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Messverfahren

Article By: wonpayratya
Classics


Die Änderung des Widerstandes wird in der Regel durch die Einbindung in eine elektrische Schaltung (Wheatstone’sche Brückenschaltung oder Chopper-Verstärker) erfasst und als Spannungssignal in einen Verstärker eingespeist. Dabei sind verschiedene Schaltungsarten in der Wheatstone-Brücke möglich, die je nach Anzahl und Orientierung der eingesetzten DMS zu unterschiedlichen Brückenfaktoren führen.


Submitted:May 1, 2009    Reads: 331    Comments: 0    Likes: 0   


Messverfahren [Bearbeiten]

Schaltungstechnik [Bearbeiten]

Die Änderung des Widerstandes wird in der Regel durch die Einbindung in eine elektrische Schaltung (Wheatstone'sche Brückenschaltung oder Chopper-Verstärker) erfasst und als Spannungssignal in einen Verstärker eingespeist. Dabei sind verschiedene Schaltungsarten in der Wheatstone-Brücke möglich, die je nach Anzahl und Orientierung der eingesetzten DMS zu unterschiedlichen Brückenfaktoren führen.

Brückentyp B Vollbrücke 2(1 + ν) bis 4 Halb~ 1 + ν bis 2 Viertel~ 1
dient dem Zeilenumbruch, bitte nicht entfernen

B steht hierbei für den sogenannten Brückenfaktor, ν für die Querdehnzahl des Werkstoffes, auf dem die DMS installiert sind.

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 Spannungabfälle auf den Zuleitungen). Bei der Dreileiterschaltung sind Verstärker erhältlich, die bis zu einer gewissen Kabellänge die Spannungsverluste in den Zuleitungen anhand des Spannungsabfalles einer der Leitungen kompensieren können, dies wird als geregelte Dreileiterschaltung bezeichnet.

Das Ausgangssignal bei der Nennlast eines Aufnehmers (vier aktive DMS) liegt typischerweise bei 2 mV pro Volt Speisespannung.

Elektronik (Verstärker) [Bearbeiten]

Es existieren drei Messverfahren für Dehnmessstreifen:

  1. Trägerfrequenz (Carrier frequency) mit 200 Hz bis 50 kHz als Trägerfrequenz
  2. Gleichspannung
  3. Konstantstrom

Alle Verfahren besitzen unterschiedliche Vor- und Nachteile. Das dritte Verfahren bietet die Möglichkeit, große Leitungslängen für die einzelnen Brückenschaltungen verwenden zu können, ohne dass das Signal verfälscht wird. Sowohl bei Trägerfrequenz als auch bei Gleichspannung werden allerdings die Kabelverluste heute durch einfach zu realisierende Elektronikschaltungen ausgeregelt, so dass dieser historische Vorteil der Konstantstromspeisung heute entfällt. Trägerfrequenz und Gleichspannung unterscheiden sich vor allem in der erzielbaren Signalbandbreite der am Markt erhältlichen Verstärker: Gleichspannung bis etwa 100 kHz, bei Trägerfrequenz sind meist nur wenige 100 Hz bis etwa 3 kHz üblich. Ein weiterer Unterschied liegt in ihrer Störanfälligkeit, die allerdings auch vom jeweiligen Umfeld und Einsatz abhängig ist. Das Trägerfrequenzverfahren ist unempfindlich gegen Thermospannungen, Gleichtaktstörungen (elektrische Einstreuungen) und - sofern die Störfrequenzen außerhalb der Trägerfrequenz plus/minus Bandbreite liegen - auch gegen Gegentaktstörungen (magnetische Einstreuungen). Allerdings müssen mehrere Trägerfrequenzverstärker miteinander synchronisiert werden, um sich nicht gegenseitig zu stören.

Im Labor oder unter optimalen Bedingungen können Gleichspannungsverstärker eingesetzt werden. Unter industriellen Bedingungen, bei denen oft unter starken Störfeldern gemessen werden muss, sind Trägerfrequenzmessverstärker vorteilhafter. Letztlich hängt dies aber an den beteiligten Frequenzen von Störstrahlung und Verstärker, ein generelles Urteil ist heute nicht mehr möglich, da nicht nur 50 Hz als Störfrequenz auftritt (diese könnte nur durch einen Trägerfrequenzverstärker vollständig unterdrückt werden, auch und gerade bei einer Nutzfrequenz von 50 Hz am DMS).

Einige typische Einsatzfelder [Bearbeiten]

  • Die Beanspruchungsanalyse der Bauteile für die Forschung und Entwicklung, zur Festigkeitsberechnung, Gestalt- und Werkstoff-Optimierung, bzw.
  • 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, Drehmoment und Dehnung
  • Bei der Überwachung von Bauteilen im Betrieb
  • Setzungs-Messungen von Bauwerken
  • Geodynamische Kontrollmessungen im Tunnelbau; siehe auch NÖT, bei Ankern, Felsklüften usw.
  • Hochtemperaturmessungen (bis 850 °Celsius) an Abgasanlagen




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