUEBLER    8.5020.2521.1024
PHOENIX    UC-WMCO 3,6 (12X4,5) YE CUS
WAYCON    LX-PA-10 
WAYCON    SL300-S-KR-O 
HEMOMATIK    BS80E/10-1H
WEBER    OADM20I6572/S1 Laser captor1U
SSB    DAPMEK-H107/40Z-0410.04300.41
IGUS  290.18型 拖链接头    
SIEMENS    7ML1201-1EK00
MTS    RHM0470MP081S1B61000
MTS    GHM1000MR101R0
TWIFLEX  VKS71系列    
ASM    WS12-3000-420A-L25-M4-M12
ZIEHL-ABEGG    572010-720 1-230W 07446012
TWIFLEX  APL1CD Part 6G1A66    
TWIFLEX  DS2513 8W  max 720 1/h  380v    
TWIFLEX  7902799    
MTS    RHN0180MP051S1G5100 输入：24V
PHOENIX    CF 3000 CG 0,75
NORELEM    03330-21084
PHOENIX    HDFK 50-IB GNYE SO
HONSBERG  RO-010TV009    
SIEMENS    6DD1602-0AE0
PHOENIX    US-PML-W100 (25X25)
TWK    IW9-03-0120/E.Z-532
HOFFMANN    625940 20IP 工具夹具
ASM    WS17KT-2000-420A-L10-M4-D9
MTS    RHM0965MD531P102Grd:2826.37m/s
WAYCON    LZW1-F-50-10M 
MTS    RHM0720MP021S1G3200
BENDER    MONTAGESATZ-X440-FRONTEINBAU 
PHOENIX    HV-M 6-VS 3
WAYCON    SX135-40-15-L-KA 
WAYCON    MAB-A-A-550-E 
WAYCON    WP-75T-10V 
BALLUFF BCCM323-0000-10-001-VX8334-050    
PHOENIX    US-EMLP (100X60) CUS
MTS    GBF0350MU051S2G1100
TURCK  RSS4.5-PDP-TR No.6601590    
MTS    RHM1830MP071S3B6105
WAYCON    DT32NV 
FRAKO  LKT12,1-440-D52 K18-0152    
PHOENIX    HC-K-KV-M40(16-28)BK
PHOENIX    SACC-M12FS-4CON-PG11-M PWR
WAYCON    SX50-1250-8-G-SR-O 
MTS    GHM0420MD601VO
NORELEM    OrderNo:07534-08*16
SIEMENS    6DD16110AG0
IGUS  CF5.15.12    
TURCK  PT010R-14-LI3-H1131 Nr:6831406    
PHOENIX    US-PML-W100 (50X50) CUS
Mahle    HC41MIC25 Nr:777.003.5
MTS    RPS0200MD621C101511配磁环
MTS    RHM1250MP101S2B6100
PHOENIX    US-EMSP (75,6X54) YE
BALLUFF    BPI0050
PHOENIX    SF-BIT-PZ 1-70
SIEMENS    6DD1681-0BD1
 

奇石乐KISTLER 1631C5

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