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Publicly Available Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 20, 2017

A setup for single axis precision force measurements in horizontal plane by 20 nN resolution

1-Achs-Kraftmesssystem für Präzisionskraftmessungen in horizontaler Ebene mit 20 nN Auflösung

Suren Vasilyan, Jan Schleichert and Thomas Fröhlich
From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

Varity of applications in science and engineering require technical abilities to conduct force measurements with high accuracy and precision in traceable manner. An example of such is the Lorentz Force Velocimetry (LFV), where forces of about 1 μN and below acting in horizontal direction on the object with approximately 1 kg weight are required to be resolved. In this paper we present a setup initially developed for this application, however, showing also a potential to be used elsewhere as a portable and conceptually unique setup. By the setup presented the force measurements in horizontal direction with 20 nN are resolved with 5 % to 7 % accuracy on the full range of the scale up to several mN.

Zusammenfassung

Verschiedene wissenschaftliche und technologische Anwendungen erfordern technische Fähigkeiten, um Kraftmessungen mit hoher Genauigkeit und Präzision in einer metrologische Rückführbarkeit Methode zum einen Primärstandard. Ein Beispiel für eine mögliche Anwendung ist die Lorentz Force Velocimetry (LFV), wo Kräfte in horizontaler Richtung von etwa 1 μN und darunter gemessen werden müssen. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt auf der Erhöhung der relativen Auflösung der Kraftmessung, d. h. dem Quotienten der kleinsten in horizontaler Richtung auflösbaren Kraftkomponente und der Totlast (Aufhängung mit das Objekt mit etwa 1 kg Gewicht) std(FL)/Fg. Im Folgenden wird ein entwickeltes Kraftmesssystem vorgestellt und hinsichtlich der Eignung für den vorliegenden Anwendungsbereich geprüft. Allerdings zeigt sich auch ein großes Potenzial für anderen Bereichen als tragbares Setup benutzt werden. Durch das Setup wurden die Kraftmessungen in horizontaler Richtung mit 20 nN Auflösung und mit 5% bis 7% Genauigkeit auf den ganzen Skalenbereich bis zu mN aufgelöst.

Published Online: 2017-9-20
Published in Print: 2017-9-26

© 2017 Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH, Rosenheimer Str. 145, 81671 München

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