DE3425147C2

DE3425147C2 - Anordnung zur Verringerung des Einflusses des Kriechfehlers auf das Meßsignal bei Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmern

Info

Publication number: DE3425147C2
Application number: DE19843425147
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 6103 Griesheim Schlachter
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1984-07-07
Filing date: 1984-07-07
Publication date: 1986-06-12
Also published as: DE3425147A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verringerung des Einflusses des Kriechfehlers auf das Meßsignal bei Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zufolge des nicht ganz idealen elastischen Verhaltens des elastischen Bauteils (z. B. Biegefeder) und/oder der darauf angebrachten Dehnungsmeßstreifen ändert sich bei solchen Aufnehmern mit der Zeit die Ausgangsspannung trotz gleichbleibender Belastung, es entsteht ein sogenannter Kriechfehler.

Es ist bekannt, den Kriechfehler durch konstruktive Maßnahmen zu beeinflussen, beispielsweise durch bestimmte Applikation der Dehnungsmeßstreifen, eine geeignete Dehnungsmeßstreifen-Geometrie mit in bestimmter Weise angeordneten Meßgitter-Umkehrstellen, sowie durch Auswahl von Material entsprechender Härte für das elastische Bauteil oder einen Kraftnebenschluß. Weiterhin ist es bekannt (DE-PS 20 49 820), zusätzliche Meßgitter-Umkehrstellen vorzusehen, die bei Bedarf zuschaltbar sind. Diese Maßnahmen müssen vor Fertigstellung des Aufnehmers durchgeführt werden bzw. können nur bei nicht abgedeckten bzw. nicht gekapselten Aufnehmern erfolgen. Teilweise kann nur eine Beeinflussung in Richtung eines negativen Kriechens erfolgen bzw. müssen unerwünschte Nebeneffekte, wie Erniedrigung des Kennwertes, Veränderung des Brükkenabgleichs, der Temperaturkoeffizienten des NuIlpunkts bzw. der Empfindlichkeit und/oder des Ausgangswiderstandes der Aufnehmer in Kauf genommen werden.

Aus der DE-OS 26 27 303 ist eine elektromechanische Wandlervorrichtung bekannt bei der zwei Aufnehmer,

ίο jeweils bestehend aus einer Meßfeder und einer auf dieser angeordneten Dehnungsmeßstreifen-Vollbrücke, ausgangsseitig so miteinander verbunden sind, daß sich die beiden Ausgangsspannungen subtrahieren. Hierbei wird die Meßkraft nur auf die Meßfeder eines der beiden Aufnehmer zur Wirkung gebracht. Mit dieser Anordnung können Einflüsse eliminiert werden, die auf beide Aufnehmer gleichermaßen einwirken. Damit kann die Nullkonstanz der Wandlervorrichtung verbessert werden. Eine Verringerung oder Beseitigung der Aus-Wirkungen des Kriechfehlers ist auf diese Weise jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Veränderung des Einflusses des Kriechfehlers auf das Meßsignal auch nach erfolgter Montage des Aufnehmers sowohl mit positivem als auch mit negativem Vorzeichen zu ermöglichen, wobei sonstige vorher vorhandene oder eingsstellte Eigenschaften der Vollbrücken, wie Brückenabgleich, Temperaturkoeffizient des Nullpunkts, Kennwert u. a., erhalten bleiben. Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Merkmale gelöst. Auf diese Weise ist es möglich, durch geeignete Wahl bzw. Einstellung der Widerstände außerhalb des fertigen Aufnehmers, beispielsweise im Schaltkasten, den Kriechfehler des Aufnehmers bedarfsweise so einzustellen, daß er innerhalb der gewünschten Fehlertoleranzspanne liegt, bzw. den Kriechfehler vollständig zu Null zu machen.

In den weiteren Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Anhand der Abbildung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die Abbildung zeigt das Schaltbild eines Aufnehmers mit acht zu zwei Vollbrükken 1, 2 geschalteten Dehnungsmeßstreifen Ri bis R 4 und R5 bis RS. Die beiden Vollbrücken 1, 2 sind in an sich bekannter und daher nicht dargestellter Weise auf einem dem Einfluß der zu messenden Größe, z. B. einer Kraft, unterliegenden elastischen Bauteil, z. B. einer Bicgefeder, appliziert. Die beiden Vollbrücken unterscheiden sich voneinander durch die Größe und/oder das Vorzeichen ihres Kriechfehlers. Das elastische Bauteil bildet zusammen mit den darauf applizierten beiden Vollbrücken 1, 2 den Aufnehmer A, der als eine Einheit in Vergußmasse eingebettet, gekapselt oder dgl. sein kann.

Die Speisung der Vollbrücken 1, 2 erfolgt in bekannter Weise über die Widerstände R 15 bis R 18 (z. B. für Kalibrierung, Temperaturkoeffizient der F.mpfindlichkeit, Linearität).

In der Ausgangsleitung 3 der Brücke 1 liegt ein Widerstand R 9 und in der Ausgangsleitung 4 derselben Brücke liegt ein Widerstand Λ 11. In gleicher Weise liegen in den Ausgangsleitungen 5 und 6 der Brücke 2 die Widerstände R 10 bzw. R 12. Die Ausgangsleitungcn 3 und 5 sind über die Widerstände R 9, R 10 und die Ausgangsleitungen 4 und 6 über die Widerstände R 11, R 12 zusammengeschaltet. Das Verhältnis der Widerslände

R 9 zu R 10 bzw. R 11 zu R 12 ist jeweils so gewählt daß sich die Kriechfehler der Brücken 1 und 2 im gewünschten Maß auf den Kriechfehler des Aufnehmers insgesamt auswirken, die Einflüsse der beiden Brücken sind also entsprechend gewichtet

Wählt man bei unterschiedlichem Vorzeichen des Kriechfehlers für die Widerstände ein umgekehrtes Verhältnis wie das Verhältnis der Kriechfehler der beiden Brücken zueinander, so erreicht man, daß der Kriechfehler des Aufnehmers insgesamt zu Null geht

Zweckmäßigerweise beträgt die Summe der Widerstände «9 und R 10 bzw. RU und R 12 in den jeweils zusammengeschalteten Ausgangsleitungen 3 und 5 bzw. 4 und 6 etwa den 10—20fachen Wert des Widerstandes einer Vollbrücke. Damit wird einerseits erreicht daß die Brücken sich gegenseitig wenig belasten. Andererseits ist damit der Ausgangswiderstand noch niedrig genug, um den Anschluß an einen hochohmigen Verstärker sicherzustellen.

Bei einer erprobten Ausführung mit einem Brückenwiderstandswert von 350 Ω, einem Kriechfehler der Brücke 1 von +l%o und der Brücke 2 von —O,4%o betrugen die Widerstandswerte für die Widerstände R 9, R 11 je 1 kΩ und für die Widerstände R 10, R 12 je 4 kn.

Man kann auch die Ausgangswiderstände der Brücke mit dem kleineren Kriechfehler zu Null machen und ermittelt empirisch oder rechnerisch die erforderlichen Ausgangswiderstände für die andere Brücke. Als Beispiel sei angenommen ein Brückenwiderstand von 350 Ω, ein Kriechfehler der Brücke 1 von +l%oundder Brücke 2 von —4%o. Bei einem Widerstandswert für die Widerstände R 9, R 11 zu 0 Ω ergibt sich für die Widerstände /?10, Λ 12 ein Wert von je 500 Ω. Bei dieser Variante liegt der Ausgangswiderstand des Aufnehmers insgesamt zwischen dem halben und dem vollen Widersland einer Brücke. Er kann dann in üblicher Weise mittels der Widerstände R 13, R 14 auf den Nennausgangswiderstand für den Aufnehmer gebracht werden.

Ferner kann die Einstellung des Kriechfehlers auch temperaturabhängig erfolgen, indem für die Widerstände R 9 bis R 12 entsprechend temperaturabhängige Widerslände (PTC, NTC) allein und/oder in Kombination mil Shunts verwendet werden.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Verringerung des Einflusses des Kriechfehlers auf das Meßsignal bei Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmern mit mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen-Vollbrücken, die ausgangsseitig über elektrische Widerstände zusammengeschaltet sind, dadurch- gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen-Vollbrücken (1,2) auf derselben Meßfeder angeordnet sind und sich in Betrag und/oder Vorzeichen ihres Kriechfehlers voneinander unterscheiden, daß jeweils einander entsprechende Ausgangsleitungen (3,5; 4,6) zusammengeschaltet sind und die in diesen Ausgangsleitungen (3—6) liegenden Widerstände (R 9—R 12) so bemessen sind, daß sich die Ausgangsspannungen der einzelnen Vollbrücken (1,2) in vorgebbarem Verhältnis auf die Ausgangsspannung des Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmers ^insgesamt auswirken.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Vollbrücken (1, 2) das Verhältnis der Widerstände (7? 9: .R 10; RW :R\2) in den jeweils zusammengeschalteten Ausgangsleitungen (3, 5; 4, 6) zum Verhältnis der Kriechfehler der jeweiligen Vollbrücken (1, 2) reziprok ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Werte der Widerstände (R9, /?10; All, R\2) in jeder der zusammengeschalteten Ausgangsleitungen (3, 5; 4, 6) das zehnbis zwanzigfache des Widerstandswertes einer Vollbrücke beträgt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Widerstände (R 9— Ri2) in den Ausgangsleitungen (3—6) temperaturabhängige Widerstände verwendet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der temperaturabhängigen Widerstände durch Shunts einstellbar ist.