CN109238561A - 一种力传感器动态灵敏度的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种力传感器动态灵敏度的测量方法，其特征在于：所述测量方法使用的测量装置包括连接件、力传感器、标准冲击加速度传感器和冲击加速度测量装置，所述的连接件采用结构相同质量不等的两个连接件；所述的测量方法为：采用质量为M1的连接件将力传感器与标准冲击加速度传感器连接成一体再安装在冲击加速度测量装置上，并进行测量信号通道连接，然后利用多次调整冲击加速度测量装置产生的不同冲击力，测量获得多次力传感器的冲击加速度灵敏度S1，并计算平均值S1'，接着将更换为质量为M2的连接件以相同方式获得力传感器的冲击加速度灵敏度平均值S2'，最后通过公式计算获得力传感器的动态灵敏度S。

Description

一种力传感器动态灵敏度的测量方法
技术领域
本发明涉及一种力传感器灵敏度的测量方法，特别是公开一种力传感器动态灵敏度的测量方法，适用于计量检测行业对力传感器的动态灵敏度实施校准。
背景技术
力传感器是动荷测量、机械动力特性研究和动强度分析中必不可少的设备。随着生产和科技的进步, 人们对于力传感器的各种性能更加关注, 特别是动态性能，其中动态灵敏度及其频响特性是最重要的参数。因此对于力传感器及其测量系统必须进行复校准以检验系统的线性度和准确性。
而目前力传感器的专用动态测量装置就比较少有。在“汪凤泉，许秀芝. 动态力传感器校准的两次配重消去法[J]. 计量学报， 1990(4)：304-310.”的论文及专利申请“CN106595952A，一种力传感器灵敏度动态标定方法与标定装置”公开的文件中均提到了采用振动激励配合配重法测量动态力传感器的灵敏度。
采用这种方法有几个缺陷：1、由于振动激励的加速度范围有限，通常为几十个重力加速度；力值范围有限，通常小于1000牛顿，如上述论文，其最大配重质量100g，加速度24.91m/s2，力值不到3N，如上述专利申请的实例描述，其测量范围更是仅仅为10N～1000N中；因此采用振动激励测量动态力传感器只能测量有限的力值范围内的灵敏度。继续提高振动激励的加速度范围和力值范围虽然能进一步提升测量的动态力范围，但提升有限且成本巨大。而实际上常见的动态力传感器普遍在2000牛顿以上，如常见的PCB公司通用的动态力传感器，208C03型最大力值2224N；208C04型最大力值4500N，208C05型最大力值为22000N；KISTLER公司的9712B5000型最大力值5000N。此外超过100个重力加速度的振动激励会产生非常大的噪声，工作环境不适宜工作人员开展工作。2、由于力传感器与振动系统的需要多次连接，每次连接造成的耦合质量不一致会导致计算多次测量的中m包含的的附加质量△m不一致，使得测量精度受限。
目前冲击加速度标准装置主要用于测量冲击测量仪和冲击加速度传感器。通常冲击加速度标准装置的最大冲击加速度可以达到10000个重力加速度，对于100克质量的物体激励，可以实现10000N的激励。但尚没有用于对力传感器动态灵敏度进行测量的装置或相应的方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷，设计一种力传感器动态灵敏度的测量方法，利用冲击加速度标准装置测量力传感器动态灵敏度，减少测量力传感器动态灵敏度研制专用设备投入的成本，提升测量精度，扩大测量范围。
本发明是这样实现的：一种力传感器动态灵敏度的测量方法，其特征在于：所述测量方法使用的测量装置包括冲击加速度标准装置、连接件和力传感器，所述的冲击加速度标准装置包括标准冲击加速度传感器和冲击加速度测量装置，所述的连接件采用质量不等的两个连接件。所述的连接件为十字形结构或T字形结构，在采用十字形结构的连接件时，十字形结构的竖向两侧用于连接的部位上分别设有与标准冲击加速度传感器上的内螺纹孔及力传感器上的内螺纹孔相匹配的外螺纹，在采用T字形结构的连接件时，T字形结构的竖向用于连接的部位上设有与标准冲击加速度传感器上的内螺纹孔相匹配的外螺纹，横向平面端则通过胶黏方式与力传感器相互固定。
所述测量方法的具体步骤如下：
（1）、采用质量为M1的连接件将力传感器与标准冲击加速度传感器连接成一体，再将力传感器的一端安装在冲击加速度测量装置上，然后将力传感器的被测信号通道与冲击加速度测量装置的被测信号通道连接，标准冲击加速度传感器的标准信号通道与冲击加速度测量装置的标准信号通道连接；
（2）、利用冲击加速度测量装置产生冲击力，从而使与之连接的力传感器及通过连接件与力传感器连接的标准冲击加速度传感器同时产生冲击运动，冲击加速度测量装置通过被测信号通道获得力传感器的冲击加速度灵敏度S1；
（3）、对冲击加速度测量装置产生的冲击加速度值进行多次调整，测量获得多次相应的力传感器每次的冲击加速度灵敏度S1，计算多次测量获得的力传感器的冲击加速度灵敏度的平均值，获得平均冲击加速度灵敏度S1'；
（4）、将质量为M1的连接件更换为质量为M2的连接件，接着与上述步骤（1）、（2）、（3）相同，进行相应的连接、安装及测量，经多次测量获得力传感器的冲击加速度灵敏度S2，并计算多次测量获得的力传感器冲击加速度灵敏度的平均值，获得平均冲击加速度灵敏度S2'；
（5）、通过公式计算获得力传感器的动态灵敏度S，所述的公式为
S=（S2'- S1'）/（M2- M1）。
本发明的有益效果是：通过调整冲击加速度测量装置提供不同的冲击加速度，测量力传感器在不同负载质量下的冲击加速度灵敏度，用冲击加速度灵敏度的差值除以负载质量差值就可以计算力传感器的动态灵敏度。本发明利用了冲击加速度标准装置来测量力传感器动态灵敏度，可以实现大力值的动态力测量。
附图说明
图1是本发明测量方法使用的测量装置连接结构示意简图。
图2是本发明测量方法使用的测量装置实施例1中的第一连接件结构示意图。
图3是本发明测量方法使用的测量装置实施例1中的第二连接件结构示意图。
图4是本发明测量方法使用的测量装置实施例2中的第三连接件结构示意图。
图5是本发明测量方法使用的测量装置实施例2中的第四连接件结构示意图。
图中：1、连接件； 2、力传感器； 3、标准冲击加速度传感器； 4、冲击加速度测量装置； 11、第一连接件； 12、第二连接件； 13、第三连接件； 14、第四连接件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
根据附图1～附图5，本发明为一种力传感器动态灵敏度的测量方法，所述测量方法使用的测量装置包括冲击加速度标准装置及连接件1、力传感器2，所述的冲击加速度标准装置包括标准冲击加速度传感器3和冲击加速度测量装置4，所述的连接件1采用质量不等的两个连接件，分别为质量为M1的连接件和质量为M2的连接件。
本发明先采用质量为M1的连接件将力传感器2与标准冲击加速度传感器3连接成一体，然后再将力传感器2的一端安装在冲击加速度测量装置4上，力传感器2的被测信号通道与冲击加速度测量装置4的被测信号通道连接，标准冲击加速度传感器3的标准信号通道与冲击加速度测量装置4的标准信号通道连接。利用冲击加速度测量装置4产生冲击力，从而使与之连接的力传感器2及通过质量为M1的连接件与力传感器2连接的标准冲击加速度传感器3同时产生冲击运动，冲击加速度测量装置4通过被测信号通道获得力传感器2的冲击加速度灵敏度S1。多次调整冲击加速度测量装置4产生的冲击加速度值，可测量获得多次相应的力传感器2每次的冲击加速度灵敏度S1，计算多次测量获得的力传感器2的冲击加速度灵敏度的平均值，获得平均冲击加速度灵敏度S1'。
接着将质量为M1的连接件更换为质量为M2的连接件，其他不变，再重复多次测量力传感器2的冲击加速度灵敏度S2，并计算多次测量获得的力传感器2冲击加速度灵敏度的平均值，获得平均冲击加速度灵敏度S2'。
通过公式S=（S2'- S1'）/（M2- M1）计算获得S，S就是力传感器2的动态灵敏度。
实施例1：
根据附图1～附图3，本实施例中采用设有内螺纹孔力传感器，优选采用十字形结构的连接件，分别为第一连接件11和第二连接件12。例如美国PCB公司生产的208C04，其内螺纹尺寸为螺径0.21英寸（5.33毫米）螺距0.02英寸（0.61毫米），所述十字形连接件竖向两侧连接部位分别设置的外螺纹其中一侧是与标准冲击加速度传感器3上相应内螺纹孔配合的尺寸，另一侧为与力传感器2上内螺纹孔配合的外螺纹。将连接件的十字形两侧设有螺纹的部位分别与力传感器2、标准冲击加速度传感器3上相应螺纹孔旋紧固定，使力传感器2与冲击加速度标准装置连接牢固。本实施例中采用的标准冲击加速度传感器3采用美国ENDEVCO公司的2270M8，冲击加速度测量装置4采用德国SPEKTRA公司的CS18。
本实施例中测量力传感器2动态灵敏度的具体步骤如下：
1、通过质量为M1的第一连接件11将力传感器2和标准冲击加速度传感器3连接成一体，然后将力传感器2的一端安装在冲击加速度测量装置4上；
2、将力传感器2的被测信号通道与冲击加速度测量装置4的被测信号通道连接，标准冲击加速度传感器3的标准信号通道与冲击加速度测量装置4的标准信号通道连接；
3、利用冲击加速度测量装置4产生冲击力，从而使通过第一连接件11连接的力传感器2和标准冲击加速度传感器3同时产生冲击运动，冲击加速度测量装置4测量获得力传感器2的冲击加速度灵敏度S1；
4、调整冲击加速度测量装置4产生的冲击加速度值，重复若干次（记次数为n），记录下n次力传感器2在第一连接件11和标准加速度传感器4负载下的每一次冲击加速度灵敏度S1，然后对n次测量获得的S1计算平均值，记为S1'；
5、将力传感器2的被测信号通道和标准冲击加速度传感器3的标准信号通道与冲击加速度测量装置4的被测信号通道断开，再从冲击加速度测量装置4上整体取下通过第一连接件11连接的力传感器2和标准冲击加速度传感器3，并将三者拆分；
6、采用质量为M2的第二连接件12替换上述步骤中的第一连接件11，重新将力传感器2和标准冲击加速度传感器3连接起来，连接之后同步骤1一样，安装在冲击加速度标准装置上，并将力传感器2的被测信号通道与冲击加速度测量装置4的被测信号通道连接，标准冲击加速度传感器3的标准信号通道与冲击加速度测量装置4的标准信号通道连接；
7、同步骤3，利用冲击加速度测量装置4产生冲击力，从而使通过第二连接件12连接的力传感器2和标准冲击加速度传感器3同时产生冲击运动，由冲击加速度测量装置4测量获得力传感器2的冲击加速度灵敏度S2；
8、同步骤4，调整冲击加速度测量装置4产生的冲击加速度值，重复若干次（记次数为n），记录下n次力传感器2在第二连接件12和标准加速度传感器4负载下的每一次冲击加速度灵敏度S2，然后对n次测量获得的S2计算平均值，记为S2'；
9、采用公式S=（S2'- S1'）/（M2- M1）计算S，S即力传感器的动态灵敏度。
实施例2：
根据附图1和附图4、附图5，由于十字连接件上设置的螺纹需与被测的力传感器2底部的内螺纹孔尺寸相匹配才可实现两者的正常连接，所以在被测的力传感器2底部为平面或底部设置的内螺纹孔与十字连接件上的螺纹不匹配时，可选择采用T字形结构的连接件，分别为质量为M1的第三连接件13和质量为M2的第四连接件14，连接件的T字形竖向连接部位设有与标准冲击加速度传感器3上设置的内螺纹孔相匹配的外螺纹，将T字形连接件的带螺纹部分拧入标准冲击加速度传感器3相应的内螺纹孔内，使两者固定连接。T字形连接件的横向平面端则通过胶黏方式与力传感器2相互固定，所述的胶黏方式包括采用胶黏剂、双面胶等。
其他同实施例1。

Claims (2)

1.一种力传感器动态灵敏度的测量方法，其特征在于：所述测量方法使用的测量装置包括冲击加速度标准装置、连接件和力传感器，所述的冲击加速度标准装置包括标准冲击加速度传感器和冲击加速度测量装置，所述的连接件采用质量不等的两个连接件；
所述测量方法的具体步骤如下：
（1）、采用质量为M1的连接件将力传感器与标准冲击加速度传感器连接成一体，再将力传感器的一端安装在冲击加速度测量装置上，然后将力传感器的被测信号通道与冲击加速度测量装置的被测信号通道连接，标准冲击加速度传感器的标准信号通道与冲击加速度测量装置的标准信号通道连接；
（2）、利用冲击加速度测量装置产生冲击力，从而使与之连接的力传感器及通过连接件与力传感器连接的标准冲击加速度传感器同时产生冲击运动，冲击加速度测量装置通过被测信号通道获得力传感器的冲击加速度灵敏度S1；
（3）、对冲击加速度测量装置产生的冲击加速度值进行多次调整，测量获得多次相应的力传感器每次的冲击加速度灵敏度S1，计算多次测量获得的力传感器的冲击加速度灵敏度的平均值，获得平均冲击加速度灵敏度S1'；
（4）、将质量为M1的连接件更换为质量为M2的连接件，接着与上述步骤（1）、（2）、（3）相同，进行相应的连接、安装及测量，经多次测量获得力传感器的冲击加速度灵敏度S2，并计算多次测量获得的力传感器冲击加速度灵敏度的平均值，获得平均冲击加速度灵敏度S2'；
（5）、通过公式计算获得力传感器的动态灵敏度S，所述的公式为
S=（S2'- S1'）/（M2- M1）。
2.一种力传感器动态灵敏度的测量方法，其特征在于：所述的连接件为十字形结构或T字形结构，在采用十字形结构的连接件时，十字形结构的竖向两侧用于连接的部位上分别设有与标准冲击加速度传感器上的内螺纹孔及力传感器上的内螺纹孔相匹配的外螺纹，在采用T字形结构的连接件时，T字形结构的竖向用于连接的部位上设有与标准冲击加速度传感器上的内螺纹孔相匹配的外螺纹，横向平面端则通过胶黏方式与力传感器相互固定。
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