AST传感器介绍

         AST传感器,来自于一向以严谨可靠著称的德国,其所有型号的设计,生产均在德国本土进行,这为他的高超品质提供了坚实的保障。同时得益于AST集团在各种复杂应用和高速测量领域中,积累的深厚技术和经验,立足于德国本土先进的电子和机械技术,设计生产出了大量极具特点的专业产品。

                 下面我们就结合具体案例来分析一下AST传感器的各项特点和优势。

一、      精度和可靠性

         精度和可靠性,这是用户在选用传感器时最为关注的两个指标。但你是否真正的了解这两个指标呢?以及它背后反映出来的真实性能呢?

  1. 精度

         细心的人在查看传感器的精度指标时,会发有两种精度等级表示方法,举例 C3和0.3。那这两种精度表示方法是否完全一样呢?

         1986年,国际法制计量组织OIML制定了OIML R60国际建议。我国JJG 669-2003《称重传感器国家计量检定规程》,等效采用了OIML R60国际建议。但是由于OIML R60国际建议主要规定了称重传感器的主要计量特性和评定程序,目的在于对质量测量中使用称重传感器提供一个确定其计量特性的统一方法,他的适用范围是:用于质量静态测量的称重传感器。所以当面对载荷测力时,就有所局限,故我国提出了JJG 391-2009《力传感器国家计量检定规程》,以适用于测力和负荷传感器。

         而我们前面说的C3就是静态精度等级,检定规程执行标准就是JJG 669-2003《称重传感器国家计量检定规程》,而0.2%F这种就是动态精度等级,检定规程执行标准就是JJG 391-2009《力传感器国家计量检定规程》。

1-1.       静态精度

        根据我国的《称重传感器鉴定规程》适用范围“规定了质量测量中使用的称重传感器的主要静态计量性能和静态评定方法。”“本规程将传感器几种误差一并考虑,用允许的误差包络线表征传感器的特征。”

         根据上述描述,可见静态精度主要是称重传感器的精度等级考虑。另外这个静态精度,不对单项特性(如非线性、滞后等)规定其各自相应的误差限,而考虑极限因素的整个允许的误差带。

         我们一般描述传感器的静态精度时,分为A、B、C、D四个等级。C3级是我们最常见的称重传感器静态精度标注等级,含义为静态精度C级,3000分之一。

1-2.       动态精度

         随着人们对于静态称重和动态测力的深入研究,发现二者在物理概念、计量单位、评价方法和应用场景有着极大的不同,所以提出了JJG 391-2009《力传感器国家计量检定规程》(这是新版)。本规程适用于应变式力传感器的首次检定、后续检定和使用中校验。

        测力传感器的测量对象是具有加速度(包含重力加速度)和一定质量的物体沿压速度方向产生的力。相较于静态称重传感器的使用状态和使用要求差别比较大,所以他考核的是分项误差,各单项指标数据要保持在规定偏差内。

我们一般描述动态精度时分为0.01、0.02、0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1几个精度等级。

表1 力传感器级别和各项允许误差

 2. 可靠性

         可靠性是指在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力可能性。可通过可靠度失效率、平均无故障间隔等来评价产品的可靠性。

         可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。而这些如果用户不是经过长时间接触使用的话,就很难做出判断。但我们可以通过分析产品的设计制造特点和它所达到执行标准来进行选择,达到少走弯路的目标。

         AST传感器符合DIN规范,通过CE认证,另外也有特殊应用场合需要的SIL认证, EU-Type Examination Certificate TÜV 10 ATE防爆认证等。

3. AST的精度和可靠性保障

3-1. AST传感器精度

         AST所有测力传感器型号都是按照动态精度进行检定的,所以AST的传感器在精度方面是世界第一流的。(动态精度要优于静态精度,依据是JJG 1053-96《负荷传感器动态特性校准规范》中规定“所有进行动态性能校准的传感器,均应先进行静态性能的检定”。)

         现在某些品牌使用静态称重传感器当做动态测力传感器去应用,是导致用户在使用中的测量精度和可靠性极差的重要原因之一。

         另外AST传感器的厂家检定精度等级都是十足十的,实践中发现AST的传感器往往可以提到更高的精度上去使用(某些廉价传感器,出厂合格证书上的精度往往都很难保证。毕竟严格的标准好多都是自行抽检,而不是厂家送检,例如汽车业的C-NCAP标准之所以被C-IASI标准吊打,除了更为全面和严格,还有一样就是C-IASI的所有检测产品都是市场上自由采购的。)

3-2.AST传感器高度一致性

         AST标准型号传感器的的输出信号高度一致。例如,轮辐式传感器KAF的传感器输出信号为2.000±0.005 mv/v;圆环式传感器KAC输出信号2.000±0.002 mv/v。

传感器输出信号高度一致性的好处,

A.        可以使设备维护更换传感器时,更为方便,可直接进行同型号的替换,不需要重新标定,仍可                   获得较高的测量精度。

B.        当大批量使用时,可大大降低因为传感器自身输出信号的不一致带来的误差。

C.        证明传感器的设计、加工和工艺等一致性好,稳定性高,品控严格,品质优秀。

3-3. AST传感器材质

       AST传感器全系产品的金属弹性体均为特种不锈钢材质,目前国内还没有这种类似的材质。

          性能强大的材质给AST传感器带来了很多优势:

  1. 优异的不锈钢材质,可以使AST传感器在耐腐蚀性,抵御恶劣环境方面表现十分优异,尤其需要强调的是他在恶劣环境中的长期稳定性和可靠性,这是别人难以比拟的。
  2. 该型特种不锈钢还拥有十分强大的机械特性,这为AST传感器赋予了很多特殊性能。如,KA-LF传感器的抗过载能力达到惊人的1000倍;轮辐式KAF-S传感器在小体积的同时最小量程可以做到100N,就连应变片的发明者美国vishay的同类产品最小量程只有2000N,注意他的材质只能是铝合金,而铝合金在耐腐蚀和强度方面显然不是不锈钢的对手。国内更是可以说完全没有能力做到,因为压根就没有相同的材料。
  3. 作为测力传感器,在装配,材料力学特性测试等场景时,不光要对力做精确测量,还要保障传感器弹性体的变形量要小,有更快的恢复速度,从而减小测量误差,取得更高精度的数据。如KAM传感器在承受300KN载荷是,最大变形量不超过0.02mm。(不要忽视传感器变形量对系统测试结果的影响,德国AST在高铁测试系统中,为了降低弹性体形变量对测试结果的干扰,专门有一套价值百万的德国徕卡光学系统来进行检测修正)

 

 

二、      产品体系

         AST传感器产品可分为:成套系统、测力传感器和称重传感器三大部分(注:德国AST集团下属测力称重产品系列划分非常细致专业,产品体系十分庞大,本处只列举国内最常用的几种,具体需求可致电咨询)。

  1. 成套系统

1-1.       MASTERFORCE系统

图2 MASTERFORCE测力系统

 

MASTERFORCE系统,主要有AE703仪表,传感器和ASTAS软件构成。

A.        该系统可作为高精度的对比系统,用于对其他设备的加载力值的核对和监测。

B.        该系统由于仪表和传感器可以随意灵活搭配,并且支持记忆多达16个通道,所以可以十分快捷方便的构建覆盖不同量程,不同精度和不同工位的传感器测试群。

C.        该套设备十分小巧灵活,便于携带,机动性好(可选购配套的工具箱)。

D.        配合随机附带的ASTAS软件,可以进行仪表参数的设定,测量数据的波形绘制、实时分析、监控和记录等功能。

 

1-2.       无线称重测力系统

主要有KAK-F和FFB20、MLE-F和FFB204两套构成。

A.  KAK-F和FFB20无线称重/测力系统

KAK-F和FFB20无线称重/测力系统,可用于钢缆等柔性部件的张力测量,吊装的平衡监测以及起吊称重等。

        传感器解构紧凑,可以很方便的安装到绳索钢缆中去,使用调试简单方便。

 

 B.  MLE-F和FFB204无线测力系统

MLE-F和FFB204无线测力系统,主要用于快速称重,无规则称重和对设备等的重心测量。

 

1-3.       标准模拟量输出系列

          该系列传感器,内部集成了放大器和变送器,可以直接输出标准模拟量电压信号,使设备系统更为紧凑,简练。

1-4.       免标定即插即用传感器系列

该系列传感器在出厂时,已经按照dakks证书标准进行校准(如需要DAKKS证书,需单独购买),并将相关信息写入到TEDS芯片中,使用时只需要连接到具有TEDS功能的仪表上即可即可正常测量使用。

2.测力/称重传感器

        测力/称重传感器,除了上面说的精度,可靠性和电气特性外,还有他的机械尺寸和安装形式。这个因素也能对测量结果的精确性产生很大影响。所以AST的传感器,在提供了何种各样安装形式的标准传感器之外,也提供个性化定制服务,为客户量需打造,以期达到更好的性能。

以下为部分标准产品展示:

 

 

 

 

 

 3. 其他

3-1. 防爆传感器

         在用于含有爆炸气体或粉尘的危险场合中工作,就要用到经过防爆认证的传感器了。此处需要注意爆炸气体和爆炸性粉尘的防爆认证是分开的,如果您的现场时爆炸性气体的,却使用了仅经过爆炸性粉尘认证过的传感器,还是会违规的。而AST的防爆传感器对于这两种危险场景,都有对应的防爆认证,是符合TUV  NORD组织认证的,这对于出口设备尤为重要,因为某些原因,我国的防爆标准往往不能在国际上广泛认可。AST是经过欧盟和德国标准批准检定过的,这往往都在国际上通用的,这对出口设备系统很重要。

        另外,为降低防爆称重/测力系统的安全隐患,德国AST防爆传感器还有内部集成变送器的型号以供选择。这种类型的防爆传感器可以避免系统在危险区内布设变送器及其配套电源所带来的的危险隐患,简化系统结构,提高安全系数及可维护性。

下图就是TUV  NORD颁发的防爆证书样本及部分传感器产品。

 

 

3-2. SIL认证传感器

           SIL认证就是基于IEC 61508(GB/T 20438), IEC 61511(GB/T 21109), IEC 61513, IEC 13849-1, IEC 62061, IEC 61800-5-2等标准,对安全设备的安全完整性等级(SIL)或者性能等级(PL)进行评估和确认的一种第三方评估、验证和认证。功能安全认证主要涉及针对安全设备开发流程的文档管理(FSM)评估,硬件可靠性计算和评估、软件评估、环境试验、EMC电磁兼容性测试等内容。

       上述可知,SIL安全完整性认证,在产品设计之初就介入,按照一定的标准和成熟规范对产品整个生命周期进行可控性管理,使得故障的发生可能性降到最低。从而达到控制风险的目的。这对于现代企业,尤其是交通,石化等强调安全风险性,高可靠性,低故障率的行业,显得极为重要。

AST的可以提供经过TUV组织的SIL认证,国际认可。

SIL认证样本如下:

 

 

 



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