力和扭矩测量的计量溯源

HBK测试与测量

2022年3月24日 10:42

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如何缩短比对测量时间

计量溯源对我们的日常生活很重要。如果没有溯源，获得准确的机械尺寸是不可完成的。 可追溯性 确保测量结果 可参考或符合标准 。如通过与连续测量值的比较来识别测量值的不确定度。然而多级比较测量，会让比较结果变成“低阶”。仔细选择测量设备可以降低这种影响。

因此， 比较测量 ，无论是国际比较测量，如“CIPM关键比较”或“RMO关键比较”或经认可的实验室进行的多边或双边比较测量，都必须极其小心地进行。

为了准备比较测量，一些具有多年经验的实验室制定了所谓的“技术协议”，定义了测量系统规范。每个参与实验室需要制定测量不确定度预算，这又取决于所使用的测量设备。这样的比较测量自然是非常耗时的，根据比对类型不同，通常需要两个月到一年的时间。因此，减少所需时间是非常有意义的。

在力与扭矩测量中，基于应变的传感器具有最低的测量不确定度。因此，它们通常被用作比对测量的参考传感器和传输标准。

TOP级力传递标准

作为测量技术解决方案的制造商，在过去的几十年中，HBM一直为多种级别比较测量提供参考测量链。TOP-Z30A TOP 级力传递标准传感器是其中的代表，这些传感器专门设计用于国际比对测量，具有极高的精度，超过了国际标准 ISO 376:2011 的最高精度00级的要求，部分特性超出高达10倍，具有极高的重复性。TOP-Z30A 标配带有TEDS（集成在传感器中的电子数据表，可将传感器参数直接读入测量放大器）。通过TEDS，如果在实验室间比较期间将传感器从一个实验室发送到另一个实验室，则各个实验室测量链配置时间将大大缩短。

图1 TOP-Z30A 传递标准力传感器

TN扭矩传递标准

HBM TN 参考扭矩传感器针对国际比对测量进行了优化。在比对测量中，特殊的挑战是需要对整体设计进行比较测量。因此，轴式传感器只能设计为“开放式”传感器，而不是密封式的。这就使传感器需要面临相对湿度波动的挑战，即使实验室有空调，但传感器需要从一个实验室转移到另一个实验室。

TN 扭矩传感器基准版本对湿度的依赖性很低，因此可在最短的时间内执行“温度适应”。这意味着通过所有实验室所需的总时间可以大大减少，但结果仍然可以满足测量要求。

图2 TN 参考扭矩传感器

高精度放大器

由于应变传感器的惠斯通电桥信号非常小，因此通常需要一个桥路放大器来进行信号调理。基准传感器和精密测量放大器共同构成精密测量链。对这些精密测量放大器的要求甚至高于对相关参考传感器的要求。

HBM DMP41 精密放大器备受各国国家计量实验室青睐，是国际比较测量的理想选择。40多年来，其卓越的长期稳定性和用户友好性（如触摸屏操作）是其成功的奥秘。如上所述，湿度对灵敏度的影响也与精密放大器相关：随着测量不确定度要求的不断提高，湿度的影响不再可以被忽略。这方面的要求被纳入到新设备的开发中，与之前的DMP40相比，DMP41对湿度的敏感度降低了10倍左右。