力传感器 | ZwickRoell

Q: 力传感器如何工作？

工业中最常见的力传感器是应变片式力传感器。其工作原理是基于一个机械变形元件，应变片以测量电桥的形式安装到该元件上。当对力传感器施加载荷时，与应变片相连的机械元件会发生弹性变形。机械伸长和压缩形式的变形会使应变片产生伸长或压缩。这种由应变引起（即与作用力相关）的电阻变化由电子测量控制系统转换为测量信号并加以处理。压缩力传感器测量压缩力，通常安装在试验工装下方。拉伸力传感器测量拉伸力。

载荷范围

5 N - 2,500 kN（准静态）
1 kN - 1,000kN（动态）

精度等级

ISO 7500-1
ASTM E4

力传感器比较要求优势及特点精度特点可选附件

在材料测试领域中，力传感器通过测量使材料变形或断裂所需的力来表征材料的机械性能。力传感器将物理量的力转换成可测量的电压。力传感器可用于拉伸、压缩和弯曲试验，以及扭转和循环试验。

由于材料测试的要求往往很极端且多样化，因此力传感器是试验系统的核心。从本质上讲，力传感器是获得可靠且可解释的测试结果的先决条件。为了确保将此核心部件完美集成到试验系统中，ZwickRoell开发并制造了自己的专利Xforce力传感器系列，在精度和稳健性方面都满足最严苛的要求。

Xforce	精度P	高精度HP	高精度 HP+¹	K	K+¹	大载荷	动态_²
标称力 F_nom	5 N 至 150 kN	5 N 至 10 kN	500 N 至 10 kN	10 kN 至 250 kN	10 kN 至 250 kN	330 kN 至 2,500 kN	1 kN 至 1,000 kN
精度等级1（从F_nom的x %起）	0.4百分之	0.2百分之	0.1百分之	0.2百分之	0.1百分之	从Fnom的0.2%起	从Fnom的0.4百分之起
精度等级 0.5	2百分之	1百分之	0.1百分之	1百分之	0.1百分之	从Fnom的1百分之起	从Fnom的1百分之起
应用	准静态	准静态	准静态	准静态	准静态	准静态	准静态试验和疲劳试验

力传感器比较

¹ 高精度力传感器具有更宽的测量范围，在此范围内标定有效。
² Der Xforce Dynamic 力传感器配备集成加速度传感器（适用于5 kN 及以上）。

力传感器要求

轴向力限值

力传感器测量轴方向上的轴向力限值和力限值及范围。在力传感器测量轴方向上施加过大的力，会导致力传感器测量精度受限和永久变形。

Xforce力传感器可承受300%标称力而不会发生机械故障，可承受150%标称力而不会发生零偏移。通过力传感器内独特的电子识别系统，我们的testXpert测试软件可自动识别力传感器及其属性，并为试验设置适当的力和位移限值。

横向力

横向力是作用在垂直于试验轴的应变片安装面上的外力。这些力会对测试结果产生负面影响。

我们的Xforce力传感器（HP和K）专为易受到横向力影响的试验而设计和制造。标称力10 %大小的横向力仅会导致测量值±0.02 %的偏差。

温度

力传感器上的温度波动会导致变形，从而影响测试结果。

特别是我们的Xforce力传感器HP和K，具有集成的温度补偿功能。

弯矩

当横向力由于杠杆作用而以偏移方式发生时，或者当轴向力由于偏心作用而以偏移方式施加时，就会产生弯矩。

Xforce力传感器的设计目的是将弯矩减小到最小。变形元件在横向力、弯矩或扭矩叠加作用下表现出较高的弯曲刚度。

扭矩

如果横向力不直接冲击测量轴，就会产生扭矩。扭矩通过试验装置或试样产生，例如在螺旋弹簧的压缩试验中。

对于Xforce力传感器，发生每mm平行偏移时，每mm扭矩对应于标称力的0.2%（P和HP）或0.005% (K)。

视频：Xforce 力传感器

坚固耐用且非常精确。请相信我们的承诺。您可以亲身体验！

Xforce力传感器的优势及特点

特有的自我识别功能

节省时间、防止错误，并确保力传感器得到保护。

连接力传感器后，会自动导入力传感器的类型和性能（包括力和行程限值），并由我们的testXpert测试软件进行识别。
无需手动输入此信息，可以避免可能出现的用户输入错误。
诸如传感器过载状况和发生日期等关键信息记录在识别系统的存储器中。

符合标准的工厂标定

信赖力传感器的精度！

符合ASTM E4和ISO 7500标准的经认证出厂校准
在交付前每个力传感器都随整套测试系统（包括驱动装置以及测量和控制电子系统）一起进行了标定。
校准信息记录在出厂校准证书中，包含在力传感器供货内。

有关ISO 7500-1/ASTM E4标准的更多信息

优异的线性

最大限度地提高测试结果的价值！

线性或非线性指示在整个测试范围内的力传感器误差。

ASTM E4标准规定，相对显示偏差不能超过测量值的1%（通常为力传感器标称力的1%至100%）：

力传感器Xforce HP和Xforce K：从标称力的0.1%起，最大显示偏差小于测量值的1%，从标称力的0.4%起，最大显示偏差为测量值的0.25%
Xforce动态力传感器：从标称力的0.5%起，最大显示偏差小于测量值的1%，从标称力的1%起，最大显示偏差为测量值的0.5%

ISO 7500-1定义了0.5至3级的精度等级，最常见的材料试验机标定对应1级：

Xforce力传感器符合ISO 7500-1标准1级精度和0.5级精度的所有五个标准。

通过力传感器可实现大测量范围

通常不需要购买和校准多个力传感器！

使用一个力传感器即可满足多种应用要求，其测量范围为力传感器标称力的0.1%至100%。
可用测量范围不受所附试验工装或试样夹具砝码影响，最高可达标称力的45%。

坚固耐用且可靠

放心测试！

集成式过载保护
testXpert测试软件允许设置导致测试系统自动关闭的力限值。
软件和硬件限位开关限制横梁的行程范围，保护力传感器和试验工具。
Xforce力传感器可以承受高达300%标称力的载荷而不会断裂，还可以承受高达150%标称力的载荷而不会发生零偏移。因此，通常不需要诸如预加载弹簧组件、用于吸收横向力的机械挡块或导轨等过载保护功能。

简单、快速、精确地装配试样夹具

轻松更换和对中试验工装

每台力传感器都配备了精密匹配的安装螺柱，以便试样夹具和试验工具可以无间隙地快速插入，并与试验轴完美对中。
参考位置（例如，试验工装距离）仅设置一次，并存储在testXpert测试软件中。
Xforce K力传感器有一个选配的安装螺柱，从而可在两个试验区域中使用。
Xforce动态力传感器始终具有法兰连接，以确保动态疲劳强度。

快速更换力传感器

通过在同一台试验机上使用多个力传感器可节省时间

在使用多个力传感器的情况下或需要频繁更换力传感器时，我们推荐使用“通过安装螺柱连接”选项。通过安装螺柱可将第二个力传感器连接到试验系统中的现有力传感器上，与将工装连接到现有力传感器的方式一样。不需要每次更换力传感器时都将其拧上或拧下，原来的力传感器始终在那里，只需在上面增加安装螺柱即可。此选项有以下优点：

电缆不会因拧上拧下而受到不必要的压力
可提高灵活性，节省时间
立即对准试验轴

力传感器如何工作？

工业中最常见的力传感器是应变片式力传感器。其工作原理是基于一个机械变形元件，应变片以测量电桥的形式安装到该元件上。

当对力传感器施加载荷时，与应变片相连的机械元件会发生弹性变形。机械伸长和压缩形式的变形会使应变片产生伸长或压缩。这种由应变引起（即与作用力相关）的电阻变化由电子测量控制系统转换为测量信号并加以处理。

压缩力传感器测量压缩力，通常安装在试验工装下方。拉伸力传感器测量拉伸力。

力传感器如何工作？应变片在伸长和压缩状态时的力传感器图示 — 应变片的伸长/压缩

力传感器精度

力传感器的精度通过应用测量误差来测定。测量误差越小，力传感器越精确。最常见的精度规范是线性（或非线性）。

线性（或非线性）

¹性能²载荷³调零⁴额定功率⁵非线性⁶迟滞

线性是一种用直线表示的数学关系。使用力传感器时，施加的力与传感器结果之间的关系为线性。力传感器的精度通常以显示值的±x%表示。

例如：1000 N Xforce HP+以0.5级进行标定。在1 N至1000 N范围内，测量精度为力传感器显示值的±0.5%，1 N的测量精度可达± 0.005N。

迟滞

迟滞被定义为施加相同的载荷时两个力传感器读数之间的最大差异，其中一个读数通过从零开始逐渐增加载荷得到，另一个读数通过从力传感器最大标称载荷开始逐渐减小载荷得到。

可重复性

在相同的载荷和环境条件下，施加重复载荷时力传感器读数之间的最大差异。

温度变化跨度和零点

力传感器温度的变化会导致功率或零点的变化。

详细了解我们的力传感器如何帮助您解决试验挑战。

请联系我们的专家 - 我们期待回答您的任何问题。

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可选力传感器附件

日常检查装置

日常检查装置用于对500 N以下的力传感器进行定期检查，为此需要借助在重新标定/调整后测量得到的比较值。该设备包含两个参考标准（主/从）。

通过简单的安装和拆卸操作即可在任何数量的试验机上安装工装和软件。
可检测力传感器中压缩和拉伸方向的系统误差。
可靠的测试结果：在定期标定期间内进行检查，确保力传感器没有系统误差。
日常检查的结果记录在testXpert报告中。
可追溯性：所有安全关键试验在可追溯性和文档方面都有特定要求。使用我们的ZwickRoell测试软件，管理员可以指定要记录的内容以及必须为哪些操作和事件添加理由。

配备载荷分流单元的Xforce负荷测量系统

配备载荷分流单元的力传感器特别适用于以下情况：

以高试验速度进行测试，因为这里存在可能的风险，即设定的力限值反应不够快。
测试时试验工具之间的距离很小或行程距离很短；因此，也特别适合于弹簧和部件测试。

在压缩方向测试时，Xforce HP力传感器由机械过载保护和一个集成的载荷分流单元保护。

在机械过载保护的情况下，机械挡块会在达到力传感器的最大允许极限力之前将其阻止。它防止了由于过载对力传感器的所有损坏。
这个集成的载荷分流单元可保护整个试验装置：从120+6/-4% F_nom力阈值开始，现有力会传递到多个弹簧上。因此，整个测试安排对载荷进行分流。这个载荷分流单元防止了在力传感器中可能导致过载甚至破坏的力增加。