Brückenschaltungen mit DMS für Beschleunigungssensoren
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.
Beschleunigungssensoren - Modelle und Typen
AS-Beschleunigungssensor
Die AS-Beschleunigungssensoren eignen sich zur Messung kleinster Beschleunigungen ab einer Ansprechschwelle von 0,001 m/s². Sie eignen sich daher hervorragend zur Messung von Erschütterungen und Vibrationen zum Beispiel zur Überwachung von Bauwerken. Durch den Einsatz von Halbleiter-Dehnungsmessstreifen ist eine statische Messung ab 0Hz bzw. die statische Messung von Neigung möglich.
IS-Neigungssensor
Der Neigungssensor IS28 eignet sich für die langzeitstabile Erfassung von kleinsten Neigungen. Der Neigungssensor IS28 ist als Variante für +-15 Grad (+-0,26g) und als Variante für +-30 Grad (0,13g) erhältlich. Mit dem Neigungssensor "IS28 15" lassen sich Winkel ab 0,001 Grad auflösen. Die Langzeitstabilität ist besser als 0,004 Grad / Jahr. Anders als bei den baugleichen Beschleunigungssensoren AS28 ist der Neigungssensor IS28 nicht in Dehnungsmessstreifen Technik aufgebaut. In dem gold eloxierten Aluminiumgehäuse arbeiten zwei kapazitive Sensoren, deren Ausgangssignal sich ratiometrisch zur Speisespannung verhält.
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