DE19954300A1 - Sensor zur Erfassung der Materialdehnung eines beanspruchten Bauteils - Google Patents

Abstract

Es wird ein Sensor beschrieben, der es gestattet, Dehnungen in Bauteilen zu erfassen. Dabei wird die Dehnung über eine auf dem Bauteil aufgebrachte Folie auf den Dehnmeßstreifen übertragen, der in einem schützenden Gehäuse fertig verdrahtet ist. Durch diese Vorapplikation des DMS vereinfacht sich die Anbringung des Meßstreifens auf dem Bauteil wesentlich, so daß auch ein Nichtmeßtechniker dies vornehmen kann. Als Applikationshilfe dient ein Sensor befindlicher Magnet. DOLLAR A Im Sensor sind noch Kodierungen, die vom Meßgerät beim Anstecken des Verbindungskabels erkannt werden. Sie beschreiben den DMS-Typ, die DMS-Anordnung (z. B. Rosettentyp) und die Sensornummer. Dies wird vom Meßgerät erkannt und dem Sensor dann in der Auswertung die entsprechende Software und der entsprechende Nullpunkt zugeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung der Materialdehnung eines vorzugs­ weise durch Krafteinwirkung beanspruchten Bauteils einer Gesamtkonstruktion gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Das Messen von Materialdehnungen erfolgt herkömmlicher Weise ausschließlich über Sensoren, die die zu messende Größe Dehnung in ein analoges elektrisches Signal umwandeln. Dabei entsteht hin Primäreffekt, z. B. bewirkt die Dehnungsänderung in einem Dehnmeßstreifen eine Widerstandsänderung und dieser Effekt wird dann in einer Folgeelektronik (z. B. einem Verstärker) in eine weiterverarbeitbare elektrische Größe, z. B. Spannung oder Strom, gewandelt. Dieser Analogsignal wird dann zum Zwecke der Weiterverarbeitung in einem digitalen Rechner einer Analog-Digital- Wandlung unterzogen. Das entstandene Bitmuster repräsentiert dann die Ausgangs­ größe Dehnungsänderung.

Für die Applikation der o. g. Dehnmeßstreifen werden an die Fertigkeiten des Meß­ technikers hohe Anforderungen gestellt, da jedes unachtsame Verarbeiten der Dehn­ meßstreifen zu Verstimmungen der dabei verwendeten Wheatstonschen Brücken­ schaltung führt und diese Verstimmungen meist durch Zusatzwiderstände, und damit Zusatzaufwand, kompensiert werden müssen. Besondere Schwierigkeiten macht es, bei Applikationen im Freifeld die notwendige Sauberkeit für eine einwandfreie Arbeit zu garantieren. Auf Grund der sehr kleinen dehnungsproportionalen Widerstandsände­ rung im Dehnmeßstreifen müssen sehr hohe Isolationswiderstände realisiert werden, um Meßwertverfälschungen auszuschließen. Ebenso hat die weitere Verkabelung mit höchster Sorgfalt zu erfolgen. Trockene, oxidfreie und fettfreie Oberflächen sind Vor­ aussetzung dafür, die Materialdehnung ohne Verfälschung auf den Dehnmeßstreifen zu übertragen. Damit werden Applikationen bei ungünstigen Witterungsverhältnissen (Temperatur, Staub, Feuchtigkeit) fast unmöglich.

Diese Nachteile sollen mit der Erfindung beseitigt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Sensor, der durch eine Vorapplikation der Dehn­ meßstreifen einschließlich Verschaltung im Labor die notwendigen elektrischen Werte erreicht und anschließend unter fast beliebigen Umweltbedingungen am Bauteil auch vom Nichtfachmann appliziert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß im Labor der die Materialdehnung aufnehmende Dehnmeßstreifen auf eine Metallfolie appliziert wird. Dies geschieht nach den bekannten Technologien. Auch können die Dehnmeßstreifen mit anderen Technologien aufgebracht werden, so z. B. mit Methoden der Dünnfilmtechnik (Sputtern). Dabei können der oder die Meßstreifen sowie ihre Anordnung beliebigen Typs sein, also z. B. ein Einzelstreifen, eine Rosette usw. Die Kompensationsstreifen sind auf einem, von der Bauteildehnung nicht beeinflußten Bauelement appliziert. Der oder die Kompensationsstreifen sowie Abgleichelemente werden mit den aktiven Streifen verschaltet und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Der Boden des Gehäuses wird durch die Folie mit dem aktiven Meßstreifen gebildet. Durch Fede­ relemente wird diese Folie vorgespannt und für einen Anpreßdruck der Membran auf das Bauteil gesorgt. Das Gehäuse kann noch einen Magneten enthalten, der als Kle­ befixierung fungiert. Bei der Applikation vor Ort werden Folie und Gehäuse mit einem geeigneten Klebstoff bestrichen und mittels des Magneten am Bauteil fixiert. Nach Aushärtung wird über einen Steckverbinder ein spezielles Meßgerät angeschlossen und die Messung kann gestartet werden.

Im Sensor sind noch Kodierungen, die vom Meßgerät beim Anstecken des Verbin­ dungskabels erkannt werden. Sie beschreiben den DMS-Typ, die DMS-Anordnung (z. B. Rosettentyp) und die Sensornummer. Dies wird vom Meßgerät erkannt und dem Sensor dann in der Auswertung die entsprechende Software und der entsprechende Nullpunkt zugeordnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Bauteil (1), das durch die Kraft P verformt wird. Darauf aufgeklebt ist die Membran (2), die auch mit dem Sensorgehäuse (3) und dem Magnet (4) verbun­ den ist. Im Sensor (3) ist der Dehnmeßstreifen (5) auf der Folie (2) appliziert. Der An­ preßdruck für die Folie (2) auf das Bauteil (1) wird durch die Feder (9) erreicht. Der Dehnmeßstreifen (5) ist mit Kompensationsstreifen und Abgleichelementen verbun­ den, die auf der Platte (6) montiert sind. Auf der Platte (6) können auch z. B. Wider­ stände zur Sensortypidentifikation und Sensornummer vorhanden sein. Die so ver­ schaltete Einheit ist mit dem Stecker (7) verbunden, der im Gehäusedeckel (8) mon­ tiert ist. Kabel (10) verbindet den Sensor mit der Auswerteeinheit (11).

Claims (4)

1. Sensor zur Erfassung der Dehnungsänderung eines durch Kräfte (P) beanspruchten Bauteils (1), der als Primärmeßelement Dehnmeßstreifen besitzt, die mit diesem Bau­ teil (1) gemeinsam gedehnt oder gestaucht werden und elektrische Signale erzeugen, die diese Dehnungsänderungen in ihrer Größe charakterisieren, gekennzeichnet da­ durch, daß das Primärmeßelement Dehnmeßstreifen (5) auf einer Folie appliziert ist und diese Folie vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Bauteil besteht.

2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Typ und die Anordnung des oder der auf der Folie befindlichen Dehnmeßstreifen als Code im Sensor abgelegt ist und vom Meßgerät gelesen werden kann.

3. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sensor Kompensati­ onsstreifen und Abgleichelemente enthält.

4. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sensor einen Magneten enthält.