在试验机测试设备中，仅仅提供准确的测量和结果是不够的。每次使用机器时，这些结果都必须保持一致。测试数据之间的差异表明，获得的结果可能存在缺陷，并且可能毫无用处。这种不一致不仅损害了测试的有效性，而且迫使操作员运行更多样本以获得可量化的显著平均值，从而花费了操作员的金钱和时间。可能需要 100 次测试，而不是对一个组件进行 25 或 50 次测试。
行业标准
在讨论不同的技术之前，了解该行业如何衡量可靠性和一致性非常重要。从历史上看，量化这些因素的努力取得了不同程度的成功。然而，在 2005 年，发布了一项新标准 ASTM E2309，以规范试验机测试设备中线性位移的方法和指标。根据 ASTM E2309 中概述的要求，可以测量和比较通过线性位置传感器捕获的数据的一致性和置信度。
ASTM E2309 有四个级别的精度说明：
A 级：+/- 读数的 0.5% 或± 0.001 英寸（0.025 毫米）
B 级：读数的 +/- 1.0% 或± 0.003 英寸（0.075 毫米）
C 级：读数的 +/- 2.0% 或 ± 0.005 英寸（0.125 毫米）
D 级：+/- 读数的 3.0% 或 ± 0.010 英寸（0.250 毫米）
如上所示，在每个分类中，有两个精度规格——相对误差，指的是读数的百分比，以及固定误差，指的是实际测量误差本身。还有第三个与测量分辨率相关的规格，它与此处概述的要点无关紧要。
要确定 ASTM E3209 等级，需要两次运行数据。然后，这些运行之间的差异用于说明测量重复性的置信度。
这些分类对制造商来说很重要，因为它们允许公司选择满足其应用的确切参数以及行业期望和标准的测试设备，同时仍然考虑其他因素，例如运营成本、安装难易程度和环境条件。
测量技术
当今测试设备中用于测量线性位移的最常用方法之一是使用线性可变位移变压器 （LVDT）。LVDT 的工作原理是测量沿圆柱形铁磁芯的电流。金属物体沿磁芯移动并产生信号，该信号又由沿管放置的三个线圈进行测量。该技术具有多种优势，包括与大多数工业设备兼容、易于安装和快速启动（无需重新校准）。
第二种技术，磁致伸缩，其工作原理是通过两个磁场的瞬时相互作用，在专门设计的磁致伸缩波导中感应出声波应变脉冲。一个磁场来自沿传感器管外部穿过的可移动永磁体;另一个场来自沿波导施加的电流脉冲或询问脉冲。这种相互作用会产生应变脉冲，该脉冲沿波导以声速传播，直到在传感器头部检测到脉冲。
通过测量从施加询问脉冲到产生的应变脉冲到达之间的经过时间，可以高精度地确定磁体的位置。因此，可实现准确、非接触式的位置反馈，并且绝对不会对传感元件造成磨损。磁致伸缩也不需要重新校准，可以很容易地安装在大多数工业环境中。
影响准确性的因素
在完美的实验室设置（受控温度、电/磁干扰、冲击、振动等）中，大多数传感器将提供相当一致的结果。真正的指标是产品在实际环境中的行为。
尤其是 LVDT，容易受到环境影响。根据设计，LVDT 是可变交流变压器，因此容易受到电缆电容、阻抗、解调器相位变化以及变压器及其匹配磁芯物理绕组的微小变化的影响。此外，由于铁芯和变压器保持同心和角度对齐，因此元件会随着时间的推移而退化，尤其是与砂砾或其他污染结合时。
它们如何衡量 – 磁致伸缩的优势
虽然 LVDT 在市场上仍然占有重要地位，但通过使用 ASTM E2309 的直接比较，磁致伸缩的优势是显而易见的。使用典型的线性化算法，LVDT 在 >25cm 长度的物理范围内难以满足 C 类规格（±±读数的 2.0% 或 ± 0.005 英寸）的情况下，大多数磁致伸缩线性定位传感器很容易保持 A 类（读数的 0.5% 或 ± 0.001 英寸）额定值，尤其是在实际现场条件下测量时。在需要非常长的行程长度 （>100 cm） 或高速读数 （50 cm/s） 的应用中，这一优势变得更加普遍。
与 LVDT 相比，磁致伸缩传感器也不太容易受到环境因素的影响，例如电磁推断、冲击和振动。此外，由于磁致伸缩传感器不使用移动部件，因此由于连续使用而导致的磨损不是问题。这些传感器可以无限期运行，几乎不需要维护。它们几乎可以安装在任何空间内，而不会影响性能。
磁致伸缩传感器与许多不同的电子协议兼容，包括 EtherNet/IP™、EtherCAT、Profibus、DeviceNet、CANbus、SSI、模拟和通用以太网。传感器部门推出了一种采用分离式电子元件的型号。通过拆卸电子元件，制造商可以进一步将敏感设备从恶劣环境中移出，这些设备可能会因温度、冲击、振动或其他条件而损坏，而不会影响传感器的性能。
结论
虽然 LVDT 在低端性能应用中仍然具有价值，但磁致伸缩在需要长期可靠数据的设备中提供了切实的好处。在试验机测试设备中，磁致伸缩线性定位传感器将提供更一致的结果，减少磨损，并允许相当高的 ASTM E2309 分类，使制造商能够更好地满足应用规范、客户期望和行业法规。
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