扭矩传感器名词和表达式（一）

关于扭矩传感器名词和表达式，我们将分为三期介绍。本期介绍的是精度等级、整体精度、灵敏度C、温度对灵敏度和零点的影响。

精度等级 vs 整体精度

精度等级为产品分类提供了实用指南，在实际应用中，精度等级不可被认为是整体精度。因为其同时还会受到其他因素影响。

举例：

我们来看T10F扭矩传感器的两个不同版本， "S" (标准版本) 以及 "G" (即优化包括滞后的线性误差) ，量程为100 N·m到10 kN·m。在技术参数表中， "S" 版本: 温度对零点的影响(TK0) 精度为: 0.05%, 温度对灵敏度影响为 (TKC) 为0.1%，包括滞后的线性误差 (dlh) 为±0.1%，由于后两个值，所以精度等级为0.1。而版本 "G" 对包括滞后的线性偏差 (dlh) 进行了改进，其值仅有0.05%。但温度对灵敏度的影响 (TKC) 仍然是 0.1%。因此，版本 “G” 的精度等级仍然为 0.1。

显然, 版本 "G" 没有对精度等级产生任何影响。但是不同的是：仅TKC这个值会对测量产生较大影响，但对某些应用来说，例如在部分负载范围内进行测量时，其影响要小得多。

灵敏度C

额定扭矩和零扭矩下输出信号值之间的跨度。通常，HBM 扭矩传感器规定了两个单独的灵敏度，一个用于顺时针扭矩，另一个用于逆时针扭矩。


图1: 额定扭矩灵敏度

灵敏度C被表示为特性曲线的斜率。特性曲线为连接未加载的扭矩传感器的 输出信号SM0和额定扭矩输出信号Sn之间的直线。简单表达式为：C = Sn − SM0

灵敏度和额定扭矩形成一对已知值，将扭矩和输出信号对应在一起。如果给出两对这样的值，即可用来设置放大器。通常，第二对值是零扭矩和零输出信号跨度（即输出信号=初始扭矩信号）。

标称灵敏度

传感器灵敏度的标称值。通常顺时针和逆时针扭矩相等。但是，传感器的标称灵敏度仅在规定的公差范围有效。

灵敏度误差

实际灵敏度与标称灵敏度的允许偏差。是相对于标称灵敏度的百分比。对于HBM扭矩传感器，在交付前测定了每个传感器的实际灵敏度。该值记录在测试证书或校准证书中。因此，在确定精度等级时，不考虑灵敏度公差。

温度对灵敏度的影响

温度对灵敏度的影响是实际输出信号的变化，也就是在额定扭矩下，温度变化10K对输出信号产生的最大影响量。温度对灵敏度的影响（也称为温度灵敏度系数）是传感器施加负载时，温度变化对输出信号的影响。输出信号必须通过减去相应温度下的初始扭矩信号来进行校正。有效温度是指传感器温度。HBM定义的传感器静态温度是指15分钟内的传感器最大温度变化不超过0.1K。偏差量以实际输出信号的百分比表示。

温度对灵敏度的影响会导致特性曲线的斜率变化。当传感器在明显不同于参考温度下运行时，这一点尤为重要。但是，对于部分量程，它的影响很小，因为产生的偏差是实际输出信号的百分比。

请注意，通常温度对灵敏度的影响和温度对零点的影响(TK0) 是相互叠加的。

举例：

一个额定扭矩为1 kN⋅m的扭矩传感器，温度对灵敏度的影响TKC ≤ 0.1 %, 参考温度为23°C，额定温度范围为+10°C至+60°C。如果传感器在33°C（或13°C）的温度下工作，温度变化引起的灵敏度偏差可能高达0.1%。

对于1kN m的扭矩（额定扭矩），这相当于1 N⋅m。但是，对于200Nm的扭矩，偏差仅为0.2 N⋅m，因为TKC 始终是指实际输出信号的百分比偏差，这是因为灵敏度基于的是直线斜率。在43°C（与额定温度相差20 K）下使用相同的传感器，在最坏的情况下，可能导致最大偏差高达0.2%。并且不适用于在3°C下使用，因为该温度不在额定温度范围内。

温度对零点信号的影响

温度对零点信号的影响是指传感器在10K温度变化情况下，传感器空载输出信号与额定灵敏度的相对变化量。参数表中的规定值是指额定温度范围内可能的最大值。温度对零点信号的影响（也称为零点信号的温度系数）通过测量在重新建立静止温度状态后零扭矩下，测量温度变化10K导致的零扭矩（传感器空载）实际输出信号的变化来确定的。这里的温度是传感器温度。HBM 定义的静止温度状态是指15分钟内的最大温度变化不超过0.1K。


图2: 温度对灵敏度的影响TKC和温度对零点的影响TK0

温度对零点信号的影响会导致特性曲线平移（见图2）。当传感器不在参考温度下运行时，这一点尤为重要。在工作温度下通过去皮或调零，可以消除由温度对零点信号影响而产生的测量误差。

请注意，通常温度对零点的影响和温度对灵敏度的影响 (TKC) 是相互叠加的。

举例：

一个额定扭矩为1kN⋅m的扭矩传感器，温度对零点的影响TK0 ≤ 0.05%, 参考温度为23°C，额定温度范围为+10°C至+60°C。如果传感器在33°C（或13°C）的温度下工作，零点信号偏差可能高达标称灵敏度的0.05%，对应于0.5Nm的偏差。该偏差与传感器加载的扭矩无关。在43°C（与额定温度相差20 K）下使用相同的传感器，在最坏的情况下，可能导致最大偏差高达0.1%。其不适用于在3°C下使用，因为该温度不在标称温度范围内。