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 
對液體、散裝貨物等勻質(zhì)物體， 有二個固定基座和一個傳感器的配置是可行的。條件是容量構(gòu)造對稱， 并且裝填物重心線在整個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， 則必       須配備三個或更多的傳感器。
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, 溫度變化引起的變形而帶來的測量誤差。
1.1.2安裝有二個支承體和一個傳感器的立罐容器

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

1.1.3支撐在三個或四個傳感器上的立罐容器

支撐在三個或四個傳感器上的立罐容器
的裝填狀況大多數(shù)用三個傳感器上作測量元件,然而在直角對稱結(jié)構(gòu)中也可見四點配置， 盡管這一布置因其超自由度及價格較貴在原理上不為*， 但另一方面它們很容易被設(shè)計者想到。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位便會觸及立罐， 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，但必須考慮承載面的平行性、高度對齊等等細(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， 以保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 此時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， 這一方案即使對已建好的設(shè)備也相對易于實現(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安裝有四個傳感器的裝填站的矩形倉

安裝有四個傳感器的裝填站的矩形倉
在裝填站， 來自傳送機構(gòu)、裝填和下卸設(shè)備的振動， 且當(dāng)稱量倉為可動設(shè)備的一部分時， 由于加速度的影響， 會使矩形倉很不穩(wěn)定， 這還不考慮大質(zhì)量的散裝物投落進(jìn)倉時， 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。有時侯在無需稱量時, 秤容器被固定保持， 僅在稱量時是自由的。直角對稱的結(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， 防止擺動和旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)桿是必要的。
1.2.1 掛有二個或三個傳感器的懸掛式稱重罐
掛有二個或三個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單個傳感器中心懸掛的結(jié)構(gòu)
單個傳感器中心懸掛的結(jié)構(gòu)
1.3臥式儲罐
對于多數(shù)情況下， 液體重心位置點的移動與裝載高度呈線性關(guān)系。因此在一個鞍座下面安裝傳感器而在另二個鞍座下面安裝固定基座就可滿足相對簡單的裝載情況的測量。  理想化的臥式儲罐將重量平分在一個雙搖柱擺式傳感器和二個固定支座上， 正常情況其它的固定是不必要的。對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， 例如用機械阻檔限制罐鞍上的二個端點。
臥式儲罐
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現(xiàn)。
本文的應(yīng)用著重于大型渦輪發(fā)動機的扭矩測試，尤其是噴氣發(fā)動機。該項目是希望創(chuàng)建一個測試臺，通過獲得的扭矩數(shù)據(jù)，來對 渦輪發(fā)動機進(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。和測試臺的其他部分相同，扭矩傳感器需要極為可靠且耐用。因為其往往會運行數(shù)個月之久。防止出現(xiàn)某個輸出失敗，每個傳感器都帶有兩個獨立扭矩輸出，并進(jìn)行備份。
之前，測試臺采用非旋轉(zhuǎn)扭矩測量技術(shù) - 一個力傳感器和一個杠桿臂, 通過力與杠桿臂的乘積計算出扭矩。這是已經(jīng)存在了半個世紀(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)相對容易。但有一個zui大的缺點：就是由于力傳感器不在旋轉(zhuǎn)軸上，無法實現(xiàn)準(zhǔn)確對準(zhǔn)，
有 較大的測量誤差。
這種方式還有另外一個缺點，就是 低動態(tài)響應(yīng) (只有 20Hz)，這是因為測力計的質(zhì)量會作為一個低通濾波器，會增加扭矩測量的不確定性。另外，測力計必須要安裝在軸承上，轉(zhuǎn)動會對軸承造成摩擦，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優(yōu)點。例如，高動態(tài) - 其 響應(yīng)頻率高達(dá) 6kHz，可以測量真實動態(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 更高的動態(tài)響應(yīng)精度。下圖顯示的是動態(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，一個是對中比較困難，另外一個是防止過載。尤其在需要對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定時，需要修改旋轉(zhuǎn)軸或是移除扭矩傳感器。
對于類似的應(yīng)用在設(shè)計和開發(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）是一個會使旋轉(zhuǎn)軸變得不穩(wěn)定的點，會產(chǎn)生 諧波振動。更短，剛度更高，更輕的重量 是為了避免不必要的振動和跳動，其會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 以提高傳感器的 抗干擾能力。這將會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)計能夠降低客戶的維護(hù)費用。兩個應(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。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。