扭矩傳感器名詞和表達式（二）

來源：安慶市高烽商貿有限公司 2021年06月22日 16:39

關于扭矩傳感器名詞和表達式，我們分為三期介紹。本期介紹的是線性誤差、包括滯后在內的線性誤差、相對可逆性誤差、重復性相對標準誤差。

線性誤差

扭矩傳感器特性曲線最大偏差的絕對值，特性曲線近似為一條直線。其被表示為靈敏度C的百分比。為了確定線性誤差，負載需要從零增加到額定扭矩并進行了一系列測量。基準直線是穿過初始點的最佳擬合直線。規定的線性偏差是實際輸出信號與參考直線的最大偏差。也可以描述為公差帶（偏離直線的上下偏差量之和）寬度的一半，該寬度與基準直線對稱。

在實際應用中必須考慮線性偏差，因為特性曲線被假定為直線。如果線性偏差過大，將會對測量結果產生很大的影響。

包括滯后在內的線性誤差

包括滯后在內的線性誤差為輸出信號值相對于參考直線的最大偏差（絕對值）。基準直線是指穿過起點的最佳擬合直線（見圖5）。同時考慮了線性誤差和滯后。值被表示為靈敏度C的百分比。測定線性偏差（包括滯后）的負載循環從零一直增加到額定負載，然后再釋放到零（見圖5）。線性誤差是實際輸出信號與參考直線之間的最大偏差。

圖5 在一個加載周期內，測定包括滯后在內的線性誤差

包括滯后在內的線性誤差也可以理解為公差帶寬度的一半，該寬度與參考直線對稱（見圖5）。與線性誤差測定程序不同之處在于，這里包括減小扭矩的測試過程。此差異對參考直線計算和參考直線誤差都會產生影響。

為確定該值，HBM 按照以下規范進行：

傳感器在三個循環加載過程中以逆時針方向預加載扭矩，從零到100%的額定扭矩，然后釋放回零扭矩。預加載的目的是消除安裝（如螺栓沉降和接觸面光滑）的影響。
一個加載周期，扭矩逆時針加載，并記錄預負載步級下測量信號的相應值（在 HBM 生產中進行測試時，這些步驟的扭矩為額定值的的 0%、50%、100%、50% 和 0%）。
根據上述定義分別計算順時針扭矩和逆時針扭矩的最佳擬合直線。
通過順時針扭矩和逆時針扭矩分別確定與最佳擬合直線的最大偏差量。
包括滯后在內的線性誤差很重要，因為通常在調整測量鏈時，均假定特性曲線為直線。

舉例：

以 T10FS 扭矩法蘭為例，包括滯后的最大允許線性誤差≤ 0.05 %，額定靈敏度為5 kHz。由于線性誤差和滯后引起的輸出信號誤差最多可達2.5Hz。

相對可逆性誤差

相對可逆性誤差是指增加和減少扭矩步驟中施加的相同扭矩時輸出信號的差異（見圖4）。規定值是整個量程內的最大偏差（根據絕對值）。其被表示為靈敏度C的百分比。

相對可逆性誤差是對滯后現象的測量，即隨轉矩的增大和減小來確定和特性曲線之間的差異。為了確定相對可逆性誤差，需要記錄從零扭矩到額定扭矩和回位的負載循環。實際計算基于負載循環中多個預定義點的測量值（例如，0%、50%、100% 額定量程）。滯后描述了測量信號對傳感器加載歷史的依賴性。如果傳感器用于較寬的量程，并且如果在采集兩個相關測量點信號時不發生卸載，則尤為重要。最的情況是從零扭矩到額定扭矩。在部分量程循環期間產生的滯后效應通常比額定扭矩內負載循環期間產生的滯后效應小得多。

圖4 從卸荷循環中確定相對可逆性誤差 dhy (基于滿量程的 0 %, 50 %, 100 % )。規定值是給定加載步驟的最大可逆性誤差 ( dhy,0 和dhy,50)

重復性相對標準誤差

重復性描述了當多次測量相同扭矩時，所測得的輸出信號特性。在測量過程中，扭矩傳感器的安裝位置應保持不變，不進行扭矩傳感器的安裝和拆卸（重復條件）。標準偏差表示多次測量相同扭矩的所有測量值之間的平均偏差。重復性的相對標準誤差采用 DIN1319 標準對重復性進行測量。其被定義為重復性的標準偏差，并表示為測試過程中信號范圍的百分比。這是一個隨機測量偏差統計指標。

重復性相對標準誤差的測定是在靜態校準系統上進行的一項試驗，如下所示：

扭矩傳感器預加載至額定扭矩。測量信號S1 在 100% 額定扭矩下采集。
負荷降低到額定負荷的50%。測量信號S1 在50% 額定扭矩下采集。
負載在 50 %到 100% 額定扭矩之間交替。測量信號Si 在 50% 和 100% 額定扭矩下每個被采集 10 次。
下面表達式用于計算每個扭矩的相對標準偏差（在數學術語中，是隨機樣本的經驗標準偏差），并將其與輸出信號聯系起來：

舉例：

HBM T10F 扭矩傳感器重復性的標準偏差為 σrel ≤ 0.03%。假設額定扭矩為 1 kN·m，重復性的標準偏差將 ≤ 0.15 N·m。

在示例中，重復性標準偏差 ( σrel) 對用戶特別重要。為了對發動機控制不同設置進行比較，使用了一個內燃機試驗臺進行測量。扭矩傳感器的安裝和環境條件保持不變，并且加載過程相同。在這些測量中，扭矩值之間的差異比絕對扭矩值更重要。優異的重復性能夠更精確地比較兩者之間的差異。

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