Wie berechnet man die Unsicherheit einer Wägezelle?

Hallo! Als Wägezellenlieferant habe ich in letzter Zeit viele Fragen zur Berechnung der Unsicherheit einer Wägezelle erhalten. Dies ist ein entscheidendes Thema, insbesondere wenn Sie für Ihre Anwendungen auf genaue Messungen angewiesen sind. Deshalb dachte ich, ich würde es in diesem Blogbeitrag für Sie aufschlüsseln.

Was ist Wägezellenunsicherheit?

Das Wichtigste zuerst: Lassen Sie uns verstehen, was wir unter der Unsicherheit der Wägezelle verstehen. Vereinfacht ausgedrückt ist die Unsicherheit eine Schätzung des Bereichs, in dem der wahre Wert einer Messung liegt. Wenn Sie eine Wägezelle zum Messen von Kraft oder Gewicht verwenden, gibt es verschiedene Faktoren, die dazu führen können, dass der gemessene Wert vom tatsächlichen Wert abweicht. Diese Faktoren tragen zur Unsicherheit der Wägezelle bei.

Faktoren, die die Unsicherheit der Wägezelle beeinflussen

Es gibt mehrere Faktoren, die die Unsicherheit einer Wägezelle beeinflussen können. Werfen wir einen Blick auf einige der häufigsten:

1. Nichtlinearität

Nichtlinearität ist ein Maß dafür, wie stark die Ausgabe der Wägezelle von einer geraden Linie abweicht. In einer idealen Welt wäre die Beziehung zwischen der ausgeübten Kraft und dem Ausgangssignal der Wägezelle vollkommen linear. In der Realität gibt es jedoch immer ein gewisses Maß an Nichtlinearität. Dies kann durch den mechanischen Aufbau der Wägezelle verursacht werden, beispielsweise durch die Form des Federelements oder die Art und Weise, wie die Dehnungsmessstreifen angebracht sind.

2. Hysterese

Eine Hysterese tritt auf, wenn der Ausgang der Wägezelle bei gleicher angelegter Last unterschiedlich ist, je nachdem, ob die Last zunimmt oder abnimmt. Wenn Sie beispielsweise eine Last auf die Wägezelle ausüben und diese dann entfernen, kehrt die Ausgabe möglicherweise nicht genau zu ihrem ursprünglichen Wert zurück. Dies ist auf die innere Reibung und die elastischen Eigenschaften der Wägezellenmaterialien zurückzuführen.

3. Wiederholbarkeit

Unter Wiederholbarkeit versteht man die Fähigkeit der Wägezelle, bei gleicher Belastung die gleiche Leistung zu erbringen, wenn der Test unter gleichen Bedingungen wiederholt wird. Wenn eine Wägezelle eine schlechte Wiederholgenauigkeit aufweist, bedeutet dies, dass die Messwerte bei jeder Anwendung derselben Last erheblich schwanken. Dies kann durch Faktoren wie elektrisches Rauschen, mechanische Vibrationen oder Verschleiß der Wägezellenkomponenten verursacht werden.

4. Temperatureinflüsse

Die Temperatur kann einen erheblichen Einfluss auf die Leistung einer Wägezelle haben. Durch Temperaturänderungen können sich die Abmessungen der Wägezelle ändern, was sich auf die Dehnungsmessstreifen und damit auf das Ausgangssignal auswirken kann. Darüber hinaus kann die Temperatur auch die elektrischen Eigenschaften der Dehnungsmessstreifen beeinflussen, beispielsweise ihren Widerstand. Die meisten Wägezellen sind mit einer Temperaturkompensation ausgestattet, um diese Effekte zu minimieren, es bestehen jedoch immer noch gewisse Restunsicherheiten aufgrund von Temperaturschwankungen.

Berechnung der Wägezellenunsicherheit

Nachdem wir nun die Faktoren verstanden haben, die die Unsicherheit der Wägezelle beeinflussen, wollen wir darüber sprechen, wie man sie berechnet. Die Berechnung der Wägezellenunsicherheit basiert typischerweise auf einem statistischen Ansatz. Hier sind die allgemeinen Schritte:

1. Identifizieren Sie die Quellen der Unsicherheit

Wie bereits erwähnt, gibt es mehrere Unsicherheitsquellen, darunter Nichtlinearität, Hysterese, Wiederholbarkeit und Temperatureffekte. Sie müssen alle relevanten Unsicherheitsquellen für Ihre spezifische Wägezelle und Anwendung identifizieren.

2. Schätzen Sie die Unsicherheit für jede Quelle

Nachdem Sie die Unsicherheitsquellen identifiziert haben, müssen Sie die Unsicherheit für jede Quelle abschätzen. Dies kann durch Kalibrierungstests, Herstellerangaben oder historische Daten erfolgen. Beispielsweise kann der Hersteller den Nichtlinearitätsfehler als Prozentsatz der Gesamtausgabe angeben. Sie können diesen Wert als Schätzung der Unsicherheit aufgrund der Nichtlinearität verwenden.

3. Kombinieren Sie die Unsicherheiten

Nachdem Sie die Unsicherheit für jede Quelle geschätzt haben, müssen Sie sie kombinieren, um die Gesamtunsicherheit der Wägezelle zu erhalten. Dies erfolgt normalerweise mithilfe der RSS-Methode (Root-Sum-of-Squares). Die Formel für die RSS-Methode lautet:

[U_{total}=\sqrt{U_{1}^{2}+U_{2}^{2}+\cdots+U_{n}^{2}}]

Dabei ist (U_{total}) die Gesamtunsicherheit und (U_{1}, U_{2},\cdots, U_{n}) die Unsicherheiten aufgrund jeder Quelle.

Nehmen wir an, Sie haben die Unsicherheit aufgrund von Nichtlinearität ((U_{nl})), Hysterese ((U_{h})), Wiederholbarkeit ((U_{r})) und Temperatureffekten ((U_{t})) geschätzt. Die Gesamtunsicherheit der Wägezelle wäre:

[U_{total}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}]

Beispielrechnung

Lassen Sie uns ein Beispiel durchgehen, um zu veranschaulichen, wie die Unsicherheit der Wägezelle berechnet wird. Angenommen, Sie haben eine Wägezelle mit den folgenden Spezifikationen:

• Nichtlinearitätsfehler: ±0,1 % des Skalenendwerts
• Hysteresefehler: ±0,05 % des Skalenendwerts
• Wiederholbarkeitsfehler: ±0,03 % des Skalenendwerts
• Temperaturkoeffizient des Nullabgleichs: ±0,002 %/°C des Endwertausgangs
• Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit: ±0,001 %/°C des gesamten Skalenausgangs

Die Volllast der Wägezelle beträgt 1000 N und der Temperaturbereich während der Messung liegt zwischen 20 °C und 30 °C.

Berechnen wir zunächst die Unsicherheit aufgrund von Temperatureffekten. Die Temperaturänderung (\Updelta T = 30 - 20=10^{\circ}C).

Die Unsicherheit aufgrund des Temperaturkoeffizienten des Nullgleichgewichts ((U_{t1})) beträgt:

[U_{t1}=0,002%\times10\times1000 = 0,2N]

Die Unsicherheit aufgrund des Temperaturkoeffizienten der Empfindlichkeit ((U_{t2})) beträgt:

[U_{t2}=0,001%\times10\times1000 = 0,1N]

Die Gesamtunsicherheit aufgrund von Temperatureffekten ((U_{t})) beträgt:

[U_{t}=\sqrt{U_{t1}^{2}+U_{t2}^{2}}=\sqrt{0,2^{2}+0,1^{2}}=\sqrt{0,04 + 0,01}=\sqrt{0,05}\ approx0,22N]

Die Unsicherheit aufgrund der Nichtlinearität ((U_{nl})) beträgt:

[U_{nl}=0,1%\times1000 = 1N]

Die Unsicherheit aufgrund der Hysterese ((U_{h})) beträgt:

[U_{h}=0,05%\times1000 = 0,5N]

Die Unsicherheit aufgrund der Wiederholbarkeit ((U_{r})) beträgt:

[U_{r}=0,03%\times1000 = 0,3N]

Berechnen wir nun die Gesamtunsicherheit der Wägezelle mithilfe der RSS-Methode:

[U_{total}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}=\sqrt{1^{2}+0,5^{2}+0,3^{2}+0,22^{2}}=\sqrt{1 + 0,25+0,09 + 0,0484}=\sqrt{1,3884}\ungefähr1,18N]

Es ist wichtig, die Unsicherheit der Wägezelle zu kennen

Die Kenntnis der Unsicherheit einer Wägezelle ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung. Erstens hilft es Ihnen, die Genauigkeit Ihrer Messungen sicherzustellen. Wenn Sie eine Wägezelle in einer kritischen Anwendung verwenden, beispielsweise in einem Fertigungsprozess, bei dem präzise Kraftmessungen erforderlich sind, kann Ihnen das Verständnis der Unsicherheit dabei helfen, festzustellen, ob die Wägezelle für die Aufgabe geeignet ist.

Zweitens ermöglicht es Ihnen, die Qualität Ihrer Wägezelle zu bewerten. Durch den Vergleich der berechneten Unsicherheit mit den Herstellerangaben können Sie potenzielle Probleme mit der Wägezelle erkennen und entsprechende Maßnahmen ergreifen.

Unser Angebot an Wägezellen

In unserem Unternehmen bieten wir eine breite Palette an Wägezellen an, um Ihren Anforderungen gerecht zu werden. Ob Sie auf der Suche nach einem sindKompressionslastzelle,Wägezelle vom Typ S aus Edelstahl, oderWägezelle aus legiertem Stahl S, wir sind für Sie da. Unsere Wägezellen sind mit hoher Präzision und geringer Unsicherheit konstruiert, um zuverlässige und genaue Messungen zu gewährleisten.

Abschluss

Die Berechnung der Unsicherheit einer Wägezelle ist ein wichtiger Schritt zur Sicherstellung der Genauigkeit Ihrer Kraft- und Gewichtsmessungen. Wenn Sie die Faktoren verstehen, die die Unsicherheit beeinflussen, und die in diesem Blogbeitrag beschriebenen Schritte befolgen, können Sie die Unsicherheit Ihrer Wägezelle berechnen und fundierte Entscheidungen über deren Eignung für Ihre Anwendung treffen. Wenn Sie Fragen haben oder am Kauf einer Wägezelle interessiert sind, können Sie sich gerne an uns wenden, um weitere Informationen zu erhalten und ein Beschaffungsgespräch zu beginnen.

Referenzen

• OIML R60: Empfehlungen für Wägezellen, Internationale Organisation für gesetzliches Messwesen.
• ASTM E4: Standard Practices for Force Verification of Testing Machines, American Society for Testing and Materials.