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如何確保在任何地方的力都是相同的
力傳感器你可以在每一個與機械系統有關的實驗室中發現。力傳感器也安裝在材料試驗機和其他試驗機上，記錄輸入信號并進行控制，以及用于結果評估。
力傳感器兩種測量原理
基于應變的力傳感器 包括一個彈性體，并在其中安裝有應變片。當力作用其上面時，彈性體產生變形，應變片將變形量轉換為電阻變化。通常采用四個應變片組成一個橋路，將電阻變化轉換維科測量的電壓。在這個過程中，激勵電壓要始終施加到應變傳感器上。
壓電傳感器結構是基于在力的作用下晶體將產生電荷。電荷和力之間有一個線性關系。電荷通過相關的電學原理轉換成電壓信號。
所有力傳感器都提供一個包含傳感器靈敏度信息的文檔。傳感器在加載已知的力情況下，通過測量獲得輸出信號。這個“校準”過程的結果將記錄在相關文件中。根據傳感器的質量和價格不同，文檔將描述最大的力輸出值和不同力下的多個個測量值。校準是傳感器生產中最重要的步驟之一，它決定著力傳感器的價值。當然，以后的測量將不會比傳感器校準時獲得的特征值更精確。
力傳感器制造商使用相關的加載裝置來精確地產生額定力，從而為這些校準測量創造前提。HBM的加載機可提供供10 N 到 5 MN 之間的任何值。
The loading devices
加載裝置的要求非常嚴格。例如，基于特定的力值，HBM 加載裝置的精度為 0.005% 精度。這些數據不是基于機器所能產生的最大力，而是基于施加的力。因此，在1000 N 的力下，如果加載設備的精度為0.005%，則誤差為0.05 N。工作原理不同加載裝置也會有不同。
用重量法產生較小的力。
重量法通常用于產生較小的力，因為它們的質量是精確已知的，要測試的力傳感器可以裝載它們。這些機器被稱為靜重式。質量產生的影響取決于特定地理位置上的重力加速度，以及大氣層的浮力。浮力取決于質量單位的密度和空氣壓力。HBM 最大試驗力靜載機為 240千牛、德國國家計量研究所(PTB)甚至有 2 MN 力靜載機。
這些力加載機的幾何形狀在載荷下決不能改變，否則力將不再均勻地施加到傳感器上。這將導致顯著的測量錯誤。物質由化學物質組成，非常惰性。然而，關鍵是要確保不能與環境產生反應(例如氧化)。定期檢查確保機器不會受到不正確的維護或缺乏清潔(灰塵堆積)產生負面影響。
液壓機用于產生較大的力
通常采集液壓裝置產生較大的力值。這是特別有用的，否則將需要非常多的砝碼，而且極為昂貴。并在測試設備和液壓系統之間連接一個非常精密的力傳感器。這種精密力傳感器是用來確定施加在試驗設備上的力。因此，定期檢查和校準參考力傳感器是非常重要的。
原始千克原件
所有的設備都以最初的原件作為參考，其存儲在法國的 BIPM (國際計量局) 。其他質量拷貝均是這一千克原件的副本。
如何確保這些加載裝置測量正確，從而確保校準始終是可靠的?
重要的是，測量結果是可重復的：這是唯一的方法，確保在一個特定位置的測量結果也可以在另一個位置重現。這意味著必須以同樣的方式對力傳感器進行校準。在國際比對中，一個特定的作用力也必須總是相同的。這就要求對所有加載機器進行定期檢查，即與被認為是準確的測量標準相比較。
國家計量機構負責確保力值在各地都是相同的，這是一個先決條件，并為力值提供了定義。在德國，這是德國國家計量研究所(PTB)負責的。其他所有加載機都必須以它們作為參照。
國際比對
為了確保您使用的牛頓始終是全球共同使用的那個牛頓單位，需要進行國際比對或計量機構之間進行比對。您可以拆除您的加載設備并在其他地方重新安裝進行比對是否符合國際測力標準。但我們不推薦采用此方法。因為拆除和安裝都需要高度靈敏的測量技術，并且運輸也具有很大的風險。
這也是為何要使用轉移測量傳感器的原因。這些專門設計的傳感器都具有極高的可重復性，一般小于 0.002%。加載設備需要采用此類傳感器和國家標準進行比對，而國際上不同國家標準比對也同樣需要此類傳感器。
基于應變的傳感器滿足最高標準
目前，滿足這種高標準的力傳感器是基于應變技術的。有兩個原因。應變傳感器采用惠斯通電橋。應變片的巧妙安裝確保了大量的寄生效應，如溫度、起始彎矩或側向力能夠在很大程度上得到補償。應變傳感器能滿足靜態校準的所有要求，因為他們沒有漂移，并顯示長期穩定。
根據 ISO 376 國際標準對這些傳感器的特性進行評估是必須的。在這個標準中，傳感器的可重復性是非常重要的。另外還包括蠕變、滯后以及傳感器和規定的特性曲線之間的誤差等。
為了便于敵營，力傳感器按照 ISO 376 確定精度等級。00 級是其中最高標準 - 其規定了安裝和拆卸的可重復性(“在不同的安裝位置”)僅為測量值的 0.05%。因此，即使是 00 級傳感器也不足以確保滿足國家測量標準。
HBM 轉移測量傳感器，其可重復性一般在 0.002% 和 0.05% 之間。這些用于轉移測量的傳感器量程為 2.5 N 到 5 MN 。
Top 級傳感器不是生產出來的，而是挑選出來的
這些 Top 級傳感器所達到的精度無法通過精密生產來實現。而是通過對生產出的傳感器進行廣泛測試，挑選獲得的。
乍看起來，嚴格的測試要求似乎太過分了，但你必須考慮到每種比對測量都會產生精度損失。最初要和國家測量標準比對。然后，這些力傳遞傳感器需要被用來再次比對加載機。為了確保現場校準的準確性，必須確保每次比對以盡可能高的精度進行。
其他校準知識
技術術語
在校準術語中，“比對”被理解為與更高的測量標準進行比較。因此，在德國，傳感器制造商校準機需要和德國國家計量院的國家測量標準(PTB)通過比較測量。
標準和精度等級
ISO 376標準是校準參考力傳感器的國際標準。被測試的傳感器需要安裝并從加載機上拆卸三次，每次拆卸時，傳感器需要旋轉120度。至少存在八個方向上的力用于加載，以及兩個安裝位置上的下壓力。然后對每個力的測量結果進行比較，以便根據給定公式計算“不同安裝位置的重復性”。這樣講確定傳感器的重復性，滯后誤差(通過力的增加和降低來確定兩者之間的差別)，蠕變(隨著時間的推移，在恒負載下的輸出信號的變化)和偏離擬合曲線(傳感器的實際特性曲線和公式描述的特性曲線之間的偏差)。
所有這些參數將在 ISO 376 在校準證書中描述。并包括在不同的力下傳感器的不確定性以及精度等級。如果某個值低于某個類下限，則傳感器將被降低到下一級。
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