金工聊测量 | 选择压电还是应变力传感器？

应变传感器的工作原理，弹性体的尺寸决定了测量范围

压电传感器的设计，晶片（绿色）将所施加的力转化为电荷，电荷由传感器之间的电极拾取。

静态测量任务

应变传感器几乎没有漂移，因此特别适合长期监测任务。所谓的蠕变（在不断施加的力下，输出信号依时间变化，然而这种变化是可逆的）是非常小的，因为可以通过仔细选择应变片的布局使其最小化。来自HBM的现代传感器，例如S2M，与测量值相关的蠕变值小于200ppm，这样的误差在许多应用中可以忽略不计。

鉴于其工作原理，压电力传感器有漂移，测量链已运行时，飘移量估计为1N/分钟。由于无论测量的力如何，该值都保持不变，因此当长时间测量较小的力时，漂移导致的相对测量误差尤其不利。

小力和大力时漂移的影响：测量5000N力时，测量周期可能更长；力较小时，漂移的影响显著。显然：测量周期取决于所需的精度和要测量的力。

动态力测量

压电传感器刚度高，受力时变形非常小。这会导致谐振频率高，原则上这在动态应用中非常有利。然而，整个测量链对动态特性至关重要。在这里，重要的是用于安装传感器的安装部件具有额外的质量，这当然会影响系统的整体质量，从而影响截止频率。另外，许多电荷放大器的带宽取决于电荷，因此也取决于所测量的力。力度过大会导致高电荷，从而限制带宽。每当使用标称（额定）力较大的传感器时，基于应变的系统的截止频率就会更高。原则上，用于小力的力传感器是软弹性体， 传感器的共振频率相应较低。在每种情况下都必须参考数据表，但是，压电传感器是快速测量小力的首选，而应变力传感器通常在涉及力度过大时更胜一筹。

校准任务

用于连接应变片的电路使许多误差影响得到补偿。除了温度对零点和灵敏度的影响外，还有传感器的线性度或弯矩的影响。另外，使用应变传感器可以进行非常精确的静态校准。另外，可以通过弹性体的设计实现最佳再现性。因此，应变力传感器专门用于参考力测量领域。

高初始负载

当施加力时，压电传感会产生电荷，如果需要，可以将其短路。然后，电荷放大器输入的状态等于“零”力的状态。因此，即使是高初始负载，电荷放大器的输入量程也不会受到影响。因此，压电传感器技术即使在不利条件下也能以最高分辨率进行测量。

适用于恶劣环境

一些应变传感器具有IP68防护等级（S9M、U10M和电缆选项）。密封外壳可保护灵敏的应变片。在不利的环境中也可以使用这些传感器。

可提供用于压电传感器的电缆，该电缆经特殊密封，可确保与传感器外壳的连接也是密封的，进而保障了操作安全性。(KAB145-3)

精度要求高

现代力传感器达到了非常高的精度，尤其是应变传感器，其个体误差非常出色，仅为200 ppm。压电传感器的线性误差略高，通常相对于满量程为0.5%。它们还受到高漂移量的限制。在以后要进行测量的力的范围内进行校准，可以达到的精度明显更高。

适用于受限空间

压电力传感器体积非常小巧，例如CLP系列，其高度还不到4毫米。当需要集成到现有系统中时，此类传感器是最佳解决方案。在可以实现的精度方面必须做出妥协，然而，在许多应用中，对极小尺寸的要求是最重要的。

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