一、品牌背景

me-systeme GmbH（ME测量系统公司）是一家总部位于德国的专业力传感器制造商，专注于高精度力传感器、扭矩传感器及多轴力/力矩传感器的研发与生产。

公司产品广泛应用于汽车测试、机器人技术、材料研究、生物力学和工业自动化等领域。me-systeme 以其高精度、紧凑设计和德国制造品质著称，是多轴力测量领域的技术领导者之一。

二、产品概述

K3D40 是 me-systeme 推出的一款三轴力传感器（3-Axis Force Sensor），能够同时测量三个相互垂直轴（X、Y、Z）上的力分量。

该传感器以其**紧凑的设计而闻名，尺寸仅为 40 mm × 40 mm × 20 mm，特别适用于空间受限的测量场景。

项目 参数详情

品牌 me-systeme GmbH（德国）

产品型号 K3D40

类型 三轴力传感器（3-axis force sensor）

测量方向 拉力 / 压力（Tension / Compression）

额定力 Fx: 10 N，Fy: 10 N，Fz: 10 N（本型号）

可选量程 ±2 N、±10 N、±20 N、±50 N

精度等级 0.5（标准版）；可选 0.1（高精度版）

尺寸（长×宽×高） 40 × 40 × 20 mm

力传递方式 4 × M3×0.5 内螺纹

连接方式 3 米电缆 MESC-12x0061-PUR

材质 铝合金

质量 85 g

防护等级 IP65

原产国 德国

三、技术规格参数

3.1 机械参数

参数项 规格

额定位移 0.15 mm

固有频率 典型值 500 Hz – 2 kHz

安全过载 200 % FS

破坏过载 600 % FS

弯曲力矩限值 5 Nm

扭转力矩限值 5 Nm

紧固扭矩限值 5 Nm

安装注意事项 适配件与传感器本体之间需保持 1 mm 间距

3.2 精度参数（标准版 0.5 级）

参数项 规格

精度等级 0.5 %

相对线性误差 0.2 % FS

相对零位迟滞 0.1 % FS

温度对零位信号影响 0.05 % FS / K

温度对特征值影响 0.05 % RD / K

相对蠕变 0.1 % FS

输出灵敏度 典型值 0.5 mV/V

3.3 串扰（Crosstalk）参数

串扰是指施加在某一轴上的力会在其他轴上产生可测量的输出信号。K3D40 通过机械设计和电气补偿将串扰控制在较低水平。

串扰类型 规格

偏载影响 0.5 % FS / 2 Nm

X→Y 串扰（额定负载） 0.5 % FS

Y→Z 串扰（额定负载） 0.5 % FS

Z→X/Y 串扰（额定负载） 1 % FS

X/Y→Z 串扰（额定负载） 1 % FS

说明：K3D40 采用双悬臂梁（Double Cantilever Beam） 机械结构设计，通过三个正交布置的弹簧关节导轨实现力的矢量分解。

每个测量方向对应一个全桥应变片（惠斯通电桥），其信号分别对应于 X、Y、Z 方向的力分量。这种设计结合机械和电气双重补偿机制，使残余串扰保持在标称负载的 3% 以下，且串扰具有可重复性。通过应用补偿矩阵，可将串扰进一步降低至 1% 以下。

3.4 环境参数

参数项 规格

工作温度范围 -20°C 至 +60°C

防护等级 IP65

四、工作原理

K3D40 三轴力传感器基于应变片测量原理工作：

机械解耦：传感器内部采用三个正交布置的双悬臂梁（Double Cantilever Beam） 结构。每个悬臂梁对应一个测量轴，通过机械方式实现力的矢量分解，即每个方向的力主要通过对应的悬臂梁传递。

全桥应变片：每个悬臂梁上贴有全桥应变片（Full Bridge Strain Gauge），构成惠斯通电桥。当力作用于传感器时，对应悬臂梁发生变形，引起应变片电阻变化，电桥输出与力成比例的差分电压信号。

信号输出：三个全桥电桥的信号分别对应于 X、Y、Z 三个方向的力分量。原始信号为毫伏级模拟电压（典型值 0.5 mV/V），需通过测量放大器进行放大和处理。

串扰补偿：由于机械结构的非理想性，施加在一个轴上的力会在其他轴上产生微小的寄生信号（串扰）。通过补偿矩阵（Compensation Matrix） 对原始信号进行数学修正，可将串扰降低至 1% 以下。

五、校准与补偿矩阵

K3D40 的校准是其高精度测量的核心环节。

标准出厂校准：每只传感器随附两份出厂校准数据，每份包含两个测量点：

“cv”：无补偿矩阵的原始校准数据

“s”：带有扩展矩阵补偿的校准数据

扩展校准选项（可选）：

SL/4：4 个测量点的工厂校准证书

SL/6：6 个测量点的工厂校准证书

补偿矩阵的作用：通过建立各轴之间的力/力矩关系矩阵，对原始测量数据进行修正，将串扰误差降至最低。

六、可选特殊版本

特殊版本 说明

真空版本 适用于 10⁻⁵ mbar 真空环境

压力版本 压力范围最高可达 8 bar

高精度版本 精度等级可提升至 0.1 %

定制量程 可根据客户需求定制特殊量程

七、典型应用场景

行业/领域 典型应用

汽车测试 车辆动力学测试、碰撞测试、制动系统测试

机床与加工 切削力监测、刀具磨损评估

机器人技术 力控装配、协作机器人末端力反馈

材料测试 材料力学性能试验、摩擦学测试

生物力学 步态分析、关节力测量

微力测量 2N 量程型号可分辨 40 µN 至 400 µN 的微小力

八、安装与使用说明

力传递：通过传感器上方的 4 × M3×0.5 内螺纹 引入被测力。

传感器固定：通过传感器底座上的 2 × Ø4.3 mm 安装孔 固定。

紧固扭矩：螺纹连接的紧固扭矩不得超过 5 Nm。

间距要求：适配件与传感器本体之间需保持 1 mm 间距，避免接触影响测量精度。

电气连接：传感器配备 3 米 12 芯 PUR 电缆，末端为开放式导线