Как да изчислим несигурността на датчик за натоварване?

Здравейте! Като доставчик на динамометрични клетки, напоследък получавам много въпроси за това как да изчисля несигурността на динамометрични клетки. Това е ключова тема, особено когато разчитате на точни измервания за вашите приложения. Така че реших да го разбия за вас в тази публикация в блога.

Какво представлява несигурността на измервателната клетка?

Първо, нека разберем какво имаме предвид под несигурност на датчика за натоварване. С прости думи, несигурността е оценка на диапазона, в който се намира истинската стойност на дадено измерване. Когато използвате динамометрична клетка за измерване на сила или тегло, има различни фактори, които могат да доведат до отклонение на измерената стойност от действителната стойност. Тези фактори допринасят за несигурността на динамометричната клетка.

Фактори, влияещи върху несигурността на динамометричните клетки

Има няколко фактора, които могат да повлияят на несигурността на датчика за натоварване. Нека да разгледаме някои от най-често срещаните:

1. Нелинейност

Нелинейността е мярка за това колко изходът на датчика за натоварване се отклонява от правата линия. В един идеален свят връзката между приложената сила и изходния сигнал на датчика за натоварване би била идеално линейна. В действителност обаче винаги има известна степен на нелинейност. Това може да се дължи на механичната структура на динамометричната клетка, като например формата на пружинния елемент или начина, по който са закрепени датчиците на деформация.

2. Хистерезис

Хистерезис възниква, когато изходът на динамометричната клетка е различен за едно и също приложено натоварване, в зависимост от това дали натоварването се увеличава или намалява. Например, когато приложите натоварване към динамометричната клетка и след това я премахнете, изходът може да не се върне точно към първоначалната си стойност. Това се дължи на вътрешното триене и еластичните свойства на материалите на динамометричните клетки.

3. Повторяемост

Повторяемостта се отнася до способността на динамометричната клетка да даде същия изход за същото приложено натоварване, когато изпитването се повтаря при същите условия. Ако тензодатчикът има лоша повторяемост, това означава, че има значителна вариация в измерените стойности всеки път, когато се приложи същото натоварване. Това може да бъде причинено от фактори като електрически шум, механични вибрации или износване на компонентите на динамометричната клетка.

4. Температурни ефекти

Температурата може да има значително влияние върху работата на датчика за измерване на теглото. Промените в температурата могат да доведат до промяна на размерите на динамометричната клетка, което може да повлияе на тензодатчиците и по този начин на изходния сигнал. Освен това температурата може също да повлияе на електрическите свойства на тензодатчиците, като например тяхното съпротивление. Повечето динамометрични клетки са проектирани с температурна компенсация, за да се сведат до минимум тези ефекти, но все още има известна остатъчна несигурност поради температурни промени.

Изчисляване на несигурността на динамометричната клетка

Сега, след като разбираме факторите, които влияят на несигурността на датчика за измерване на теглото, нека поговорим как да го изчислим. Изчисляването на несигурността на динамометричната клетка обикновено се основава на статистически подход. Ето общите стъпки:

1. Идентифицирайте източниците на несигурност

Както обсъдихме по-рано, има няколко източника на несигурност, включително нелинейност, хистерезис, повторяемост и температурни ефекти. Трябва да идентифицирате всички съответни източници на несигурност за вашата конкретна динамометрична клетка и приложение.

2. Оценете несигурността за всеки източник

След като идентифицирате източниците на несигурност, трябва да оцените несигурността за всеки източник. Това може да стане чрез тестове за калибриране, спецификации на производителя или исторически данни. Например, производителят може да предостави грешката на нелинейността като процент от изхода в пълна скала. Можете да използвате тази стойност като оценка на несигурността поради нелинейност.

3. Комбинирайте несигурностите

След като оцените несигурността за всеки източник, трябва да ги комбинирате, за да получите общата несигурност на динамометричната клетка. Това обикновено се прави с помощта на метода корен - сума от - квадрати (RSS). Формулата за RSS метода е:

[U_{общо}=\sqrt{U_{1}^{2}+U_{2}^{2}+\cdots+U_{n}^{2}}]

където (U_{total}) е общата несигурност, а (U_{1}, U_{2},\cdots, U_{n}) са несигурностите, дължащи се на всеки източник.

Да приемем, че сте оценили несигурността поради нелинейност ((U_{nl})), хистерезис ((U_{h})), повторяемост ((U_{r})) и температурни ефекти ((U_{t})). Общата несигурност на динамометричната клетка ще бъде:

[U_{общо}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}]

Примерно изчисление

Нека разгледаме един пример, за да илюстрираме как да изчислим несигурността на датчика за натоварване. Да предположим, че имате динамометрична клетка със следните спецификации:

• Грешка при нелинейност: ±0,1% от пълната скала
• Грешка при хистерезис: ±0,05% от мощността на пълната скала
• Грешка при повторяемост: ±0,03% от изхода в пълна скала
• Температурен коефициент на нулев баланс: ±0,002%/°C от пълната скала
• Температурен коефициент на чувствителност: ±0,001%/°C от пълната скала

Изходът на пълната скала на динамометричната клетка е 1000 N, а температурният диапазон по време на измерването е от 20°C до 30°C.

Първо, нека изчислим несигурността, дължаща се на температурните ефекти. Промяната в температурата (\Delta T = 30 - 20=10^{\circ}C).

Несигурността, дължаща се на температурния коефициент на нулев баланс ((U_{t1})) е:

[U_{t1}=0,002%\times10\times1000 = 0,2N]

Несигурността, дължаща се на температурния коефициент на чувствителност ((U_{t2})) е:

[U_{t2}=0,001%\times10\times1000 = 0,1N]

Общата несигурност, дължаща се на температурни ефекти ((U_{t})) е:

[U_{t}=\sqrt{U_{t1}^{2}+U_{t2}^{2}}=\sqrt{0,2^{2}+0,1^{2}}=\sqrt{0,04 + 0,01}=\sqrt{0,05}\прибл.0,22N]

Несигурността поради нелинейност ((U_{nl})) е:

[U_{nl}=0,1%\times1000 = 1N]

Несигурността, дължаща се на хистерезис ((U_{h})) е:

[U_{h}=0,05%\times1000 = 0,5N]

Несигурността поради повторяемостта ((U_{r})) е:

[U_{r}=0,03%\times1000 = 0,3N]

Сега нека изчислим общата несигурност на динамометричната клетка, като използваме RSS метода:

[U_{общо}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}=\sqrt{1^{2}+0,5^{2}+0,3^{2}+0,22^{2}}=\sqrt{1 + 0,25+0,09 + 0,0484}=\sqrt{1,3884}\приблизително 1,18N]

Значението на познаването на несигурността на датчика за натоварване

Познаването на несигурността на датчика за натоварване е от решаващо значение поради няколко причини. Първо, това ви помага да гарантирате точността на вашите измервания. Ако използвате динамометрична клетка в критично приложение, като например в производствен процес, където се изискват прецизни измервания на силата, разбирането на несигурността може да ви помогне да определите дали динамометричната клетка е подходяща за работата.

Второ, той ви позволява да оцените качеството на вашата динамометрична клетка. Чрез сравняване на изчислената несигурност със спецификациите на производителя можете да идентифицирате всички потенциални проблеми с датчика за натоварване и да предприемете подходящи действия.

Нашите предложения за измервателни клетки

В нашата компания предлагаме широка гама от динамометрични клетки, за да отговорим на вашите нужди. Независимо дали търсите aКлетка за натоварване на компресията,Датчик за натоварване тип S от неръждаема стомана, илиДатчик за измерване на теглото от легирана стомана S, ние ви покриваме. Нашите динамометрични клетки са проектирани с висока прецизност и ниска несигурност, за да осигурят надеждни и точни измервания.

Заключение

Изчисляването на несигурността на динамометрична клетка е важна стъпка за осигуряване на точността на вашите измервания на сила и тегло. Като разберете факторите, които влияят на несигурността и следвате стъпките, описани в тази публикация в блога, можете да изчислите несигурността на вашата тензометрична клетка и да вземете информирани решения относно нейната пригодност за вашето приложение. Ако имате някакви въпроси или се интересувате от закупуване на динамометрична клетка, не се колебайте да се свържете с нас за повече информация и да започнете дискусия относно поръчката.

Референции

• OIML R60: Препоръки за динамометрични клетки, Международна организация по законова метрология.
• ASTM E4: Стандартни практики за силова проверка на машини за изпитване, Американско общество за изпитване и материали.