Nobel KIS-2-20KN 是诺贝尔（Nobel）公司生产的一款高性能、紧凑型S梁式力传感器。该传感器属于KIS系列，以其微型化的结构和卓越的测量性能著称。它专门设计用于在空间极其有限的应用中，精确测量拉力或压力，将机械力转换为成比例的电信号（通常为毫伏级或放大后的电压/电流信号），是实现精密力值测量、过程控制和测试的关键元件。
应用场景：
在一家领先的汽车零部件制造商的高压燃油共轨系统装配线上，需要对喷油器与共轨管的压装过程进行精确的力和位移监控，以确保密封性和连接强度达到微米级精度。传统的力传感器因体积过大而无法集成到紧凑的自动化压装头内部。工程师选择了 Nobel KIS-2-20KN 传感器，其微型化的S型结构被巧妙地内置于压装轴心。在每一次压装循环中，KIS-2-20KN 实时测量并反馈压装力曲线，系统PLC将数据与预设的理想曲线进行对比。任何微小的偏差（如力值过大或过小）都会触发警报或自动修正。凭借 KIS-2-20KN 的高精度和稳定性，生产线将废品率降低了70%，并生成了可追溯的力-位移数据包，为产品质量提供了数字化保障。
核心参数速览：
主要参数 | 数值/说明 |
|---|
产品型号 | KIS-2-20KN |
制造商 | Nobel (诺贝尔) |
产品类别 | 微型S型拉压力传感器 |
额定容量 (FS) | 20 千牛 (kN)， 约合 2,000 公斤力 (kgf) / 4,500 磅力 (lbf) |
综合精度 | 典型值 ±0.1% FS（包含非线性、滞后、重复性误差） |
输出信号 | 标准为 2 mV/V（未放大），可选配内置放大器提供 0-5/10V 或 4-20mA 输出 |
推荐激励电压 | 通常 5-15 VDC（最佳10V） |
零点平衡 | 典型值 ±1% FS |
输入/输出电阻 | 典型 350 Ω（桥阻） |
安全过载 | 通常 150% FS |
极限过载 | 通常 300% FS |
材质 | 合金钢或不锈钢，表面防腐处理 |
防护等级 | 通常 IP65（防尘、防喷水） |
工作温度范围 | -10°C 至 +70°C（补偿范围） |
外形尺寸 | 极其紧凑，典型尺寸：长宽高约在几十毫米范围内（具体需查手册） |
技术原理与创新价值：
创新点1：微型化与高刚性的S型结构设计：KIS-2-20KN 的核心在于其精密的“S”形弹性体设计。这种结构在保证足够测量变形量的同时，实现了极高的结构刚性和最小的外部尺寸。微型化使其能直接嵌入到机器关节、执行器内部或狭小的工装夹具中，解决了传统大型传感器安装不便的痛点。其紧凑的对称设计，使其对非测量方向（侧向）的力具有一定的耐受性，减少了安装不对中带来的测量误差。
创新点2：高精度应变计技术与卓越性能：传感器采用优质合金钢或不锈钢材质，并粘贴有高精度、高稳定性的金属应变计。这些应变计被精心布置在弹性体应变最大的区域，组成一个全桥惠斯通电桥。当受力时，弹性体发生微变形，引起应变计电阻变化，电桥输出一个与受力成正比的毫伏级差分电压信号。通过先进的制造和补偿工艺，KIS-2-20KN 实现了低至±0.1%FS的综合精度，以及极低的蠕变和温度漂移，确保了长期测量的重复性和可靠性。
创新点3：灵活的输出与易于集成的特性：传感器提供标准的未放大2mV/V输出，兼容绝大多数通用的仪表放大器或数据采集卡。同时，Nobel也提供带内置放大器的变体型号，可直接输出标准工业信号（如0-10V或4-20mA），极大简化了与PLC、控制器或显示仪表的连接。其标准化的机械接口（如两端的螺纹孔）和电气连接器（如航空插头或电缆直接引出），使其能够快速、方便地集成到各种自动化设备和测试系统中。
应用案例与行业价值：
在某高端骨科手术机器人研发项目中，需要实时、精准地感知机械臂末端手术工具与骨骼接触时的相互作用力，以实现“力反馈”控制，防止手术中对脆弱组织造成意外损伤。
应用流程：研发团队将 Nobel KIS-2-20KN 传感器集成在机器人的末端腕部，位于电机和手术工具之间。传感器实时测量钻削或拧入螺钉时的轴向力和扭矩（通过特殊结构转换）。力信号被高速采集并反馈给机器人控制系统，系统根据预设的力阈值和算法，动态调整机械臂的运动速度和力度。
带来的改进：得益于 KIS-2-20KN 的高分辨率和高频响特性，机器人能够感知到微牛米级别的力变化，实现了超精细的力控操作。临床测试表明，该技术显著提高了脊柱螺钉置入等手术的精准度和安全性，减少了术中透视次数，缩短了患者恢复时间。项目负责人表示：“在极其有限的关节空间内集成可靠的力传感单元是一大挑战。Nobel KIS-2-20KN 以其微型化、高精度的特点，完美地满足了我们的需求，是赋予机器人‘触觉’、实现智能力控的关键使能部件。”
相关产品组合方案：
为了构建一个完整的力测量系统，Nobel KIS-2-20KN 通常需要与以下产品配合使用：
信号调理器/放大器：如 Nobel MB或IC系列仪表放大器，用于将传感器微弱的mV/V信号放大、滤波并转换为标准电压/电流信号。
数据采集系统：如 National Instruments (NI) CompactDAQ 或 倍福（Beckhoff） EtherCAT端子模块，用于读取放大后的传感器信号，并将其数字化后传输给上位机或控制器。
可编程逻辑控制器：如 西门子S7-1200/1500 或 罗克韦尔CompactLogix，通过模拟量输入模块接收力信号，用于过程控制、质量判定或安全联锁。
显示仪表：如数字面板表，用于现场直观显示力值读数。
安装附件：包括适配接头、球头万向节（用于消除侧向力影响）、保护罩等，确保传感器正确安装并免受损害。
校准设备：如标准力值砝码或经过标定的测力仪，用于定期对包含 KIS-2-20KN 的测量系统进行校准，确保测量精度。
同系列其他量程传感器：如 KIS-2-2KN, KIS-2-50KN 等，以适应不同力值范围的测量需求。
多轴力传感器：如Nobel的 K3D系列，如需同时测量多个方向的力和力矩，可作为更复杂力控应用的补充。
安装维护与全周期支持：
正确的安装对于发挥 KIS-2-20KN 的最佳性能至关重要。安装时应确保受力轴线与传感器的中心轴线对齐，避免产生非测方向的弯矩或侧向力，必要时使用万向接头。固定螺丝需按推荐扭矩拧紧，并确保传感器两端受力面平行。
传感器本身无需特殊维护，但需保持清洁，避免油污、灰尘积聚，特别是电缆出口处。应防止电焊电流流过传感器本体，并避免超过其极限过载。长期使用后，建议定期进行校准以维持精度。
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