DE1773564A1 - Anordnung zur Verminderung der durch unterschiedliche Eigenerwaermung der Dehnungsmessstreifen in einem Dehnungsmessstreifen-Messwertgeber hervorgerufenen Fehler - Google Patents

Description

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Anordnung zur Vorn ImI er unr; dor durch untorgojilccUlohQ

Boi einem Dehnuncomoßstreifen-Meßwertgebar soll die Ausgangsspannung· innerhalb dos Meßbereichs linear von dor Speisespannung abhängen. Um diesen linearen Vorlauf zu erreichen, sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt, die unter anderem auch darauf tbzielen, durch äußere thermische Einwirkungen hervorgerufene Verfälschungen des Meßergebnieses mittels temperaturabhi'ngigor Widerstünde in geeigneter Bemessung und Anordnung zu kompensieren. E3 hat sich jedoch herausgestellt, daß trotz sorgfältiger Anwendung der bekannten Maßnahmen die auftretenden Verfälschungen nicht gänzlich behoben werden können. Die verbleibenden Fohler sind zwar relativ klein, sind jedoch für hoohgenaue Messungen nicht tragbar.

In eingehenden Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Ursache für diese Fehler in einer untercchiedllchen Eigenerv;ärmung der einzelnen Dehnungsmeßstreifen des Meßwertgebers liegt. Trotz sorgfältiger Auswahl von Material und Abmessungen führt der Speisastrom in den Leitorteilen der einzelnen Dehnungsmeßstreifen zu einer unterschiedlichen strornabhängigen Erwärmung, auch unterliegt die Wärmeableitung boi den einzelnen Dehnungsmeßstreifen unterschiedlichen Einflüssen. Zwar kann man durch Verwendung temporaturunabhängigen Widerstandcrnaterials, wie z. B. Konstantan, für die Dehnungsmeßstreifen unmittelbar durch Temperaturlinderungen bedingte Widerstandslinderungen vermeiden, Jedoch bewirken die Tcmporaturünderungen im Meßkörper und dem an diesem befestigten Leitermaterial der Dehnungsmeßstreifen lokale mechanische Spannungen, die im Dehnungsmeßstreifen eine entsprochende Widerstandsänderung hervorrufen, die sich den durch die zu messende physikalische Oröße hervorgerufenen Widerstandsänderungen überlagern und zu einer Verfälschung das Moßorgebnisses führen.

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Es ist demgemäß Aufgabe dor Erfindung, die durch die unterschiedliche Eigenerwärmung der oinsolnon DchnungnmoßGtroifon hervorgerufenen Mof>viortverflilsohungon zumindest zu vermindern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungcgernliß mindestens einem der Dehnungsmeßstreifen ein erster tomperaturabhKngiger Widerstand derart raumlich zugeordnet iüt, daß er dem Einfluß der Eigenerwärmung dos DehnuhgGineßstroifens unterliegt, und daß der temperaturabhängige Widorsto.nd so bemessen und in die. elektrische Moßcchaltung eingefügt ist, daß er der durch die Eigenerwärmung dos Dehnungsmeßstreifens hervorgerufenen WiderStandsänderung entgegenwirkt.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprUchen. In der nachfolgenden Bosohreibung der in den Zeichnungen in sohematischer V/oiso dargestellten Ausführungsbolspiele ist die Erfindung nlihor erläutert.

In Figur 1 ist ein Dohnungsmoßstreifen-Meßwortgeber, bestehend aus in einer MeßbrUckensehaltung liegenden und in üblicher Weise auf einem der Wirkung der zu messenden Kraft unterliegenden Meßkörper 7 befestigten Dehnungsmaßstreifen 3-6 dargestellt. Als Meßkürper 7, der an sich in beliebiger bekannter V/oiso gestaltet sein kann, ist ein bekanntes ringförmiges Element durch gestrichelte Linien angedeutet, auf welches an gegenüberliegenden Elnleitungsteilen 7a und 7b die zu messende Zug- odor Druckkraft zur Wirkung kommt. Die durch die Kraft« wirkung hervorgerufene Verformung des Meßkörpore 7 bewirkt eine Änderung des elektrischen Widerstandos der Dehnungsmeßstreifen 3-6 und damit eine entsprechende Änderung dos elektrischen Ausgangssignals E_Q an den Ausgangsklemmen 8a und 8b der Brückenschaltung, an deren Eingangsklemmon 9a und 9b in bekannter Weise die Speisespannung E₁ liegt. Die Dehnungsmeßstreifen können in der üblichen Weise als Drahtoder. Polienstreifen oder in anderer bekannter V/eise, boispiolswelse als Halbleiterstroifen ausgebildet sein. Auch bei sorgfältigster Auswahl des Leitermaterials der Dehnungsmeßstreifen lüßt e3 sich nicht vorhindern, daß sich diese infolge des

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durchfließenden Stromes in unterschiedlichem Maße erwärmen, hinzu kommt eine bei den einseinen Dehnungsmeßstreifen unterschiedliche Abführung der Eigenwärme, sei es zufolge unvermeidbarer Unterschiede der thermischen Leitfähigkeit des die einzelnen Dehnungsmeßstreifen auf dem Mcßkürpor befestigenden Kittes oder Klebers, sei es durch konstruktiv bedingte unterschiedliche V/Urmoleitwege in der unmittelbaren Umgebung dor Bofestiguiigss'colle dor einzelnen Dehnungsrnoßstreifen. ■ Durch Verwendung eines bezüglich seines elektrischen Widerstanden te:uporaturunabhüngigcn Leitermaterial^ für die DohnungsmefiGtrGifen kann man zwar einen direkten Einfluß der Temperatur auf den Widerstandswert vermeiden, jedoch bewirkt die unterschiedliche Erwärmung der einzelnen Dehnungs- m maßstreifen in dem durch den Kitt bzw. Kleber am Meßkörper unverrückbar befestigten Leitermaterial selbst, gegebenenfalls auch im unmittelbar benachbarten Meßkürpcrmaterial lokale tnsehanischo Spannungen in einem bei den einzelnen Dehnung3-moßotreifon unterschiedlichen Ausmaß, die ihrerseits wiederum zu einer entsprechenden Widerstandsänderung im Dehnungsmeßstreifen führen. Zufolge dieser für die einzelnen Dehnungsmeßstreifen unterschiedlichen Auswirkungen ihrer Eisenerwärmung ändert sich das Ausgangssignal E_Q der Meßbrücke, ohne daß sich dio auf den Meßkörper 7 einwirkende zu messende Kraft lindert j die durch die unterschiedliche Eigenerwärmung dor Dehnungsmeßstreifen bedingten WiderstandsSndcrungen überlagern sich mit anderen V/orten den durch die zu messende Kraft her- f vorgerufenen Widerstandsändcrungen und verfälschen somit die Messung.

Dio beschriebenen Folgen der Eigenerwärmung der Dshnungsmsßstreifen wirken sich insbesondere dann nachteilig aus und können nicht durch einmalige Korrekturmaßnahmen behoben v/erden, wenn eich die Speisespannung E». ändert, sei es zufolge Speisung der Meßbrücke aus einem nicht stabilisierten Netz, col es weil die Speisespannung variabel ißt, weil öle selbst von der zu nennenden physikalischen Größe» r.bhHnst, wie- dies e beim Messen der von einer Wolle abjogebenen

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Leistung der Pall 1st, wo die Speisespannung der Wellendrehzahl proportional 1st, und das Drehmoment' durch den Meßwertgeber aufgenommen wird.

Um den nachteiligen Auswirkungen der Eigenerwärmung der Dehnungsmeßstreifen zu begegnen, ist mindestens einem der Dehnungs· meßstreifen ein temperaturabhängiger Wldorstand 10 derart räumlich benachbart zugeordnet, daß er, wie in Figur 1 durch die Wellenlinien 12 angedeutet," unter dem Einfluß der Eigenwärme des Dehnungsmeßstreifens 3 liegt. Dieser Widerstand 10 ist so bemessen und in die Meßbrückenschaltung eingefügt, daß seine temperaturbedingte Widerstandsänderung der durch die

^ Eigenwärme dos zugeordneten Dehnungsmeßstreifens 3 bedingten

™ Widerstandsänderung entgegenwirkt.

Der Einfachheit halber ist angenommen, daß das Leitermaterial der Dehnungsmeßstreifen 2-6 selbst bezüglich seines Widerstandes temperaturunempfindlich ist, beispielsweise aus Konstantan besteht. Da der temperaturabhängige Widerstand 10 auch äußeren Temperatureinflüssen unterliegt, wie sie durch die Wellenlinien 1]5 angedeutet sind, 1st ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand 11 vorgesehen, der räumlich so angeordnet ist, daß er zwar den äußeren Temperatureinflüssen 1} ebenfalls unterliegt, nicht Jedoch der Eigenwärme eines der Dehnungsmeßstreifen j$ - 6. Dieser Widerstand 11 ist so bemessen und in bekannter Weise in die Meßschaltung eingefügt, daß er seinerseits dem Widerstand 10 entgegenwirkt. Dadurch wird erreicht, daß die durch äußere Temperatureinflüsse IJ im Widerstand 10 hervorgerufenen Widerstandsänderungen durch entsprechende Änderungen des Widerstandes 11 aufgehoben werden, so daß die zur Wirkung kommenden Änderungen dea Widerstandes 10 allein vom Einfluß der Eigenwärme 12 abhängen.

Die im Ausführungsbeispiel lediglich beim Dehnungsmeßstreifen 3 dargestellten und beschriebenen Maßnahmen zur Kompensation der Auswirkungen seiner Eigenerwärmung können in analoger Weise auoh bei oinem oder mehreren der anderen Dehnungsmeßstreifen 4 - 6 je nach den gestellten Oenauigkeitsanforderungen,

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angewandt werden. Besonders zweckmäßig Ist es, den temperaturabhilngigen Widerstand 10 entsprechend elektrisch isoliert, mit dem zugeordneten Dehnungsmeßstreifen 3 körperlich zu vereinigen.

In Figur 2 ist eine andere Ausgestaltung dor Erfindung dargestellt, bei v/elcher ein Hilfswidorstand 14' im Nebenschluß zu den beiden temperaturabhängigen Widerstünden 10' und 11* geschaltet ist und damit eine Parallelschaltung dieser beiden Widerstünde bewirkt. Im übrigen entspricht diese Anordnung derjenigen gemäß Figur 1, weshalb für dio entsprechenden Elemente dio gleichen Bezugsziffern wie dort gewählt sind, zur Unterscheidung von Figur 1 lediglich versehen mit einem Index-Strich. Der Widerstandswert des Hilfswiderstandea 14 ist sehr klein gegenüber den Widerstandsworten der tempera· turabhüngigen Widerstünde 10' und II¹. Der HilfsWiderstand 14 besteht vorzugsweise au3 einem temperaturunabhängigen Material, beispielsweise Konstanten. Er dient zum Abwandeln der Wirkungen der temperaturabbilngigen Widerstände 10* und II¹ zwecks Einstellung des Maßes der gewünschten Kompensation mit diesen Widerstanden.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Anordnung zur Verniindoruns dor durch untersohledlicho Eigenerwärmung dor einzelnen Dehnungsmeßstroifen in eine-n DehnungnmoiJatraifen-KoSwertgeber hervorgorufenan Pohlor unter Verv/ondung temperaturabhiingiger Kompcnsatlonawidorständc, dadurch gekennzeichnot, daß mindestens einem dor Dehnungsmeßstreifen (3, 3*) ein er3tor teraperaturabhängiger Widerstand (10, 10¹) derart räumlich zugeordnet ist, daß er dem Einfluß der Eigenerwärmung dee Dehnung3- ^ moostrelfens unterliegt* und daß der temperaturabhängige Widerstand (10, 10*) so bemessen und in die elektrische Meßschaltung eingefügt 1st, daß er der durch die Eigenerwärmung des Dehnungsmeßstreifens (3, 3*) hervorgerufenen Widerstandsänderung entgegenwirkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige V/iderstand (10, 10*) mit dem zugeordneten Dehnungsmeßstreifen (3, 3¹) körperlich vereinigt ist.

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch " gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (10, 10¹) - vorzugsweise in Reihenschaltung in einen Meßbrückenzweig eingefügt ist. ·

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand (11, II¹) vorgesehen ist, der dem Einfluß der Umgebungstemperatur, nicht aber dem Einfluß der Eigenerwärmung eines Dehnungsmeßstreifens unterliegt, und so bemessen und in die Schaltung eingefügt 1st, daß er den, ' durch die Umgebungstemperatur im ersten temperittur-

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abhängigen V/idorstand (10, ΙΟ¹) hervorgerufenen Wider standsJinderungen entgegenwirkt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichrrfc, daß der zweite temperaturabhängige Widerstand (11, II¹) - vorzugsweise in Reihenschaltung in einen anderen Zweig der Brückenschaltung eingefügt ist als der erste temperaturabhängige Widerstand (10, 10').

6. Anordnung nach Anspruch 5,. dadurch gekennzeichnet, daß der erste (10, 10*) und der zweite temperaturabhängige Widerstand (11, II¹) im wesentlichen gleiche Widerstandsworto und Temperaturkoeffizienten besitzen.

7· Anordnung nach Anspruch 5# dadurch gekennzeichnet, ■ daß der erste (10, · 10') und der zweite temperaturabhängige Widerstand (11, II¹) in aneinander, angrenzenden Armen der Meßbrückenschaltung liegen und ihre Widerstandswerte relativ klein gegenüber den Widei*standswerten der Dehnungsmeßstreifen sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7# dadurch gekennzeichnet, daß der erste (10¹) und der zweite temperaturabhängige Widerstand (H¹) einerseits über einen λ Brückeneckpunkt direkt miteinander in Verbindung stehen und andererseits Über einen im wesentlichen temperaturunabhüngigen Widerstand (14), dessen Widerstandswert relativ klein gegenüber dem Widerstandswert der beiden temperaturabhlingigen Widerstände (10¹, H¹) ist, verbunden und damit einander parallel geschaltet sind.

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