Dehnungsmessstreifen in Automatisierungssystemen

Ohne Sensoren, auf deren Grundlage Rückkopplungen gebildet werden, ist kein geschlossenes automatisches Steuerungssystem denkbar.

Sensoren ... So unterschiedlich in Design und Wirkprinzip. Digitale und analoge Drucksensoren, Temperatursensoren, Drehzahlen, Anstrengungen, Strom-, Spannungs-, Verschiebungssensoren ... Und dies ist nicht die gesamte Liste aller Arten von Sensoren, die in verschiedenen Steuerungssystemen verwendet werden.

Aber Sensor - Dies ist nur ein Gerät, das sein Signal proportional zum gemessenen Parameter ändert. Und da das bequemste Signal für die Übertragung und Umwandlung elektrischer Strom ist, basiert das Funktionsprinzip der meisten Sensoren auf einer Änderung ihres eigenen elektrischen Widerstands unter dem Einfluss eines externen Faktors. Daher sind Sensoren mit eingebauten tensometrischen Elementen weit verbreitet.

Was ist Dehnungsmessstreifenelement? Dies ist meistens ein geschützter Film aus einer Metalllegierung (Folie), dessen elektrischer Widerstand direkt proportional zur auftretenden Verformung ist. Die verwendete Legierung ist üblicherweise eine Mischung aus Nickel und Kupfer in einem bestimmten Verhältnis.

Es ist die Kombination dieser Metalle, die die stärkste Abhängigkeit des Widerstands von äußeren mechanischen Einflüssen bietet. Es stellt sich heraus, dass alles ganz einfach ist: Sie haben ein Dehnungsmessstreifen-Widerstandselement in die Schaltung aufgenommen, eine konstante kleine Spannung (mehrere Volt) angelegt, und anhand der Größe des Stroms beurteilen wir die Verformungen, dh die auf den Sensor wirkende Kraft.

In der Praxis gibt es jedoch ein anderes Problem. Es besteht darin, dass selbst bei einer Legierung aus Kupfer und Nickel die Widerstandsänderung unter dem Einfluss der Verformung sehr unbedeutend ist. Daher müssen Verstärker oder Analog-Digital-Wandler verwendet werden.

Da die Messungen vom Nullpunkt aus einfacher sind, wird in DMS-Sensoren häufig ein Dehnungsmessstreifen verwendet, der als Wheatstone Bridge bezeichnet wird. Die Wheatstone-Brücke ist ein Gerät mit vier Anschlüssen, das die Widerstände R1, R2, R3 und R4 in seiner Schaltung enthält. Widerstände befinden sich auf den Schultern der Brücke, dh in ihren unabhängigen Zweigen.

Es ist sehr wichtig, dass bei gleichen vier Widerständen der Wheatstone-Brücke die Spannung an ihrem Ausgang unabhängig von der Eingangsspannung Null ist. Und wenn sich der Widerstand in mindestens einem Arm ändert, erscheint am Ausgang der Brücke sofort eine Spannung, die leicht zu verfolgen ist und direkt proportional zur Widerstandsänderung des Widerstands ist.

Diese Abhängigkeit der Ausgangsspannung der Wheatstone-Brücke von der Widerstandsänderung in ihren Schultern wird bei DMS-Sensoren verwendet. Das heißt, durch Platzieren von Dehnungsmessstreifenwiderständen in einer oder mehreren Schultern der Brücke können wir komplexe Verformungen verfolgen, die im Sensor auftreten.

Strukturell ist der Sensor ein elastisches Element, das Dehnungsmessstreifen enthält. Gewöhnliche Widerstände, die Teil der Brücke sind, können im ADC platziert oder in einer separaten Einheit ausgeführt werden.

Es ist einfach erstaunlich, wie vielfältig Messungen mit ähnlichen Dehnungsmessstreifensensoren durchgeführt werden können. Mit Dehnungsmessstreifen können Sie Kraft, Gewicht, Druck, Verschiebung, Verformung an sich, Vibration ... steuern. Dehnungsmessstreifen sind natürlich eine der nützlichsten Erfindungen auf dem Gebiet der Automatisierung.

Alexander Molokov