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Widerstände als Sensoren

Dehnungsmessstreifen melden Risse in Flugzeug-Tragflächen

23. Februar 2015, 13:07 Uhr | Von Yuval Hernik und Robert Watson

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Einsatzfall: Brückenergänzung

Zur Brückenergänzung bei einem einzelnen in einer Viertelbrücke zusammengeschlossenen Dehnungsmessstreifen (R1 in Bild 1) wird ein Präzisionswiderstand (R2 in Bild 1) mit demselben elektrischen Widerstand wie der Dehnungsmessstreifen am benachbarten Anschluss der Wheatstonebrücke verwendet. Zwei weitere Präzisionswiderstände (R3 und R4 in Bild 1) bilden den Verhältnispfad, um die Brückenschaltung zu vervollständigen. Übliche Werte sind 120 Ω, 350 Ω, 1 kΩ und 5 kΩ. Um die langfristige Präzision der Messungen sicherzustellen, sollten auch für die Verhältnispfade der Brücke präzise Folienwiderstände verwendet werden. Die beiden Verhältnispfad-Widerstände müssen denselben Widerstandswert aufweisen, der aber nicht unbedingt mit dem des Dehnungsmessstreifens übereinstimmen muss. Die Genauigkeit der Dehnungsmessung wird direkt von der Genauigkeit und Stabilität der zur Vervollständigung der Brückenschaltung verwendeten Präzisionswiderstände beeinflusst.

Um unter variierenden Umgebungsbedingungen akkurate und reproduzierbare Daten von DMS-Messwandlern zu erhalten, sind stabile Dehnungsmessstreifen mit geringer Temperaturempfindlichkeit, guter wechselseitiger Abstimmung, hervorragender Linearität und vernachlässigbarer Hysterese erforderlich. Die dünne, gewalzte Folie wird für die maximale Genauigkeit der Messwandler optimiert. Durch die Verwendung von gepaarten Dehnungsmessstreifen, z.B. des 125MG oder S085X von Vishay Precision Group (VPG) kann die Abstimmung weiter verbessert werden. Die beiden auf einem gemeinsamen Träger befindlichen Messstreifen werden mit einer Präzisionsschere getrennt und als benachbarte Pfade der Wheatstone-Brückenschaltung geschaltet. Ein Messstreifen wird in einem positiven Dehnungsbereich (Längendehnung) aufgeklebt, der andere in einem negativen Dehnungsbereich (Druckverformung). Wenn die Anwendung es erlaubt, bietet die Verwendung einer Halbbrückengeometrie wie beispielsweise beim T028X oder T015X die gleiche Verbesserung. In diesem Fall müssen die Bereiche für Längsdehnung und Druckverformung so positioniert werden, dass sie mit den Zwischenräumen der beiden Gitter in der Geometrie übereinstimmen.

Da beide Gitter in einem Schritt aufgeklebt werden, vereinfacht diese Methode auch die Installation und Verdrahtung der Messstreifen. Die beste Messstreifenabstimmung und die einfachste Installation bietet jedoch eine Vollbrückengeometrie, wie sie z.B. beim S1449 oder S055X vorliegt. Wie bei den Halbbrücken auch, müssen die Bereiche für Längsdehnung und Druckverformung so positioniert werden, dass sie mit den Zwischenräumen der vier Gitter der Vollbrückengeometrie übereinstimmen.