DE3528510A1

DE3528510A1 - Dehnungsmessstreifen-aufnehmer

Info

Publication number: DE3528510A1
Application number: DE19853528510
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 6100 Darmstadt Ort
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE3528510C2

Description

Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer
Die Erfindung betrifft Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer mit vier, an einer Meßfeder angebrachten und zu einer Meßbrücke verschalteten Dehnungsmeßstreifen und mindestens einem weiteren, in einem Eckpunkt der Meßbrücke eingefügten temperaturabhängigen Abgleichswiderstand, der sich in innigem Wärmekontakt mit dem Aufnehmerkörper befindet.
Es ist bekannt, an Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmern den Temperaturgang des Nullsignals durch einen in die Dehnungsmeßstreifen-Meßbrücke eingefügten, entsprechend bemessenen, temperaturabhängigen Abgleichswiderstand so einzustellen, daß die temperaturbedingte Variation des Nullsignals innerhalb einer vorgegebenen Toleranz bleibt. Meist werden die beschriebenen Aufnehmer in Handelswaagen eingesetzt und unterliegen der Eichpf licht. Sie werden dann Wägezellen genannt. Aus Kostengründen werden sie nicht - wie sonst bei Aufnehmern üblich - hermetisch dicht gekapselt. Die Physikalisch Technische Bundesanstalt verlangt deshalb, daß solche Wägezellen unter extremen klimatischen Bedingungen einem 50 Tage dauernden Härtetest unterzogen werden. Um diesen Test bestehen zu können, werden alle vier Dehnungsmeßstreifen zusammen mit ihrer Verdrahtung einstückig aus Metallfolie geätzt und mit einer gegen Feuchte schützenden Metallfolie abgedeckt. Der Bereich, in dem die Verkabelung und der Abgleich erfolgt, wird vergossen. Dieser Verguß verändert den Temperaturgang des Nullsignals in unkontrollierbarer Weise bzw. ist eine exakte Messung erst im vergossenen Zustand möglich. Bei der Endkontrolle stellt sich daher häufig heraus, daß die angestrebte Toleranz des Temperaturgangs des Nullsignals nicht eingehalten wird. Da eine Nachbesserung jetzt nicht mehr möglich ist, entsteht bei der Produktion solcher Aufnehmer ein erheblicher Ausschuß. Dadurch werden aber die Herstellkosten unzu- träglich erhöht. Hinzu kommt, daß durch die Anforderungen des Marktes die Toleranz immer weiter eingeengt wird.
Aus der DE-PS 29 16 390 ist es bekannt, zur Kompensation des Temperaturgangs des Nullsignals und zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen in einem Eckpunkt der Meßbrücke einen in innigem Wärmekontakt mit dem Aufnehmerkörper stehenden temperaturabhängigen Abgleichswiderstand vorzusehen. Bei Anordnung dieses Abgleichswiderstandes in einem Verguß treten jedoch die vorstehend geschilderten Probleme auf, insbesondere ist es dann nicht mehr möglich, die erforderliche Nachbesserung vorzunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Streuung des Temperaturgangs des Nullsignals bei der Produktion derartiger Aufnehmer wesentlich einzuengen und noch nach erfolgter Fertigstellung des Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmers den Temperaturgang des Nullsignals beeinflussen zu können. Diese Aufgabe wird bei einem Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Maßnahmen gelöst. Der Temperaturgang des Nullsignals wird vor dem Vergießen erforderlichenfalls zunächst in der üblichen Weise eingestellt. Wenn die Endprüfung bei einem Aufnehmer dann eine Toleranzüberschreitung ergibt, kann diese mittels des weiteren Abgleichwiderstandes und mittels der zuschaltbaren Widerstände im Flachkabel korrigiert werden. Hierzu werden die zu dem weiteren Abgleichwiderstand führenden Leiterbahnen am anschlußseitigen Ende des Kabels zusammengeführt. Man braucht dann nur noch entsprechend auszuwählende Widerstände durch Auftrennen von Kurzschlußbahnen zuzuschalten und so die Wirkung des Abgleichwiderstandes anteilig auf die beiden Zweige der DMS-Meßbrücke aufzuteilen. Im Extremfall kann durch Auftrennen der einen oder anderen Lei- terbahn (entspricht dem Zuschalten eines unendlich großen Widerstandes) die gesamte Wirkung des Abgleichwiderstandes nur einem Brückenzweig zugeordnet werden.
Dies entspricht dem größtmöglichen Abgleich. Um alle Aufnehmer in die geforderte Toleranz bringen zu können, muß man also den Abgleichwiderstand so wahlen, daß seine Wirkung der halben vorkommenden Streubreite des Temperaturgangs des Nullsignals entspricht, da der Mittelwert des Temperaturgangs des Nullsignals normalerweise um null liegen wird. Da andererseits der Abgleich nur in Stufen erfolgen kann, muß man die Zahl der auf trennbaren Widerstände so wählen, daß man immer in die Toleranzbreite treffen kann. Am besten geschieht dies dadurch, daß man die auf trennbaren Widerstände binär stuft. Dadurch kann man mit der kleinstmöglichen Anzahl von Widerständen den feinsten Abgleich erreichen.
Zufolge des sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des Materials für diese Widerstände und die Leiterbahnen sind diese praktisch temperaturunempfindlich. Dadurch wird vermieden, daß unterschiedliche Temperaturen bzw.
zeitlich unterschiedlich verlaufende Temperaturänderungen am Ort des Aufnehmerkörpers und an den Orten des Kabels und der in die Zuleitungen eingefügten Widerstände infolge der stark unterschiedlichen Wärmekapazität und Wärmeleitung von Kabel und Aufnehmerkörper zu einem instabilen Nullsignal und dadurch zu einer Verfälschung des Meßsignals führen.
Auch -kann man für einen feineren Abgleich den weiteren Abgleichswiderstand in mehrere Teilwiderstände unterteilen, an denen jeweils zusatzliche Leiterbahnen des Anschlußkabels anzuschließen sind, so daß für den gewünschten Abgleich eine geeignete Auswahl dieser Teilwiderstände bedarfsweise in einen der Brückenzweige zugeschaltet werden kann.
Neben der erheblichen Verminderung des Ausschusses bei der Produktion derartiger Aufnehmer und der Erschließung höherwertiger Aufgaben ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß man in der Produktion die Aufnehmer nicht mehr nach Genauigkeitsklassen sortieren muß, was mit einem entsprechend größeren Aufwand in der Lagerhaltung und beim Versand verbunden wäre.
Anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung erläutert.
Es zeigen: Fig.l die Ansicht eines entsprechenden Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmers, Fig.2 das Schaltbild des Aufnehmers gemäß Fig.l Fig.3 ein praktisches Ausführungsbeispiel eines bei einem Aufnehmer gemäß Fig.l zu verwendenden flexiblen Anschlußkabels mit je drei zuschaltbaren Widerständen in den Leiterbahnen 4 und 5.
Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel zeigt einen Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer, wie er vorzugsweise für Wägezwecke verwendet und dann Wägezelle genannt wird.
Er besteht aus einem Aufnehmerkörper 1 mit einem befestigungsseitigen Ende 30, einem als Feder ausgebildeten Mittenteil 31 und einem Rückkragarm 32 für die Krafteinleitung. Auf dem Federbereich 31 ist eine Dehnungsmeßstreifen-Applikation 9 angebracht, die in einem auf dem Befestigungsende 30 angebrachten Verguß 8 mündet, in dessen Bereich diverse Abgleichselemente untergebracht sind. Aus dem Verguß 8 führt ein Flachbandkabel 2 heraus. Um am sonst fertiggestellten Aufnehmer zur Feinkorrektur einen Abgleich des Temperaturgangs des Nullsignals vornehmen zu können, ist gemäß Fig. 2 an einer Ecke der aus den Dehnungsmeßstreifen 11, 12, 13 und 14 bestehenden Vollbrücke zusätzlich ein kleiner, temperaturabhängiger Widerstand 15 vorgesehen, dessen Enden über die Leiterbahnen 4 und 5 des Anschlußkabels 2 aus dem Verguß 8 herausgeführt sind. Das Kabel 2 ist eine flexible Printplatte, deren Leiterbahnen 3, 4, 5, 6, 7 aus einer Metallfolie mit einem sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes bestehen und die mittels eines Fotoätzverfahrens hergestellt sind. Zu den Leiterbahnen 4 und 5 sind im gleichen Ätzverfahren hergestellte Widerstände 16, 17, 18, 19 in Reihe geschaltet, die zunächst durch niederohmige Teile 26, 27, 28, 29 (Kurzschlußbahnen) der Leiterbahnen 4 bzw. 5 kurzgeschlossen sind. Werden die Leiterbahnen 4 und 5 am anschlußseitigen Ende des Kabels 2 zusammengefaßt, kann man durch wahlweises Zuschalten der Widerstände 16, 17, 18, 19 eine anteilige Wirkung des Abgleichswiderstandes 15 nach Bedarf dem einen und dem anderen Zweig der Dehnungsmeßstreifenbrücke zuordnen. Hierdurch wird ein Feinabgleich des Temperaturgangs des Nullsignals an dem im übrigen fertigen Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer ermöglicht.
Der Anschaulichkeit halber ist in Fig. 3 eine in der Praxis verwendete Ausführungsform eines solchen flexiblen Anschlußkabels mit zuschaltbaren Widerständen in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Claims

Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer p tentansprüche: 1. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer mit vier, an einer Meßfeder angebrachten und zu einer Meßbrücke verschalteten Dehnungsmeßstreifen und mindestens einem weiteren, in einem Eckpunkt der Brücke eingefügten, temperaturabhängigen Abgleichswiderstand, der sich in innigem Wärmekontakt mit der Aufnehmerfeder befindet, dadurch gekennzeichnet, daß - jeder weitere Abgleichwiderstand (15) sich in einem Verguß (8) befindet und seine Enden mittels Leiterbahnen (4, 5) eines Anschlußkabels (2), zusammen mit den übrigen Brückeneckpunkten elektrisch aus dem Verguß herausgeführt sind, - das Anschlußkabel (2) ein flaches, flexibles Kabel ist, dessen Leiterbahnmaterial einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes besitzt und dessen Leiterbahnen (3, 4, 5, 6, 7) im Fotoätzverfahren hergestellt sind, und - daß in die mit den Enden jedes Abgleichwiderstandes (15) verbundenen Leiterbahnen (4, 5) RUL zgeschlossene, elektrische Widerstände (16, 17, 18, 19) eingefügt sind, die ebenfalls einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes besitzen und aus demselben Material wie die Leiterbahnen bestehen und in demselben Fotoätzprozeß wie diese hergestellt sind und die durch Auftrennen der Kurzschlußbahnen (26, 27, 28, 29) zuschaltbar sind und - daß die mit dem Ende des Abgleichswiderstandes (15) verbundenen Leiterbahnen (4, 5) am anschlußseitigen Ende des Kabels elektrisch zusammengeführt sind.
2. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Abgleichswiderstand (15) so gewählt ist, daß seine Wirkung der halben, bei der Produktion der Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer auftretenden Streubreite des Temperaturgangs des Nullsignals an einer größeren Zahl von Aufnehmern entspricht und daß die Widerstände (16, 17, 18, 19) in den Leiterbahnen (4, 5) nach Anzahl und Widerstands stufung so bemessen sind, daß möglichst alle Aufnehmer durch bedarfsweises Auftrennen von Kurzschlußbahnen (26, 27, 28, 29) in die geforderte enge Toleranz des Temperaturgangs des Nullsignals gebracht werden können.
3. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der in den Leiterbahnen (4, 5) eingefügten Widerstände (16, 17, 18, 19) binär gestuft sind.
4. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Abgleichswiderstand (15) aus mehreren Teilwiderständen besteht, an denen zusätzliche Leiter des Anschlußkabels (2) angeschlossen sind.