Датчики силы | динамометры

Q: Как функционирует датчик силы?

Чувствительный элемент датчика силы работает с помощью механического деформируемого элемента, на котором закреплены тензорезисторы в форме измерительного моста. При воздействии усилия на датчик силы механический элемент, на котором закреплен тензорезистор, упруго деформируется. Деформация в форме механического растяжения и сжатия обуславливает растяжение или сжатие тензорезистора. Электроника преобразует это обусловленное деформацией (и вместе с тем пропорциональное усилию) изменение сопротивления в измерительный сигнал и обрабатывает.

Q: Для чего нужен датчик силы?

Датчик силы преобразует вызванные растяжением, сжатием или кручением усилия в электрический сигнал, который можно измерить, считать и выводить на экран.

Q: Из чего состоит датчик силы?

Главным составным компонентом датчика силы является механический деформируемый элемент, на который нанесены тензорезисторы.

Q: Как функционирует тензометрический датчик?

Тензометрический датчик (или кратко DMS) представляет собой чувствительный элемент, измеряющий деформацию посредством изменения электрического сопротивления. В сфере испытаний материалов тензометрические датчики интегрируют в динамометры.

Q: Что измеряет динамометр?

С помощью динамометра измеряется усилие, воздействующее на чувствительный элемент. Они используются для определения усилий сжатия или усилий растяжения, но также подходят и для динамических измерений.

Диапазон усилия

5 Н - 2.500 кН (квазистатический)
1 кН - 1.000 кН (динамический)

Класс точности

ISO 7500-1
ASTM E4

Сравнение датчиков силы Задачи Преимущества и признаки Признаки точности Опциональные аксессуары

Для испытаний материалов применяют датчик силы (его также называют динамометром) для выявления механических характеристик материала; при этом измеряется усилие, необходимое для деформирования или разрушения материала. Датчик силы преобразует физическую величину усилия в электрически измеряемое напряжение. Датчики силы подходят для испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и кручение, а также для циклических испытаний.

Из-за экстремальных и многогранных требований в области испытаний материалов датчик силы является сердцем испытательной системы. Его свойства создают предпосылки для получения надежных интерпретируемых результатов испытаний. Для оптимальной интеграции этого центрального ядра в испытательную систему на фирме ZwickRoell была разработана собственная запатентованная линейка датчиков силы Xforce, отвечающих высочайшим требованиям в плане точности и надежности.

Сравнение датчиков силы
Xforce	Precision P	High Precision HP	High Precision HP+ ¹	K	K+ ¹	High Capacity	Dynamic ^₂
Номинальное усилие F_nom	5 Н - 150 кН	5 Н - 10 кН	5 Н - 10 кН	10 кН - 250 кН	10 кН - 250 кН	330 кН - 2.500 кН	1 кН - 1.000 кН
Класс точности 1 от x% F_nom	0,4 %	0,2 %	0,1 %	0,2 %	0,1 %	от 0,2% от Fnom	от 0,4% от Fnom
Класс точности 0,5	2 %	1 %	0,1 %	1 %	0,1 %	от 1% от Fnom	от 1% от Fnom
Диапазон применения	квазистатический	квазистатический	квазистатический	квазистатический	квазистатический	квазистатический	квазистатический и усталостные испытания

¹ Датчики силы со знаком «плюс» обладают расширенным диапазоном измерения, в котором действительна калибровка.
² Датчик силы Xforce Dynamic оснащен интегрированным датчиком ускорения (от 5 кН).

Задачи для датчика силы

Границы аксиального усилия

Границы аксиального усилия - это границы и диапазоны усилия в направлении оси измерения датчика силы. Слишком высокое усилие в направлении оси измерения датчика силы может приводить к ограничению точности измерения и длительной деформации датчика силы.

Датчик силы Xforce может выдерживать 300% номинального усилия без механического повреждения и до 150% без смещения нулевой точки. Благодаря уникальной электронной системе идентификации внутри датчика силы наше программное обеспечение testXpert автоматически идентифицирует датчик силы и его характеристики, а также регламентирует соответствующие границы усилия и перемещения для испытания.

Поперечные усилия

Поперечные усилия - это внешние усилия, воздействующие на крепежные поверхности тензорезистора вертикально к оси испытания. Эти усилия могут негативно влиять на результаты испытаний.

Датчики силы Xforce (HP и K) предназначены для испытаний, при проведении которых возможно возникновение поперечных усилий. Поперечное усилие в 10 % номинального усилия вызывает погрешность всего в ±0,02 % измеренного значения.

Температура

Температурные колебания на датчике силы могут вызывать деформацию и негативно влиять на результаты измерений.

Датчики силы Xforce HP и K обладают интегрированной функцией компенсации температуры.

Моменты изгиба

Изгибающие моменты возникают, когда боковое усилие компенсируется рычагом или когда аксиальное усилие прикладывается со смещением вследствие неконцентричности.

Динамометры Xforce разработаны таким образом, чтобы сводить изгибающие моменты к минимуму. Деформируемые элементы обладают высокой устойчивостью к изгибу при наложении поперечных усилий, изгибающих моментов или крутящих моментов.

Крутящий момент

Если поперечное усилие возникает не непосредственно на оси измерения, то появляется крутящий момент. Крутящие моменты возникают из-за испытательной конструкции или образца (например, при испытании винтовых пружин на сжатие).

У датчиков силы Xforce крутящий момент соответствует 0,2% (P и HP) или 0,005% (K) номинального усилия на мм для каждого миллиметра параллельного смещения.

Видео по датчику силы Xforce

Надежный и высокоточный. Не полагайтесь только на наше слово, а убедитесь сами!

Запатентованные датчики силы Xforce - эксклюзивно на фирме ZwickRoell

Преимущества и признаки датчиков силы Xforce

Концепция места испытания для датчика силы в программном обеспечении testXpert III

Уникальная функция самоидентификации

Экономия времени, предотвращение ошибок и уверенность в том, что Ваш датчик силы защищен.

После подключения наше программное обеспечение testXpert автоматически импортирует и идентифицирует тип и характеристики датчика силы, включая границы усилия и перемещения.
В ручном вводе этой информации нет необходимости, что позволяет избегать ошибок.
Критическая информация (например, перегрузка датчика и дата ее наступления) фиксируется в памяти идентификационной системы.

Нормативная заводская калибровка

Положитесь на точность Вашего датчика силы!

Сертифицированная заводская калибровка по ASTM E4 и ISO 7500
Перед отправкой каждый датчик силы проходит калибровку вместе с испытательной системой, включая привод и измерительную и управляющую электронику.
Информация по калибровке приводится в сертификате заводской калибровки, входящем в комплект поставки.

Подробнее о ISO 7500-1 / ASTM E4

Превосходная линейность

Доведите ценность результатов Ваших испытаний до максимума!

Линейность или нелинейность задает погрешность датчика силы по всему рабочему диапазону.

В стандарте ASTM E4 указано, что относительная погрешность индикации не должна превышать 1% измеренного значения (обычно от 1% до 100% номинального усилия датчика силы):

Датчики силы Xforce HP и Xforce K: максимальная погрешность индикации составляет <1% измеренного значения от 0,1% номинального усилия и 0,25% измеренного значения от 0,4% номинального усилия
Датчики силы Xforce Dynamic: максимальная погрешность индикации составляет <1% измеренного значения от 0,5% номинального усилия и 0,5% измеренного значения от 1% номинального усилия

Стандарт ISO 7500-1 регламентирует классы точности от 0,5 до 3, причем самая распространенная калибровка испытательных машин соответствует классу 1:

Датчики силы Xforce отвечают всем пяти критериям стандарта ISO 7500-1, соответствуют классу точности 1 и классу точности 0,5.

Большой диапазон измерения, достигаемый одним датчиком

Приобретение и калибровка нескольких датчиков силы больше не требуется!

Один-единственный датчик силы с диапазоном измерения от 0,1% до 100% своего номинального усилия выполняет несколько требований к испытаниям.
Вес устанавливаемых приспособлений или захватов вплоть до 45% номинального усилия не оказывает влияние на доступный диапазон измерения.

Надежность и безопасность

Испытания с уверенностью!

Интегрированная защита от перегрузок
С помощью программного обеспечения testXpert можно настроить границы усилия, активирующие автоматическое отключение испытательной системы.
Программные и аппаратные концевые выключатели ограничивают диапазон перемещения траверсы. Это защита для датчика силы и испытательных приспособлений.
Датчики силы Xforce могут выдерживать нагрузки вплоть до 300% номинального усилия без разрушения и вплоть до 150% номинального усилия без смещения нулевой точки. Поэтому дополнительной защиты от перегрузок (пакеты преднапряженных пружин, механические ограничители или направляющие для поглощения поперечных усилий) не требуется.

Работа в двух местах испытания с использованием датчика силы с соединительным пальцем

Простой, быстрый и прецизионный монтаж захватов

Простые замена и выравнивание испытательных приспособлений

Каждый датчик силы оснащен подходящим соединительным пальцем, обеспечивающим быстрый беззазорный монтаж захватов и испытательных приспособлений с оптимальным выравниванием относительно оси испытания.
Эталонные позиции (например, расстояние между испытательными адаптерами) настраиваются только один раз и сохраняются в программном обеспечении testXpert.
Датчик силы Xforce K обладает опциональным соединительным пальцем, позволяющим использовать датчик в двух рабочих зонах.
Датчики силы Xforce Dynamic принципиально обладают фланцевыми соединениями, чтобы обеспечивать динамическую выносливость.

Быстрая замена датчиков силы

Экономия времени при использовании нескольких датчиков силы на одной и той же машине

При использовании нескольких датчиков силы / динамометров или при частой смене датчиков силы рекомендуем приобрести опцию "Монтаж через соединительный палец". С помощью соединительного пальца можно установить второй датчик силы на уже имеющийся датчик силы испытательной системы, как испытательное приспособление. Вместо вкручивания или выкручивания датчика силы при каждой его замене его оставляют на месте и дополняют соединительным пальцем. Данная опция предлагает следующие преимущества:

Не происходит ненужного нагружения кабелей датчиков силы при вкручивании/выкручивании
Универсальность и экономия времени
Непосредственное выравнивание на оси испытания

Как функционирует датчик силы?

Наиболее широко распространенным промышленным датчиком силы является тензометрический датчик (DMS). Он работает с помощью механического деформируемого элемента, на который нанесены тензорезисторы в форме измерительного моста.

Если на динамометр воздействует усилие, то механический элемент, на котором закреплен тензорезистор, упруго деформируется. Деформация в форме механического растяжения и сжатия обуславливает растяжение или сжатие тензорезистора. Электроника преобразует это обусловленное деформацией (то есть усилием) изменение сопротивления в измерительный сигнал и обрабатывает.

Датчик силы сжатия измеряет усилия сжатия и обычно устанавливается под испытательным приспособлением. Датчик силы растяжения измеряет усилия растяжения.

Как функционирует датчик силы? Графика, динамометр с тензорезисторами (DMS) в растянутом и сжатом состоянии — Растяжение / сжатие DMS

Точность датчика силы

Точность датчика силы определяется с помощью погрешности измерения. Чем меньше погрешность измерения, тем точнее датчик силы. Наиболее распространенной характеристикой точности является линейность (или нелинейность).

Графическое отображение для объяснения линейности датчика силы

Линейность (или нелинейность)

¹ Мощность ² Нагрузка ³ Коррекция нуля ⁴ Номинальная мощность ⁵ Нелинейность ⁶ Гистерезис

Линейность - это математическое соотношение, представленное прямой линией. В случае датчика силы это соотношение между приложенным усилием и показаниями датчика. Точность датчика силы обычно указывают в форме ±x% отображенного значения.

Пример: датчик Xforce HP+ на 1000Н калибруется по классу 0,5. Точность составляет ±0,5% отображенного значения датчиков силы от 1Н до 1000Н. 1Н можно измерить с точностью ±0,005Н.

Гистерезис

Гистерезисом обозначают максимальную разницу между двумя измеренными значениями датчика силы для одной и той же приложенной нагрузки, причем одно измеренное значение получают путем увеличения нагрузки с нуля, а другое - путем уменьшения от максимальной номинальной нагрузки динамометра.

Сходимость

Максимальная разница между показаниями датчиков силы при повторном приложении нагрузки в идентичных условиях окружающей среды.

Интервал изменения температуры и нулевая точка

Изменение мощности / нулевой точки по причине изменения температуры датчика силы.

Узнайте больше о том, как наши датчики силы могут решать Ваши задачи.

Обратитесь к нашим экспертам - мы будем рады ответить на Ваши вопросы.

Связаться сейчас

Опциональные аксессуары к датчику силы

Приспособление Daily Check

Приспособление Daily Check предназначено для регулярных проверок датчиков силы номиналом до 500 Н с помощью сравнительных значений, измеренных после повторной калибровки/юстировки. Приспособление состоит из двух эталонов (ведущий/подчиненный).

Применение приспособлений и программного обеспечения на любом количестве машин благодаря простоте установки и снятия.
Распознавание систематических погрешностей в направлении сжатия и растяжения в датчике силы.
Надежные результаты испытаний: благодаря проверке между периодическими калибровками обеспечивается отсутствие систематических погрешностей в датчике силы.
Результаты ежедневной проверки заносятся в протокол testXpert.
Отслеживаемость: все критичные в плане безопасности испытания предъявляют особые требования к отслеживаемости и документированию. С помощью программного обеспечения фирмы ZwickRoell администратор может регламентировать, что будет заноситься в протокол и к каким процессам и событиям следует вводить обоснования.

Приспособление Daily Check для проверки динамометров до 500 Н

силоизмерительная система Xforce с инерционной защитой

Динамометры с инерционной защитой особенно подходят в тех случаях, когда

испытания проводятся с повышенной скоростью, т.к. здесь существует риск, что настроенные границы усилия распознаются недостаточно быстро.
испытания проводятся с наименьшими расстояниями между приспособлениями или с малым перемещением траверсы (поэтому особенно хорошо подходит для испытаний пружин и готовых изделий).

При испытаниях в направлении сжатия защиту датчиков силы типа Xforce HP осуществляет механическая защита от перегрузки и встроенная инерционная защита:

при механической защите от перегрузки срабатывает механический ограничитель перед достижением максимально допустимого пограничного усилия датчика силы. Повреждение датчика силы вследствие перегрузки предотвращается.
Встроенная инерционная защита защищает всю конструкцию испытания: начиная с порога усилия 120+6/-4% F_nom, имеющееся усилие передается на несколько пружин. Это вызывает инерцию всей конструкции испытания. Эта инерция предотвращает рост усилия в датчике силы, который может привести к перегрузке и даже разрушению.

Путь (s) инерционной защиты с механическим ограничителем

Примеры испытательных машин, в которых используются датчики силы

Загрузки, датчики силы

Информация о продукте: датчик силы Xforce K PDF 3 MB
- DE
- EN
Информация о продукте: датчики силы Xforce HP PDF 383 KB
- DE
- EN
Информация о продукте: датчик силы Xforce HP+ и Xforce K+ PDF 3 MB
- DE
- EN
Информация о продукте: датчик силы Xforce P PDF 1 MB
- DE
- EN
Информация о продукте: датчики силы на 330 кН - 2.500 kN PDF 244 KB
- DE
- EN
Информация о продукте: датчик силы Xforce, динамика PDF 314 KB
- DE
- EN
Информация о продукте: силоизмерительная система Xforce с инерционной защитой PDF 389 KB
- DE
- EN
Daily Check PDF 750 KB
- DE
- EN

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как функционирует датчик силы?

Чувствительный элемент датчика силы работает с помощью механического деформируемого элемента, на котором закреплены тензорезисторы в форме измерительного моста. При воздействии усилия на датчик силы механический элемент, на котором закреплен тензорезистор, упруго деформируется. Деформация в форме механического растяжения и сжатия обуславливает растяжение или сжатие тензорезистора. Электроника преобразует это обусловленное деформацией (и вместе с тем пропорциональное усилию) изменение сопротивления в измерительный сигнал и обрабатывает.

Для чего нужен датчик силы?

Датчик силы преобразует вызванные растяжением, сжатием или кручением усилия в электрический сигнал, который можно измерить, считать и выводить на экран.

Из чего состоит датчик силы?

Главным составным компонентом датчика силы является механический деформируемый элемент, на который нанесены тензорезисторы.

Как функционирует тензометрический датчик?

Тензометрический датчик (или кратко DMS) представляет собой чувствительный элемент, измеряющий деформацию посредством изменения электрического сопротивления. В сфере испытаний материалов тензометрические датчики интегрируют в динамометры.

Что измеряет динамометр?

С помощью динамометра измеряется усилие, воздействующее на чувствительный элемент. Они используются для определения усилий сжатия или усилий растяжения, но также подходят и для динамических измерений.

Датчики силы / динамометры

Границы аксиального усилия

Поперечные усилия

Температура

Моменты изгиба

Крутящий момент

Уникальная функция самоидентификации

Нормативная заводская калибровка

Превосходная линейность

Большой диапазон измерения, достигаемый одним датчиком

Надежность и безопасность

Простой, быстрый и прецизионный монтаж захватов

Быстрая замена датчиков силы

Линейность (или нелинейность)

Гистерезис

Сходимость

Интервал изменения температуры и нулевая точка