Das universellste Messgerät für die elektrische Messung mechanischer Größen ist das Dehnungsmessstreifen. Mehrere Arten von Dehnungsmessstreifen basieren auf der proportionalen Abweichung des elektrischen Widerstands von der Dehnung: der piezoresistive oder Halbleiter-Messstreifen, der Kohlewiderstands-Messstreifen, der geklebte Metalldraht und der Folienwiderstands-Messstreifen.
Der geklebte Widerstandsspannungsmessstreifen ist bei weitem der am häufigsten verwendete in der experimentellen Spannungsanalyse. Diese Messstreifen bestehen aus einem Gitter aus sehr feinem Draht oder Folie, das auf die Trägermatrix geklebt ist. Der elektrische Widerstand des Gitters variiert linear mit der Dehnung. Bei der Verwendung wird die Trägermatrix auf die Oberfläche geklebt, Kraft ausgeübt und die Dehnung durch Messung der Widerstandsänderung ermittelt. Das geklebte Widerstandsmessstreifen ist kostengünstig, kann mit einer kurzen Messlänge hergestellt werden, wird nur mäßig von Temperaturänderungen beeinflusst, hat eine geringe physikalische Größe und Masse und eine relativ hohe Empfindlichkeit gegenüber Dehnung.
Erfahren Sie mehr über Dehnungsmessstreifen
Bei einer Dehnungsmessstreifen-Anwendung müssen die Trägermatrix und der Klebstoff zusammenwirken, um die Dehnungen vom Prüfling auf das Gitter zu übertragen. Darüber hinaus dienen sie als elektrischer Isolator und Wärmeableiter.
Die drei wichtigsten Faktoren, die die Auswahl des Dehnungsmessstreifens beeinflussen, sind die Betriebstemperatur, der Dehnungszustand (Gradient, Größe und Zeitabhängigkeit) und die erforderliche Stabilität.
Aufgrund seiner hervorragenden Empfindlichkeit ist die Wheatstone-Brücke die am häufigsten verwendete Schaltung für statische Dehnungsmessungen. Im Idealfall ist das Dehnungsmessstreifen der einzige Widerstand im Schaltkreis, der sich verändert, und zwar nur aufgrund einer Veränderung der Dehnung an der Oberfläche.
Es gibt zwei Hauptmethoden, um die durch die Dehnung eines Messstreifens in einer Wheatstone-Brücke verursachte Widerstandsänderung anzuzeigen. Häufig gleicht ein Indikator die Brücke neu aus und zeigt die erforderliche Widerstandsänderung in Mikro-Dehnung an. Bei der zweiten Methode wird ein in Mikro-Dehnung kalibrierter Indikator installiert, der auf die Spannungsausgabe der Brücke reagiert. Diese Methode geht von einer linearen Beziehung zwischen Ausgangsspannung und Dehnung, einer anfänglich ausgeglichenen Brücke und einem bekannten Eingangsspannungswert aus. In Wirklichkeit ist die Beziehung zwischen Ausgangsspannung und Dehnung nicht linear, aber bei Dehnungen bis zu einigen tausend Mikro-Dehnungen ist der Fehler nicht signifikant.
Mögliche Fehlerquellen
Bei einer Spannungsanalyse kann nicht die gesamte Installation kalibriert werden, wie dies bei einigen Druckwandlern möglich ist. Daher ist es wichtig, vor der Datenerfassung potenzielle Fehlerquellen zu untersuchen.
WICHTIGE ÜBERLEGUNGEN BEI DER AUSWAHL VON DEHNUNGSMESSSTREIFEN
Einige Messstreifen können während der Installation beschädigt werden. Daher ist es wichtig, den Widerstand des Dehnungsmessstreifens vor der Belastung zu überprüfen.
Elektrische Störungen und Interferenzen können Ihre Messwerte verfälschen. Abgeschirmte Leitungen und ausreichend isolierende Beschichtungen können diese Probleme verhindern. Ein Wert von weniger als 500 M Ohm (gemessen mit einem Ohmmeter) deutet in der Regel auf eine Verunreinigung der Oberfläche hin.
Thermisch induzierte Spannungen werden durch Thermoelement-Effekte an den Verbindungsstellen unterschiedlicher Metalle innerhalb des Messkreises verursacht. Magnetisch induzierte Spannungen können auftreten, wenn sich die Verkabelung in einem zeitlich variierenden Magnetfeld befindet. Die magnetische Induktion kann durch die Verwendung verdrillter Anschlussdrähte und die Bildung minimaler, aber gleicher Schleifenflächen auf jeder Seite der Brücke kontrolliert werden.
Temperatureinflüsse auf den Messwiderstand und den Messfaktor sollten ebenfalls kompensiert werden. Dazu kann es erforderlich sein, die Temperatur am Messgerät selbst mit Thermoelementen, Thermistoren oder RTDs zu messen. Die meisten metallischen Messlegierungen weisen jedoch über einen weiten Bereich eine nahezu lineare Messfaktorschwankung mit der Temperatur auf, die innerhalb von ±100 °C weniger als ±1 % beträgt.
Abmessungen des Dehnungsmessstreifens
Die aktive Gitterlänge entspricht bei Folienmessstreifen der Nettogitterlänge ohne Laschen und umfasst die Rücklaufschleifen der Drahtmessstreifen. Die Abmessungen des Trägers werden von OMEGA für die optimale Funktion des Dehnungsmessstreifens ausgelegt.
Widerstand des Dehnungsmessstreifens
Der Widerstand eines Dehnungsmessstreifens ist definiert als der elektrische Widerstand, der zwischen den beiden Metallbändern oder Kontaktflächen gemessen wird, die für den Anschluss der Messkabel vorgesehen sind. Der Messbereich umfasst Dehnungsmessstreifen mit einem Nennwiderstand von 120, 350, 600 und 700 Ohm.
Messfaktor (Dehnungsempfindlichkeit)
Die Dehnungsempfindlichkeit k eines Dehnungsmessstreifens ist der Proportionalitätsfaktor zwischen der relativen Änderung des Widerstands.
Die Dehnungsempfindlichkeit ist eine dimensionslose Größe und wird allgemein als Messfaktor bezeichnet.
Der Messfaktor jeder Produktionscharge wird durch Stichprobenmessungen ermittelt und auf jeder Verpackung als Nennwert mit seiner Toleranz angegeben. Referenz-Temperatur Die Referenz-Temperatur ist die Umgebungstemperatur, für die die technischen Daten der Dehnungsmessstreifen gültig sind, sofern keine Temperaturbereiche angegeben sind. Die für Dehnungsmessstreifen angegebenen technischen Daten basieren auf einer Referenztemperatur von 23 °C.
Temperaturcharakteristik
Aufgrund der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gitters und der Materialien treten im eingesetzten Messstreifen temperaturabhängige Änderungen des spezifischen Dehnungsmessstreifen-Gitterwiderstands auf. Diese Widerstandsänderungen erscheinen als mechanische Dehnung in der Probe. Die Darstellung der scheinbaren Dehnung als Funktion der Temperatur wird als Temperaturcharakteristik der Dehnungsmessstreifen-Anwendung bezeichnet. Um die scheinbare Dehnung bei Temperaturänderungen so gering wie möglich zu halten, wird jeder Dehnungsmessstreifen während der Herstellung auf einen bestimmten linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten abgestimmt. OMEGA bietet Dehnungsmessstreifen mit Temperaturcharakteristiken an, die auf ferritischen Stahl und Aluminium abgestimmt sind.
Betriebstemperaturbereich
Der Betriebstemperaturbereich ist der Messbereich der Umgebungstemperatur, in dem die Verwendung der Dehnungsmessstreifen ohne dauerhafte Veränderung der Messeigenschaften zulässig ist. Die Betriebstemperaturbereiche unterscheiden sich je nachdem, ob statische oder dynamische Werte erfasst werden sollen.
Maximal zulässige RMS-Brückenspannung
Die angegebenen Höchstwerte sind nur bei entsprechender Anwendung auf Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit (z. B. Stahl mit ausreichender Dicke) zulässig, wenn die Raumtemperatur nicht überschritten wird. In anderen Fällen kann ein Temperaturanstieg im Bereich des Messgitters zu Messfehlern führen. Messungen an Kunststoffen und anderen Materialien mit schlechter Wärmeleitfähigkeit erfordern eine Reduzierung der Versorgungsspannung oder des Arbeitszyklus (Impulsbetrieb).
DER DEHNUNGSMESSSTREIFEN IST EINES DER WICHTIGSTEN WERKZEUGE
der elektrischen Messtechnik, die zur Messung mechanischer Größen eingesetzt wird. Wie der Name schon sagt, werden sie zur Messung von Dehnungen verwendet. Als Fachbegriff umfasst „Dehnung” Zug- und Druckdehnung, die durch ein positives oder negatives Vorzeichen unterschieden werden. Daher können Dehnungsmessstreifen sowohl zur Erfassung von Ausdehnung als auch von Kontraktion verwendet werden. Die Dehnung eines Körpers wird immer durch einen äußeren Einfluss oder einen inneren Effekt verursacht. Dehnung kann durch Kräfte, Drücke, Momente, Wärme, strukturelle Veränderungen der Materialien und Ähnliches verursacht werden. Wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, kann die Größe oder der Wert der einwirkenden Größe aus dem gemessenen Dehnungswert abgeleitet werden. In der experimentellen Spannungsanalyse wird diese Eigenschaft häufig genutzt. Die experimentelle Spannungsanalyse verwendet die an der Oberfläche eines Prüfstücks oder Bauteils gemessenen Dehnungswerte, um die Spannung in den Materialien anzugeben und deren Sicherheit und Belastbarkeit vorherzusagen. Spezielle Messwandler können für die Messung von Kräften oder anderen abgeleiteten Größen, z. B. Momenten, Drücken, Beschleunigungen und Verschiebungen, Schwingungen und anderen, entwickelt werden. Der Messwandler enthält in der Regel eine druckempfindliche Membran, auf die Dehnungsmessstreifen aufgebracht sind.
Schreiber Einleitung zu Schreibern