DE3528510C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer mit vier, an einer Aufnehmerfeder angebrachten und zu einer Meßbrücke verschalteten Dehnungsmeßstreifen, min­ destens einem in einem Eckpunkt der Meßbrücke eingefügten, durch Auftrennen von Kurzschlußbahnen veränderbaren temperaturabhängigen Abgleichwiderstand, der sich in innigem Wärmekontakt mit der Aufnehmer­ feder befindet, und einem flexiblen Anschlußkabel.

Es ist bekannt, an Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmern den Temperaturgang des Nullsignals durch einen in die Dehnungsmeßstreifen-Meßbrücke eingefügten, entsprechend bemessenen, temperaturabhängigen Abgleichwiderstand so einzustellen, daß die temperaturbedingte Variation des Nullsignals innerhalb einer vorgegebenen Toleranz bleibt. Meist werden die beschriebenen Aufnehmer in Handelswaagen eingesetzt und unterliegen der Eich­ pflicht. Sie werden dann Wägezellen genannt. Aus Kostengründen werden sie nicht - wie sonst bei Auf­ nehmern üblich (DE-AS 16 44 759) - hermetisch dicht gekapselt. Die Physikalisch Technische Bundesanstalt verlangt deshalb, daß solche Wägezellen unter extremen klimatischen Be­ dingungen 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 mög­ lich. Bei der Endkontrolle stellt sich daher häufig heraus, daß die angestrebte Toleranz des Temperatur­ gangs 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 Anforde­ rungen des Marktes die Toleranz immer weiter eingeengt wird.

Aus der DE-PS 29 16 390 ist es bekannt, zur Kompensa­ tion des Temperaturgangs des Nullsignals und zum Aus­ gleich von Fertigungstoleranzen in einem Eckpunkt der Meßbrücke einen in innigem Wärmekontakt mit dem Auf­ nehmerkörper stehenden, temperaturabhängigen Abgleich­ widerstand der im Fotoätzverfahren hergestellt ist, vorzusehen. Bei Anordnung dieses Abgleich­ widerstandes in einem Verguß treten jedoch die vor­ stehend geschilderten Probleme auf, insbesondere ist es dann nicht mehr möglich,die erforderliche Nach­ besserung 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 beein­ flussen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Deh­ nungsmeßstreifen-Aufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Der Temperaturgang des Nullsignals wird vor dem Vergießen erforderlichenfalls zunächst in der üblichen Weise ein­ gestellt. Wenn die Endprüfung bei einem Aufnehmer dann eine Toleranzüberschreitung ergibt, kann diese mittels des temperaturabhängigen Abgleichwiderstandes und mittels der zu­ schaltbaren Widerstände im Flachkabel korrigiert wer­ den. Hierzu werden die zu dem temperaturabhängigen Abgleich­ widerstand führenden Leiterbahnen am anschlußseitigen Ende des Kabels zusammengeführt. Man braucht dann nur noch entsprechend auszuwählende Widerstände durch Auf­ trennen von Kurzschlußbahnen zuzuschalten und so die Wirkung des Abgleichwiderstandes anteilig auf die beiden Zweige der DMS-Meßbrücke aufzuteilen. Im Extrem­ fall kann durch Auftrennen der einen oder anderen Lei­ terbahn (entspricht dem Zuschalten eines unendlich großen Widerstandes) die gesamte Wirkung des Abgleich­ widerstandes 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 wählen, daß seine Wirkung der halben vorkommenden Streubreite des Temperaturgangs des Nullsignals entspricht, da der Mittelwert des Temperaturgangs des Nullsignals norma­ lerweise um null liegen wird. Da andererseits der Ab­ gleich nur in Stufen erfolgen kann, muß man die Zahl der auftrennbaren Widerstände so wählen, daß man immer in die Toleranzbreite treffen kann. Am besten geschieht dies dadurch, daß man die auftrennbaren Widerstände binär stuft. Dadurch kann man mit der kleinstmöglichen Anzahl von Widerständen den feinsten Abgleich errei­ chen.

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 Temperaturände­ rungen am Ort des Aufnehmerkörpers und an den Orten des Kabels und der in die Zuleitungen eingefügten Wider­ stände infolge der stark unterschiedlichen Wärmekapa­ zität und Wärmeleitung von Kabel und Aufnehmerkörper zu einem instabilen Nullsignal und dadurch zu einer Ver­ fälschung des Meßsignals führen.

Auch kann man für einen feineren Abgleich den temperaturabhängigen Abgleichwiderstand in mehrere Teilwiderstände unter­ teilen, an denen jeweils zusätzliche Leiterbahnen des Anschlußkabels anzuschließen sind, so daß für den ge­ wünschten Abgleich eine geeignete Auswahl dieser Teil­ widerstände bedarfsweise in einen der Brückenzweige zu­ geschaltet werden kann.

Neben der erheblichen Verminderung des Ausschusses bei der Produktion derartiger Aufnehmer und der Er­ schließung höherwertiger Aufgaben ist ein weiterer Vor­ teil der Erfindung darin zu sehen, daß man in der Pro­ duktion die Aufnehmer nicht mehr nach Genauigkeits­ klassen sortieren muß, was mit einem entsprechend grö­ ßeren Aufwand in der Lagerhaltung und beim Versand ver­ bunden wäre.

Anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestell­ ten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Ansicht eines entsprechenden Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmers,

Fig. 2 das Schaltbild des Aufnehmers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein praktisches Ausführungsbeispiel eines bei einem Aufnehmer gemäß Fig. 1 zu verwendenden flexiblen Anschluß­ kabels mit je drei zuschaltbaren Widerständen in den Leiterbahnen 4 und 5.

Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel zeigt einen Deh­ nungsmeßstreifen-Aufnehmer, wie er z. B. für Wägezwecke verwendet und dann Wägezelle genannt wird. Er besteht aus einem Aufnehmerkörper 1 mit einem be­ festigungsseitigen Ende 30, einem als Aufnehmerfeder ausge­ bildeten Mittelteil 31 und einem Rückkragarm 32 für die Krafteinleitung. Auf der Aufnehmerfeder 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 als Anschlußkabel 2 ein Flach­ kabel heraus. Um am sonst fertiggestellten Auf­ nehmer zur Feinkorrektur einen Abgleich des Temperatur­ gangs 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 An­ schlußkabels 2 aus dem Verguß 8 herausgeführt sind. Das Anschlußkabel 2 ist eine flexible Printplatte, deren Leiter­ bahnen 3, 4, 5, 6, 7 aus einer Metallfolie mit einem sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes bestehen und die mittels eines Fotoätz­ verfahrens hergestellt sind. Zu en Leiterbahnen 4 und 5 sind im gleichen Ätzverfahren hergestellte elektrische Wider­ stände 16, 17, 18, 19 in Reihe geschaltet, die zunächst durch niederohmige Teile (Kurzschluß­ bahnen 26-29 der Leiterbahnen 4 bzw. 5 kurzgeschlossen sind. Die Leiterbahnen 4, 5 sind am anschlußseitigen Ende des Kabels entweder im Kabel selbst oder außerhalb an einer üblichen Anschlußplatine, z. B. im Auswertegerät, elek­ trisch zusammengeführt. Durch bedarfsweises Auftrennen der entsprechenden Kurzschlußbahnen 26-29 können alle oder eine solche Auswahl der Widerstände 16 bis 19 zugeschaltet und so in Verbindung mit dem Abgleich­ widerstand 15 zur Wirkung gebracht werden, daß damit ein Feinabgleich des Temperaturgangs des Nullsignals an dem im übrigen fertigen Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer bewirkt wird. Selbstverständlich kann man durch Auf­ trennen einer der Leiterbahnen 4 oder 5 den temperatur­ abhängigen Abgleichwiderstand auch insgesamt je nach Bedarf dem einen oder dem anderen Zweig der Dehnungs­ meßstreifen-Brücke zuschalten.

Der Anschaulichkeit halber ist in Fig. 3 eine in der Praxis verwendete Ausführungsform eines solchen flexi­ blen Anschlußkabels mit zuschaltbaren Widerständen in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Claims (4)

1. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer mit vier, an einer Aufnehmer­ feder angebrachten und zu einer Meßbrücke verschalteten Dehnungsmeßstreifen, mindestens einem in einem Eckpunkt der Meßbrücke eingefügten, durch Auftrennen von Kurzschlußbahnen veränderba­ ren temperaturabhängigen Abgleichwiderstand, der sich in innigem Wärmekontakt mit der Aufnehmerfe­ der befindet, und einem flexiblen Anschlußkabel, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das flexible Anschlußkabel (2) ein Flachkabel mit Lei­ terbahnen (3-7) ist, deren Material einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes besitzt und wobei die Leiterbahnen (3-7) im Fotoätzverfahren hergestellt sind,
• - jeder temperaturabhängige Abgleichwiderstand (15) sich in einem Verguß (8) befindet und seine Enden mittels der Leiterbahnen (4, 5) zusammen mit den übrigen Brückeneckpunkten elektrisch aus dem Ver­ guß herausgeführt sind,
• - sich die Kurzschlußbahnen in elektrischen Widerständen (16-19 ) befinden, die in den mit den Enden jedes temperaturabhängigen Abgleichwi­ derstandes (15) verbundenen Leiterbahnen (4, 5) eingefügt sind, und die ebenfalls einen sehr klei­ nen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Wi­ derstandes besitzen, aus demselben Material wie die Leiterbahnen (4, 5) bestehen, durch dasselbe Fotoätzverfahren wie diese hergestellt sind und die zur Veränderung des temperaturabhängigen Abgleichwiderstandes (15) durch Auftrennen der Kurzschlußbahnen (26-29) zuschaltbar sind, und
• - die mit dem Ende jedes temperaturabhängigen Abgleichwiderstandes (15) verbundenen Leiterbahnen (4, 5) am anschlußseitigen Ende des Flachkabels elek­ trisch zusammengeführt sind.

2. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder temperaturabhängige Abgleich­ widerstand (15) so gewählt ist, daß seine Wirkung der halben, bei der Produktion der Dehnungsmeß­ streifen-Aufnehmer auftretenden Streubreite des Temperaturgangs des Nullsignals an einer größeren Zahl von Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmern entspricht und daß die elektrischen Wider­ stände (16-19) in den Leiterbahnen (4, 5) nach Anzahl und Widerstandsstufung so bemessen sind, daß möglichst alle Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer durch bedarfs­ weises Auftrennen der Kurzschlußbahnen (26-29) in die geforderte enge Toleranz des Tempe­ raturgangs des Nullsignals gebracht werden können.

3. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der in den Leiterbahnen (4, 5) eingefügten elektrischen Widerstände (16-19) binär gestuft sind.

4. Dehnungsmeßstreifen-Aufnehmer nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder temperaturabhängige Abgleichwiderstand (15) aus mehreren Teilwiderständen besteht, an denen zusätzliche Leiterbahnen des Flachkabels angeschlossen sind.