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Dehnungsmessstreifen
- Messeinrichtungen zur Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen
- ändern schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand und werden als Dehnungssensoren eingesetzt
- Mit Spezialkleber auf verformbare Bauteile, Verfrormung führt zu R änderung
Allgemein
Allgemeines
DMS
DMS
Mehr
verschiedenen Material-Ausführungsformen wie Folien-, Draht- und Halbleiter-DMS
verschiedenen Anordnungsformen wie DMS mit Querdehnung, Vollbrücken-DMS und Rosetten-DMS
Aufbau
1 Abdeckung
2 Messgitter
3 Verankerung der Anschlussbänder
4 Anschlussbänder
5 Träger
6 Basisverstärkung
7 Messgitterlänge
Aufbau
Erläuterung
- Der typische DMS ist ein Folien-DMS
( heißt, die Messgitterfolie aus Widerstandsdraht (3–8 µm dick) wird auf einen dünnen Kunststoffträger kaschiert und ausgeätzt sowie mit elektrischen Anschlüssen versehen )
- meisten DMS haben eine zweite dünne Kunststofffolie auf ihrer Oberseite mit Träger verklebt, schützt mechanisch das Messgitter
-Kombination von mehreren DMS auf einem Träger in einer geeigneten Geometrie = Rosetten-DMS oder Dehnungsmessrosette
-Messgitter kann prinzipiell aus Metallen oder Halbleitern bestehen
-Halbleiter-DMS (Silizium) nutzen den bei Halbleitern ausgeprägten piezoresistiven Effekt aus
Länge der Messgitter kann über einen Bereich von 0,2…150 mm hergestellt werden
Funktion
- Indem sie die Änderung des elektrischen Widerstands über eine dünne leitende Folie messen
- Der Dehnungsmessstreifen-Faktor ist die Empfindlichkeit des Dehnungsmessstreifens (normalerweise 2)
- Er wandelt die Widerstandsänderung in eine Längenänderung um
-Wenn ein Dehnungsmessstreifen gebogen, gedehnt oder verdreht wird, wird die Widerstandsänderung an der Metallfolie mit einer Wheatstone-Brücke gemessen
-gemessene Widerstandsänderung ist proportional zur Belastung des Objekts
Funktion
Hooke’sche Gesetz
- Ein Benutzer kann die Spannung, die ein Objekt erfährt, mit Hilfe des Hooke’schen Gesetzes (nachstehende Gleichung) bestimmen, wenn er den Elastizitätsmodul des Materials kennt
Hooke’sche Gesetz
Anwendungsorte
Anwendung
FEM
- Sensorherstellung
- Hochtemperaturanwendung
- Unterwasseranwendung (500 m)
- Hochdehnungsanwendung
-zur Verifizierung von FEM- und BEM-Ergebnissen und als Basis für die Ermittlung des dreiachsigen Spannungszustandes im Inneren
-Im Messgrößenaufnehmerbau für Kraft, Masse/Gewicht, Druck, Länge, Drehmoment und Dehnung
-Bei der Überwachung von Bauteilen im Betrieb-Hochtemperaturmessungen (bis 850 °C) an Abgasanlagen
FEM
Die Finite-Elemente-Methode (FEM), auch „Methode der finiten Elemente“ und „Finite Element Analysen“ (FEA) genannt, ist ein allgemeines, bei unterschiedlichen physikalischen Aufgabenstellungen angewendetes numerisches Verfahren. Am bekanntesten ist die Anwendung der FEM bei der Festigkeits- und Verformungsuntersuchung von Festkörpern mit geometrisch komplexer Form, weil sich hier der Gebrauch der klassischen Methoden (z. B. die Balkentheorie) als zu aufwändig oder nicht möglich erweist
Technische Daten
RS PRO Druck Wägezelle aus Edelstahl 1000kg OIMLC3 NTEP5000 Klasse III
Tech. Daten
- Nennkapazitäten 30kg
- Nennausgang 2,0 mV/V ±10 %
- Empfohlene Erregung 5~12 V dc
- Maximale Erregung 15 V dc
- Großer Betriebstemperaturbereich -20~60 Grad
- Baugewerbe Edelstahl
- Kabel phi 5×3m
- Empfohlene Plattformgröße 100 x 100 cm, 120 x 120 cm, 150 x 150 cm, 150 x 200 cm usw.
- Verbindungsmodus Rot (EXC+), Schwarz (EXC-), Grün (SIG+ -3 Weiß (SIG- -3
- Wasserdichte Klasse IP66
Aktiv oder Passiv
Aktiv / Passiv ?
Es gibt sowohl aktive als auch passive DMS
Die (passiven) Temperaturkompensations-DMS werden meist als Halbbrücke mit den aktiven DMS verschaltet
Hierdurch wird die temperaturabhängige Dehnung eliminiert. Für sehr große Temperaturbereiche (150 °C und mehr zwischen minimaler und maximaler Temperatur) sind auch NiCr-DMS günstiger als Konstantan-DMS.
Viertelbrücke
-die meistgebrauchte Schaltung in der Spannungsanalyse. Der aktive DMS (R1) wird durch drei passive Widerstände (R2, R3, R4) zur Vollbrücke ergänzt. Die Brückenschaltung mit nur einem aktiven DMS leistet keine Kompensation der temperaturbedingten Dehnung.
Analog oder Digital
Analog / Digital
- In der experimentellen Spannungsanalyse werden meist Viertel- oder Halbbrückenschaltungen verwendet, im Aufnehmerbau ausschließlich Vollbrücken. Bei der Viertelbrückenschaltung (einzelner DMS) gibt es analog zum Pt100 (Temperaturmessung mittels Widerstand) verschiedene Anschaltungen
- mit zwei Leitern (Nachteil: großer Einfluss der Zuleitung)
- mit drei Leitern (Spannungsabfall der Zuleitungen kann herausgerechnet werden)
- oder mit vier Leitungen (Vierleiter- oder Kelvinanschluss; hier entfallen die Fehler durch Spannungsabfälle auf den Zuleitungen)
- (TDC) werden ein bzw. mehrere DMS mit einem Kondensator zu einem RC-Glied ergänzt und die zeitliche Charakteristik der Impulsantwort direkt durch eine Zeitmessung digitalisiert
- Bei den anderen Verfahren ist eine Digitalisierung nicht originär enthalten, jedoch heutzutage in Form einer Spannungsdigitalisierung per Analog-Digital-Umsetzer weit verbreitet.
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Vorteile
Vor- Nachteile
Alle Verfahren besitzen unterschiedliche Vor- und Nachteile
- Der Vorteil von höherohmigen Dehnungsmessstreifen = durch geringeren Messstroms weniger Eigenwärme Erzeugung
- unempfindlicher gegenüber ohmschen Widerständen in den Anschlussleitungen zum Messverstärker
- große Leitungslängen für die einzelnen Brückenschaltungen verwenden zu können, ohne dass das Signal verfälscht wird
- einer guten Gleichtaktunterdrückung, z. B. von Störeinstrahlung auf die Sensorleitung
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Nachteile
- Ein Nachteil besteht darin, dass die höherohmigen Dehnungsmessstreifen empfindlicher beim Empfang von Störimpulsen sein können