Brückenschaltungen mit DMS für Dehnungssensoren und Kraftsensoren
Wheatstone'sche Brücke
Die Wheatstonesche Brückenschaltung ist die bevorzugte Schaltung zur Messung von Widerständen. Sie kann eingesetzt werden zur absoluten Bestimmung eines Widerstandes oder zur Bestimmung einer relativen Widerstandsänderung. Bei der Messung mit Dehnungsmessstreifen wird die relative Änderung des Widerstands gemessen.
Vorteile der Brückenschaltung
- Bei einer abgeglichenen Brückenschaltung ist die Ausgangsspannung 0 Volt. Die Verstärkung kann sehr hoch gewählt werden, um eine feine Auflösung zu erzielen.
- Die Symmetrie der Brückenschaltung wird ausgenutzt,um die thermische Dehnung elektrisch zu kompensieren,
- Die Symmetrie der Brückenschaltung wird ausgenutzt, um unerwünschte mechanische Dehnungen quer zur Messrichtung elektrisch zu kompensieren.
Viertelbrücke (Dehnungsmessstreifen-Viertelbrücke)
Dies ist die meistgebrauchte Schaltung in der Spannungsanalyse. Der aktive DMS wird durch drei passive Widerstände zur Vollbrücke ergänzt. Die Nichtlinearität dieser Schaltung ist für kleine Dehnungen im Bereich bis 1000 µm/m vernachlässigbar. Bei sehr hohen Dehnungen bis in den Bereich der plastischen Verformung kann der Fehler durch Nichtlinearität 2% und mehr betragen.
Halbbrücke (Dehnungsmessstreifen-Halbbrücke)
Die aktiven DMS werden durch zwei passive Widerstände zur Vollbrücke ergänzt. Diese Schaltung wird in der Spannungsanalyse und bei Low Cost Sensoren angewendet.
Halbbrücke, Längs- und Querdehnung (Dehnungsmessstreifen-Halbbrücke mit Längs- und Querdehnung)
Der aktive DMS wird durch einen quer angeordneten "Poisson" DMS und zwei passive Widerstände zur Vollbrücke ergänzt. Diese Schaltung wird in der Spannungsanalyse und bei Low Cost Sensoren angewendet.
Vollbrücke (Dehnungsmessstreifen-Vollbrücke)
Die Vollbrücke mit 4 aktiven Dehnungsmessstreifen in Längsdehnung ist die bevorzugte Standardschaltung im Sensorenbau. Sie bietet die bestmögliche Kompensation von Temperatureinflüssen und mechanischen Störeinflüssen. Die zwei gleichsinnigen DMS werden durch zwei quer angeordneten DMS zur Vollbrücke ergänzt. Diese Schaltung wird bei Zug-, Druckstäben bevorzugt eingesetzt. Für Präzisionssensoren wird oft noch eine Linearisierung mit zusätzlichen Halbleiter-DMS vorgesehen.
Dehnungssensoren - Modelle und Typen
Hochauflösende-Dehnungsaufnehmer (flach)
Hochauflösende Dehnungsaufnehmer zur indirekten Messung der Kraft oder Verformung an Maschinenbauteilen mit ebener Oberfläche. Die hochauflösenden Dehnungsaufnehmer entsprechen einer Dehnungsmessstreifen Vollbrücke, die direkt auf die Bauteiloberfläche geklebt wird. Ein robustes Metallgehäuse und eine Dichtung bieten beim hochauflösenden Dehnungsaufnehmer einen optimalen Schutz gegen Umwelteinflüsse in der Schutzart IP66. Die Montage erfolgt auf ebenen Flächen, z.B. HEA oder HEB Profile, Vierkantprofile, Schubstangen, Pleuel, etc. Anwendungen sind z.B. die Überwachung der Presskraft oder die Wiegung am Silo.
Hochauflösende Dehnungsaufnehmer (zylindrisch)
Hochauflösende Dehnungsaufnehmer zur indirekten Messung der Kraft oder Verformung oder zur Wiegung an Rohren. Die hochauflösenden Dehnungsaufnehmer entsprechen einer Dehnungsmessstreifen Vollbrücke, die direkt auf die Bauteiloberfläche geklebt wird. Ein robustes Metallgehäuse und eine Dichtung bieten beim hochauflösenden Dehnungsaufnehmer einen optimalen Schutz gegen Umwelteinflüsse in der Schutzart IP66. Die Montage erfolgt auf zylindrischen Flächen, z.B. Rohre, zylindrische Silofüße, etc.
Anwendungen sind z.B. die Wiegung am Silo.
Anschraubbare Dehnungsaufnehmer
Anschraubbare Dehnungsaufnehmer zur indirekten Messung der Kraft oder Verformung an Maschinenbauteilen. Die anschraubbaren Dehnungsaufnehmer bestehen aus einem Verformungskörper, der auf die Oberfläche eines Bauteils aufgeschraubt wird. Der Verformungskörper ist mit Dehnungsmessstreifen bestückt. Mit dem anschraubbaren Dehnungsaufnehmer lässt sich indirekt das Gewicht oder die Kraft auf ein Bauteil ermitteln. Der Kraftfluss wird durch die Montage des Sensors nicht aufgetrennt. Anwendungen sind z.B. die WIegung am Silo oder der Schutz vor Überlast am Fahrzeug.
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