DE10120982A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren von Dehnungsmeßschaltungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren von Dehnungsmeßschaltungen, die aus mindestens einem Dehnungsaufnehmer (SG) in Viertelbrückenschaltung besteht, der über eine mindestens dreiadrige Meßleitung (16) mit einem Meßkanal (15) verbunden ist. Im Meßkanal (15) ist zur Erfassung und Verstärkung der Dehnungsmeßsignale eine Brücken- und Verstärkerschaltung (V) vorgesehen. Weiterhin ist zur Berücksichtigung der Spannungsabfälle auf den Meßleitungen (16) im Meßkanal (15) noch eine Regelschaltung (17, 20) vorgesehen. Zur Kalibrierung dieser Dehnungsmeßschaltung ist im Meßkanal (15) eine Kalibrierschaltung (26) integriert, die mindestens aus einem zuschaltbaren Kalibrierwiderstand (R¶S¶) besteht, der parallel zum Ergänzungsbrückenwiderstand (R¶E¶) schaltbar ist. Durch die Zuschaltung dieses Kalibrierwiderstandes (R¶S¶) wird ein Kalibriersignal erzeugt, das als Meßsignal einer definierten Dehnungsänderung erfaßbar und mit einem vorgegebenen Referenzwert vergleichbar ist. Dabei sind für die Abweichung noch Grenzwerte vorgebbar, deren Übershreitung gesondert signalisiert oder angezeigt wird. Mit einer derartigen Kalibrierschaltung (26) können bei einer Vielstellenmessung alle vorhandenen Meßkanäle (15) in kürzester Zeit vollautomatisch mit hoher Genauigkeit kalibriert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Dehnungsmeßschaltungen gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung der Kalibrie­ rung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

In der Flugzeugindustrie werden heute vielfach Materialspan­ nungen an größeren Tragflächen- oder Rumpfteilen im Windkanal oder in anderen Versuchsaufbauten mit Dehnungsmeßschaltungen erfaßt. Dazu werden vorzugsweise Dehnungsmeßstreifen an der Oberfläche der zu testenden Flugzeugteile appliziert, über Meß- und Speiseleitungen mit den nachgeschalteten Meßverstär­ kern verbunden und mittels programmgesteuerter digitaler Re­ chenanlagen ausgewertet. Um einen möglichst umfassenden Span­ nungszustand der Flugzeugteile oder anderer spannungsbelaste­ ter Teile erfassen zu können, werden an dessen Oberflächen teilweise bis zu 4.000 Dehnungsmeßstreifen befestigt. Zur Aus­ wertung jeder Messung muß vor der Versuchsdurchführung und bei jeder Änderung des Meßaufbaus oder der Umgebungsbedingungen jede Dehnungsmeßschaltung nachvollziehbar kalibriert werden. Wollte man dies manuell wie bei einer einzelnen Meßstelle mit Referenzwiderständen durchführen, würde dies jeweils einige Minuten in Anspruch nehmen. Bei hohen Meßstellenzahlen wäre dies sehr aufwendig und würde kostbare Versuchszeit in An­ spruch nehmen.

Beim Einsatz derartiger Dehnungsmeßstreifen zur Dehnungsmes­ sung werden diese zur Meßwerterfassung meist mit Kompensati­ onsdehnungsmeßstreifen oder Ergänzungswiderständen zu einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet. Dabei werden bei Viel­ stellenmeßschaltungen die Ergänzungswiderstände meist bereits im Eingangsbereich der Verstärkerkanäle fest montiert, so daß die Dehnungsmeßstreifen als sogenannte Viertelbrücke schaltbar sind und über Meßleitungen mit den einzelnen Verstärkereingän­ gen verbunden werden. Um bei längeren Meßleitungen den meß­ wertverfälschenden Spannungsabfall auf den Meß- und Speiselei­ tungen berücksichtigen zu können, sind verschiedene spannungs­ geregelte Dreileiterschaltungen bekannt, durch die dieser Spannungsabfall berücksichtigt wird.

Jede Dehnungsmeßstelle ist deshalb bei derartigen Dehnungsmeß­ schaltungen mit mindestens einer dreiadrigen Meß- und Speise­ leitung auf jeweils einem Verstärkerkanal geführt und gruppen­ weise über Stecker an vielkanälige Verstärkerbaugruppen mit beispielsweise bis zu 128 Meßkanälen angeschlossen. Es sind deshalb Kalibriergeräte bekannt, die über Meßgerätestecker an die jeweiligen Verstärkerbaugruppen anschließbar sind und mit denen die bis zu 8 Meßschaltungen einer Verstärkerbaugruppe mit einem nachvollziehbaren Kalibriervorgang gleichzeitig ka­ libriert werden können. Dazu sind in den Kalibriergeräten Schaltungen vorgesehen, die mindestens aus einem Referenzwi­ derstand und einem anschaltbaren Parallelwiderstand bestehen, wobei der Referenzwiderstand dem Nennwert eines Dehnungsmeß­ streifens entspricht. Die zuschaltbaren Parallelwiderstände sind dabei so bemessen, daß sie im zugeschalteten Bereich mit dem Referenzwiderstand eine definierte Dehnung eines Dehnungs­ meßstreifens nachbilden. Da diese Kalibriergeräte jeweils ma­ nuell an eine Verstärkerbaugruppe durch Abziehen der Meßleitungen und Aufstecken des Verbindungskabels des Kalibriergerä­ tes aufgeschaltet werden müssen, ist ein derartiger Aufwand bei einigen tausend Meßstellen nicht unbeträchtlich, so daß die Kalibrierung einen erheblichen Zeitaufwand erfordert. Im übrigen können sich bei der Wiederanschaltung der Meßstellen zusätzliche Übergangswiderstände durch die Steckverbindung bilden, die das Kalibrierergebnis verfälschen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kali­ brierung von Dehnungsmeßschaltungen ohne großen manuellen Auf­ wand und in möglichst kurzer Kalibrierzeit durchführen zu kön­ nen.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 und 8 angege­ bene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Aus­ führungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, daß sich bei spei­ sespannungsgeregelten Drei- und Mehrleiterschaltungen eine Ka­ librierung auch mit einem zuschaltbaren Parallelwiderstand am verstärkerseitigen Ergänzungswiderstand ausführen läßt, da sich die Brücke insgesamt im vorgesehenen Dehnungsbereich re­ lativ linear verhält, so daß es meßtechnisch gleichwertig ist, ob die Kalibrierschaltung im Dehnungsmeßstreifenbereich oder am Ergänzungswiderstand vorgesehen wird.

Es war bei Dehnungsmeßschaltungen zwar schon bekannt, auch am Ergänzungswiderstand einen zuschaltbaren Parallelwiderstand anzuordnen, wobei dieser aber nicht zur Kalibrierung, sondern nur zur Kontrolle des Anschaltzustandes des Dehnungsmeßstrei­ fens verwendet wurde. So konnte damit lediglich kontrolliert werden, ob der Eingangskreis ordnungsgemäß angeschlossen worden ist und keine Leitungsunterbrechungen oder Kurzschlüsse vorhanden waren, indem nur eine undefinierte Meßsignaländerung auftreten mußte. Die Fachwelt hielt dabei eine Kalibrierung mit Meßfehlern von höchstens 0,2% mittels eines zuschaltbaren Parallelwiderstandes im Ergänzungswiderstandsbereich für nicht durchführbar, da der Widerstand des messenden. Dehnungsmeß­ streifens in Folge von Toleranzen und Dehnungen um mehrere Prozent vom Nennwert abweichen kann und daß die zum Dehnungs­ meßstreifen führenden Anschlußleitungen bei längeren Kabeln ebenfalls Widerstände im Bereich von mehreren Ohm haben kön­ nen. Erst durch die Erkenntnis, daß eine gegenläufige Beein­ flussung zwischen dem Dehnungsmeßstreifenviertelzweig und dem Ergänzungswiderstandsbrückenzweig ein relativ lineares Brüc­ kenverhalten ergibt, war mit einer definierten Widerstandsän­ derung im Ergänzungswiderstandsbereich eine Kalibrierung mit engen Toleranzen durchführbar.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die feste Anordnung der Kalibrierschaltung in jedem Meßkanal die Kalibrierung vollautomatisierbar durchgeführt werden kann. Dies ist durch programmgesteuerte Rechenanlagen vorteilhaft auch in regelmä­ ßigen Abständen oder in arbeitsfreien Zeiträumen vollautoma­ tisch möglich und kann in kürzester Zeit durchgeführt werden. Dabei können durch gleichzeitige Anschaltung aller Kalibrier­ widerstände alle vorhandenen Meßkanäle gleichzeitig kalibriert werden, auch wenn sie in mehreren Verstärkerbaugruppen ange­ ordnet sind. Auf einfache Weise kann dabei auch der gesamte Kalibriervorgang listenmäßig protokolliert werden, so daß vor­ teilhafterweise nachprüfbare Kalibrierergebnisse erstellbar sind. Durch einfachen Vergleich des erfaßten Kalibriersignals mit einem vorgegebenen Referenzsignal kann für alle Meßkanäle gleichzeitig oder nacheinander die jeweilige Abweichung festgestellt und bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes eine Fehlermeldung signalisiert werden.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß die Meßkreise beim Kalibrieren nicht abgetrennt werden müssen, sondern viel­ mehr die am Meßkanal angeschlossene Meßstelle und dessen An­ schlußleitungen in dem Kalibriervorgang eingeschlossen sind, was die Meßsicherheit und Meßgenauigkeit verbessert. Dabei ist eine Kalibrierung auch dann noch mit hoher Präzision möglich (Fehler < 0,1%), wenn die Meßstellenwiderstände bis zu +/-6% von ihrem jeweiligen Nennwert abweichen und zusätzlich noch Leitungswiderstände von über 20% des Meßstellennennwertes vorhanden sind. Durch die verbleibende unbeeinflußte Anschal­ tung der Meßstellen wird gleichzeitig eine Überprüfung der ordnungsgemäßen Anschaltung der Meßstellen durchgeführt, so daß ein derartiger Prüfvorgang entbehrlich ist.

Besonders vorteilhaft ist die einfache Ausgestaltung der Kali­ briervorrichtung, da im Grunde nur ein vorgegebener anschalt­ barer Meßwiderstand im Meßkanal vorgesehen werden muß. Gleich­ zeitig kann der vorhandene präzise Ergänzungswiderstand zur Kalibrierung mitbenutzt werden, so daß eine sehr kostengünsti­ ge Kalibriervorrichtung geschaffen wurde, die insbesondere bei einer Vielstellendehnungsmessung vorteilhaft ausführbar ist. Die erfindungsgemäße Kalibrierschaltung ist auch auf einfache Weise in vorhandene Meßkanäle integrierbar, ohne daß diese Meßschaltungen nennenswert verändert werden müßten und auch kaum ein zusätzlicher Platzbedarf dafür erforderlich ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Meßkanalkali­ brierung nach dem Stand der Technik, und

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild einer Vorrichtung zur Dehnungsmessung mit einer integrierten Kali­ brierschaltung.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Schaltbild zur Kalibrierung eines Meßkanals 1 mit einem extern über einen Stecker oder dergleichen anschließbares Kalibriergerät für ma­ ximal 8 Meßkanäle einer Verstärkerbaugruppe nach dem Stand der Technik. Jeder Meßkanal 1 innerhalb einer Verstärkerbaugruppe besteht im wesentlichen aus den Ergänzungswiderständen R_E, R_H einer Wheatstone'schen Vollbrücke, einer Speisespannungsschal­ tung 5 und einer Meßverstärkerschaltung V.

Bei der vorgesehenen Dehnungsmeßschaltung wird ein eingesetz­ ter Dehnungsmeßstreifen als sogenannte Viertelbrücke mit min­ destens drei weiteren Ergänzungs- R_E und Hilfswiderständen R_H zu einer Wheatstone'schen Vollbrücke verschaltet. Diese Wider­ stände R_E, R_H sind im Meßkanal 1 einer Verstärkerbaugruppe an­ geordnet und über mindestens eine drei- oder mehradrige Meß­ leitung 2 mit einem nicht dargestellten Dehnungsmeßstreifen als Dehnungsaufnehmer verbunden. Dabei sind zwei identische Hilfswiderstände R_H zu einer Halbbrücke 3 verschaltet und mit ihrem Mittenanschluß 4 mit dem Eingang eines Operationsver­ stärkers V als Verstärkerschaltung verbunden.

Ein Ergänzungswiderstand R_E ist zu einem der beiden Brücken­ hilfswiderstände R_H parallel geschaltet und gleichzeitig mit der Speisespannungsquelle 5 verbunden. Die Speisespannungs­ quelle 5 ist mit dem anderen Spannungspol mit dem zweiten Brückenhilfswiderstand R_H verschaltet und auf einem Meßkanalanschluß 6 gelegt. Ein zweiter Meßkanalanschluß 7 ist mit dem zweiten Verstärkereingang und ein dritter Meßkanalanschluß 8 mit dem Ergänzungswiderstand R_E verbunden. Der Ausgang des Meßverstärkers V ist mit einem Meßkanalausgangsanschluß 9 ver­ bunden, dessen Ausgangssignal in einer nachfolgenden Anzeige­ schaltung 10 anzeigbar ist oder zur Weiterverarbeitung in ei­ ner programmgesteuerten Rechenanlage verwendet werden kann.

Eingangsseitig ist der Meßkanal 1 mit einer dreiadrigen Meß­ leitung 2 mit einer Kalibrierschaltung 11 eines Kalibriergerä­ tes verbunden, das anstatt des Dehnungsmeßstreifens an den Meßkanal 1 geschaltet ist. Im Kalibriergerät ist für jeden Meßkanal 1 eine separate Kalibrierschaltung 11 vorgesehen, die aus mindestens zwei Meßwiderständen besteht, die eine an­ schaltbare Parallelschaltung darstellen. Der fest angeschalte­ te Referenzwiderstand 12 entspricht dem Nennwiderstand des vorgesehenen Dehnungsmeßstreifens. Derartige Dehnungsmeßstrei­ fen werden vorzugsweise mit Nennwiderstandswerten von 120, 350 oder 1.000 Ω gefertigt. Parallel zu diesem Referenzwiderstand 12 ist noch ein Kalibrierwiderstand 13 über einen elektrischen Schalter 14 anschaltbar, der eine vorgegebene Dehnungsänderung eines Dehnungsmeßstreifens von 10.000 µm/m nachbildet.

Ist ein derartiges Kalibriergerät anstatt der einzelnen Deh­ nungsmeßstreifen über eine Steckverbindung an die Verstärker­ baugruppe angeschlossen, so müssen alle Meßkanäle 1 zunächst ein Nullsignal anzeigen, da durch den angeschlossenen Refe­ renzwiderstand 12 die Brücke abgeglichen sein müßte, wenn der Meßkanal 1 ordnungsgemäß arbeitet. Wird nun durch den Schalter 14 der Kalibrierwiderstand 13 zugeschaltet, so wird eine Deh­ nungsänderung von 10.000 µm/m nachgebildet. Dadurch wird die Brücke so verstimmt, daß in der Verstärkerschaltung V im Diagonalzweig 4, 7 ein Meßsignal erfaßt wird, durch das bei­ spielsweise eine Dehnungsänderung von -9.997 µm/m in der An­ zeigeschaltung 10 angezeigt wird. Eine derartig geringe Abwei­ chung von 3 µm/m bei einer nachgebildeten Dehnungsänderung von 10.000 µm/m beträgt 0,03% und liegt in jedem Fall im zulässi­ gen Toleranzbereich, so daß die dargestellte Kalibrierschal­ tung 11 einen ordnungsgemäß kalibrierten Meßkanal 1 anzeigt.

Die Kalibrierprozeduren sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die einzelnen Meßkanäle 1 identifizieren und die zugehöri­ gen Kalibrierdaten speichern und bei solchen Meßkanälen Feh­ lermeldungen anzeigen oder ausdrucken, die über den zulässigen Toleranzwerten liegen. Eine derartige Kalibrierung erfolgt je­ weils für jede Verstärkerbaugruppe mittels eines Gerätestec­ kers, mit dem zunächst die Dehnungsmeßstreifen abgeschaltet und das Kalibriergerät durch Aufstecken der Steckvorrichtung angeschaltet wird. Nach Beendigung der Kalibrierung wird das Kalibriergerät entfernt und die Meß- und Speiseleitungen 2 der Dehnungsmeßstreifen wieder mit den Meßkanälen 1 der Verstär­ kerbaugruppe verbunden. Dieses Verfahren muß für jede ansteck­ bare Verstärkerbaugruppe separat erfolgen und erfordert bei vielen Verstärkerbaugruppen einen erheblichen manuellen Ar­ beits- und großen Zeitaufwand, bis eine vollständige Kalibrie­ rung aller Meßkanäle 1 erfolgt ist.

Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer Vorrichtung zur Dehnungsmessung eines Meßkanals 15 mit einer integrierten Kalibrierschaltung 26 im Bereich des Ergän­ zungswiderstandes R_E. Bei dieser Dehnungsmeßschaltung ist ein Dehnungsmeßstreifen SG zur Dehnungsmessung außerhalb des Meß­ kanals 15 vorgesehen. Dieser Dehnungsmeßstreifen SG ist bei­ spielsweise mit einer Vielzahl anderer Dehnungsmeßstreifen SG an einem dehnungsempfindlichen Flugzeugbauteil appliziert und über beispielsweise eine spannungsgeregelte dreiadrige Meßlei­ tung 16 mit dem Meßkanal 15 verbunden. Diese Meßleitung 16 ist durch dessen Leitungswiderstände R_wire nachgebildet und kann auch viele hundert Meter von der Meßkanalschaltung 15 entfernt sein. Die Meßleitung 16 ist beispielsweise über Anschlußstec­ ker mit dem Meßkanal 15 verbunden und braucht auch während ei­ ner Kalibrierung nicht vom Meßkanal 15 entfernt werden.

Die Spannungsnachregelung wird durch einen Operationsverstär­ ker 17 mit einem konstanten Verstärkungsfaktor von 2 erzeugt, der den Spannungsabfall auf den beiden Speiseleitungen 18, 19 über eine Addierschaltung 20 nachregelt. Eine derartige Ad­ dierschaltung 20 wird vorzugsweise als Summierverstärker aus­ gebildet. Eine derartige Spannungsnachregelung ist aus der noch nicht veröffentlichten DE 199 57 088.4 vom 29.11.1999 be­ kannt und kompensiert die Spannungsabfälle auf den Meß- und Speisespannungsleitungen 18, 19, die durch die Leitungswider­ stände R_wire verursacht werden.

Ein Dehnungsmeßstreifen als Dehnungsaufnehmer kann auch durch eine geregelte Vierleiterschaltung mit einem Meßkanal verbun­ den werden. Derartige spannungsgeregelte Vierleiterschaltungen für Dehnungsmeßstreifen sind aus dem Rohrbach, Handbuch für experimentelle Spannungsanalyse, Düsseldorf 1989, Seite 676 vorbekannt.

Der Dehnungsmeßstreifen SG ist als sogenannte Viertelbrücke geschaltet und über einen ersten Speisespannungsanschluß 21, einem Fühlerleitungsanschluß 22 und einem zweiten Speisespan­ nungsanschluß 23 mit dem Meßkanal 15 verbunden. An den zweiten Speisespannungsanschluß 23 ist mit dem Dehnungsmeßstreifen SG im Meßkanal 15 ein Ergänzungswiderstand R_E in Reihe geschal­ tet, der mit den Dehnungsmeßstreifen SG eine Halbbrücke bil­ det. Parallel zu dieser Halbbrücke ist noch eine weitere Halb­ brücke 24 aus zwei in Reihe geschalteten Hilfswiderständen R_H vorgesehen, wobei beide Halbbrücken eine Wheatstone'sche Voll­ brücke bilden.

In der Meßdiagonalen dieser Vollbrücke ist ein Meßverstärker 30 geschaltet, an dessen Ausgang 25 ein Dehnungsmeßsignal an­ liegt, das als elektrisches Meßsignal in mV/V erzeugt wird. Die Brückenschaltung wird von einer Spannungsquelle V_e im Meß­ kanal 15 versorgt, die einerseits mit der Hilfshalbbrücke 24 und der Addierschaltung 20 und andererseits mit dem Ergän­ zungswiderstand R_E und einer Kalibrierschaltung 26 verbunden ist. Dabei besteht die Kalibrierschaltung 26 aus einem Kali­ brierwiderstand R_S, der über einen elektronischen Schalter 28 parallel zum Ergänzungswiderstand R_E schaltbar ist. Der Kali­ brierwiderstand R_S ist als hochpräziser Meßwiderstand ausge­ bildet. Bei einem herkömmlichen Dehnungsmeßstreifen von 350 Ω Nennwiderstand ist der Ergänzungswiderstand R_E ebenfalls mit einem Widerstandswert von 350 Ω vorgesehen. Bei einer derarti­ gen Schaltung besitzt der Kalibrierwiderstand R_S beispielswei­ se einen Wert von 87,25 Ω, wobei durch die Parallelschaltung ein Kalibriersignal erzeugt wird, das eine Dehnungsänderung an einem Dehnungsmeßstreifen SG von 2.000 µm/m (k-Faktor k = 2) nachbildet.

Solange der Kalibrierschalter 28 geöffnet ist, liegt am Aus­ gang 25 der Brücke ein Ausgangssignal an, das der relativen Dehnung am Dehnungsmeßstreifen SG entspricht. Im unbelasteten Zustand der Meßschaltung müßte der Dehnungsmeßstreifen SG als auch der Ergänzungswiderstand R_E idealerweise jeweils einen Wert von 350 Ω aufweisen und die Brücke wäre abgeglichen und am Ausgang müßte ein Nullsignal anliegen. Aber auch wenn der Dehnungsmeßstreifen SG eine Widerstandstoleranz besitzt oder bereits gedehnt oder gestaucht wäre und somit stark (z. B. um mehrere Prozent) von seinem Nennwert abweichen würde, kann bei der Applikation das Ausgangssignal rechnerisch durch eine nicht dargestellte Nullabgleichschaltung auf Null abgeglichen werden. Ein derartiger rechnerischer Nullabgleich hat dabei auch keinen Einfluß auf die Meßempfindlichkeit, da sich die relative Widerstandsänderung des Dehnungsmeßstreifens linear zur Dehnung verhält, die die Empfindlichkeit von Brückenschal­ tungen in weiten Grenzen praktisch unbeeinflußt läßt und es deshalb auf den Ausgangswert des Dehnungsmeßstreifens SG nicht ankommt.

Nach diesem automatisch durchführbaren Nullabgleich erfolgt die Kalibrierung unter Simulation einer vorgegebenen Dehnungs­ änderung mit beispielsweise 2.000 µm/m durch Anschaltung des Kalibrierwiderstandes R_S über den elektronischen Schalter 28 parallel zum Ergänzungswiderstand R_E. Hierdurch wird ein Kali­ briersignal im Ergänzungszweig bzw. der Ergänzungsviertelbrüc­ ke erzeugt, das bei ordnungsgemäßer Meßschaltung zu einem Aus­ gangssignal von recht genau 2.000 µm/m führt. Dies überra­ schende Ergebnis resultiert daraus, daß die Wechselwirkungen zwischen den Dehnungsmeßstreifen SG und dem Ergänzungswider­ standsbereich bei Dehnungsmessungen zu einem weitgehend line­ arisierten Bereich der Brücke führen. So hat sich in der Pra­ xis gezeigt, daß in einem verhältnismäßig großen Dehnungsbe­ reich eines Dehnungsmeßstreifens von beispielsweise -40.000 µm/m bis +40.000 µm/m (entspricht +/-8% Toleranz des Deh­ nungsmeßstreifens) die Empfindlichkeit (mV/V) der Brücken­ schaltung nur +/-0,1% vom Idealwert abweicht. Eine derartig geringe Abweichung ist aber bei Dehnungsmessungen vernachläs­ sigbar klein. Diese Konstanz der Empfindlichkeit gilt sowohl für die gemessene Dehnung mittels Dehnungsmeßstreifen als auch für das Kalibriersignal, obwohl der Dehnungsmeßstreifen um +/-­ 8% von seinem Nennwert abweichen kann. Dieser überraschende Eigenschaft der Brückenschaltung ist es zu verdanken, daß das Kalibriersignal eine hohe Präzision besitzt und zur Kalibrie­ rung verwendet werden kann.

Eine Kalibrierung von Dehnungsmeßschaltungen kann aber auch erfolgen, wenn kein vorheriger Nullabgleich erfolgt ist. Dann müßte bei Anschaltung des Kalibrierwiderstands eine Meßsignal­ änderung von beispielsweise 2.000 µm/m gegenüber dem vorheri­ gen Meßwert eintreten.

Da der Ergänzungswiderstand R_E und der Kalibrierwiderstand R_S vorteilhafterweise im Meßkanal 15 fest einbaubar sind, ist mit dieser Kalibrierschaltung 26 eine weitgehend selbsttätige Ka­ librierung der Brücke auch bei Vielstellenmessungen möglich, ohne daß zeitraubende manuelle Ausführungen notwendig sind. So können durch die selbsttätige Zuschaltung der Kalibrierschal­ terr 28 in allen Meßkanälen 15 präzise Dehnungsänderungssigna­ le simuliert werden. Dabei können die Ausgangssignale über ei­ ne programmgesteuerte Rechenschaltung 29 auf beispielsweise +/-0,2% Grenzwertabweichungen gegenüber dem theoretisch zu erwartenden Referenzsignal (z. B. 2.000 µm/m) überprüft und entsprechende Überschreitungen gemeldet werden.

Eine derartige selbsttätige Kalibrierung ist deshalb durch ei­ ne digitale Rechenschaltung 29 auch in regelmäßigen Zeitab­ ständen gleichzeitig in allen Meßkanälen 15 möglich, ohne daß hierfür manuelle Arbeitskräfte notwendig sind. Eine derartige Kalibrierung kann durch die Rechenschaltung 29 auch protokol­ liert und gespeichert werden, so daß die jeweiligen Kalibrier­ werte auch nachprüfbar erfaßt sind, so daß insbesondere bei sicherheitsrelevanten Messungen an geprüften Flugzeugteilen unmanipulierbare Meßwerte vorliegen, die von entsprechenden Überwachungsbehörden überprüfbar sind.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Kalibrieren von Dehnungsmeßschaltungen, wobei die Dehnungsmeßschaltungen aus mindestens einem Dehnungsaufnehmer in Form eines Dehnungsmeßstreifens be­ stehen, der als Viertelbrückenwiderstand geschaltet und über eine mindestens dreiadrige Meßleitung mit einem Meßkanal verbunden ist, der zur Erfassung und Verstär­ kung der Dehnungsmeßsignale dient und wobei an den Meß­ kanal eine Kalibrierschaltung anschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (15) eine Spannungsre­ gelschaltung (17, 20) enthält, die mindestens die Span­ nungsabfälle auf der Meßleitung (16) ausregelt und daß die Kalibrierschaltung (26) im Meßkanal (15) integriert ist und mindestens aus einem zuschaltbaren Kalibrierwi­ derstand (R_S) parallel zu einem Ergänzungswiderstand (R_E) besteht, nach dessen Zuschaltung ein Kalibriersi­ gnal erzeugt wird, das als Meßsignal einer definierten Dehnungsänderung erfaßbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierwiderstand (R_S) als präziser Meßwiderstand ausgebildet ist, der über Schaltmittel (28) parallel zum Ergänzungswiderstand (R_E) der Ergänzungsviertelbrücke schaltbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltmittel (28) als elektronische Schal­ ter ausgebildet sind, die über eine elektronische Re­ chenschaltung (29) ansteuerbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektronische Rechenschal­ tung (29) so ausgebildet ist, daß zur Kalibrierung die Schalter (28) aller vorhandenen Meßkanäle (15) gleich­ zeitig, nacheinander oder in vorgegebener Ablauffolge geschaltet und deren Kalibriersignale erfaßt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Rechenschaltung (29) die erfaß­ ten Kalibriersignale mit vorgegebenen Referenzsignalen verglichen und deren Abweichung angezeigt und/oder ge­ speichert werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Rechenschaltung (29) die erfaß­ ten Abweichungen mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen und bei einer festgestellten Überschreitung signalisiert und/oder ausgegeben werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Rechenschaltung (29) die erfaß­ ten Kalibrierwerte und deren Abweichungen vom Referenz­ wert meßkanalzugehörig identifiziert und nachvollziehbar protokolliert werden.

8. Verfahren zum Kalibrieren von Dehnungsmeßschaltungen mittels einer der Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kalibrieren der Meßschaltung zunächst das Dehnungsmeßsignal des Deh­ nungsmeßstreifens (SG) bei geöffneten Kalibrierschalter (28) erfaßt wird, und daß nachfolgend der Kalibrier­ schalter (28) geschlossen und die Differenz des Deh­ nungsmeßsignals als Kalibriersignal erfaßt und mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen und dessen Abwei­ chung ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzsignale aller vorhandenen Meßkanäle (15) erfaßt, identifiziert und protokolliert werden und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen und festgestellte Grenzwertüberschreitungen signalisiert und/oder geson­ dert ausgegeben werden.