EP1902285A1 - Anordnung zur messung der änderung einer mechanischen belastung an volumenelementen und verfahren zur direkten ermittlung der änderung der mechanischen belastung an einem volumenelement - Google Patents

Anordnung zur messung der änderung einer mechanischen belastung an volumenelementen und verfahren zur direkten ermittlung der änderung der mechanischen belastung an einem volumenelement

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EP1902285A1
EP1902285A1 EP06777575A EP06777575A EP1902285A1 EP 1902285 A1 EP1902285 A1 EP 1902285A1 EP 06777575 A EP06777575 A EP 06777575A EP 06777575 A EP06777575 A EP 06777575A EP 1902285 A1 EP1902285 A1 EP 1902285A1
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EP
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arrangement
measuring
current
measurement
piezoelectric element
Prior art date
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Withdrawn
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EP06777575A
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English (en)
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Inventor
Andreas SCHÖNECKER
Thomas RÖDIG
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices

Definitions

  • the invention relates to the fields of functional ceramics and sensor technology and relates to an arrangement for measuring the change in a mechanical load on volume elements, as may be used, for example, in pressure sensors, force sensors or knock sensors and a method for directly determining the change in the mechanical load on volume elements load-bearing structures, components or pressurized fluid and gas spaces.
  • Piezoelectrics are known to be used as sensor materials in pressure sensors. Piezoelectrics include non-ferroelectric and ferroelectric materials.
  • Non-ferroelectric materials such as quartz, ZnO, langasite and piezopolymers show a high stability of the electromechanical coupling, which is given by the piezoelectric effect. These materials can be produced with extremely high internal resistance, which, in combination with other equally high-resistance electronic components, allows a long measurement time (> 100 s). These high-quality components are relatively expensive, so that they are possible only used where the conditions of use allow a long life of the components (The quartz cookbook, Bernd Neubig & Wolfgang Briese, Feldmaschinen, Franzis-Verlag, 1997, ISBN 3-7723-5853- 5).
  • ferroelectric materials are used because they have a greater mechanical stability and significantly lower manufacturing costs.
  • the ferroelectric materials have the disadvantage that they have a much lower internal resistance and thus only comparatively short measurement times are possible. The shorter measurement times limit the field of application of ferroelectric materials to dynamic applications (detection of combustion misfires with the aid of knock sensors, Michael Lindemann, Dusseldorf, VDI-Veriag, 2001, series ISBN 3-18-346412-8).
  • the determination of mechanical loads on volume elements is known to be done via the mechanical deformation of a coupled piezoelectric element. Due to its electromechanical coupling properties, this generates surface charges which can be tapped at correspondingly designed electrodes.
  • the measurement of the charge or of a charge equivalent voltage signal is carried out by known methods.
  • the electronic circuit for charge measurement is referred to as a charge amplifier (Sensor Circuit Technology, Wolf-Dieter Schmidt, Edition 1 Aufl. Volume 8, 1997, Vogel-Fachbuch, ISBN 3-8023-1574-X).
  • the principle of the charge amplifier circuit is realized essentially by an electronic amplifier, which keeps the voltage at the piezoelectric sensor element to zero. As a result, the charges generated at the sensor element are stored on a capacitor.
  • the lower limit frequency is determined by the leakage resistance of the capacitor, which is generally very high. Without additional circuitry, the capacitor will therefore charge even when using good amplifier to saturation of the amplifier output.
  • Accelerometer with a built-in impedance converter or with an integrated preamplifier can be used for shear and bending systems as well as for compression systems.
  • the high impedance signal of the piezoceramic is converted into a low impedance voltage signal.
  • the electronic components are supplied by a constant current and, as a special feature, supply current and sensor signal are routed via the same conduction path.
  • a positive operating point voltage is formed above the piezoceramic sensor.
  • the oscillating signal is then modulated by piezoceramic sensor of the operating point voltage and fed via a coupling capacitor, which decouples the DC component, the meter input
  • the object of the present invention is to provide an arrangement for measuring the change of a mechanical load on volume elements and a method by which the change in the mechanical load on a volume element is measured directly.
  • the arrangement according to the invention for measuring the change in a mechanical load on volume elements consists of an element of a piezoelectric material which is connected via electrodes to an electrical measuring arrangement.
  • all arrangement elements are designed lower impedance than the piezoelectric element.
  • an electrical measuring arrangement is provided which implements a direct current measurement or a conversion into a current-equivalent voltage signal and its measurement.
  • the piezoelectric material used is a ferroelectric material, still advantageously lead zirconate titanate, barium titanate or further lead oxide-free piezoceramics.
  • all the arrangement elements without the piezoelectric element have a resistance close to zero or zero, wherein the resistance value close to zero or zero for all arrangement elements without the piezoelectric element is still advantageously realized by an active externally powered measuring arrangement.
  • the measuring arrangement consists of an ohmic resistance and a measuring device for measuring the voltage across the resistor (current-equivalent voltage measurement). It is also advantageous if the measuring arrangement consists of a measuring device for current measurement via magnetic field coupling.
  • an integration capacitor for determining the mechanical load is arranged.
  • a piezoelectric material provided with at least two electrodes is subjected to mechanical loading and the measuring arrangement connected to the electrodes, all arrangement elements having a lower resistance than the piezoelectric element, becomes the current directly or a current equivalent voltage is measured.
  • the current measurement can be used to directly determine the speed, ie the change, of the system become. This simplifies the typically used system of accelerometer and subsequent integrator.
  • a flow of the current generated by the change of a mechanical load on a piezoelectric element to a measuring arrangement is realized.
  • This is achieved by the inventive selection of the arrangement elements. The selection is based on the fact that all arrangement elements without the piezoelectric element are lower impedance than the piezoelectric element itself. In this case, advantageously, the resistance of all the arrangement elements without the piezoelectric element is close to zero or zero, or even as possible one or more orders of magnitude lower than the resistance value of the piezoelectric element. This can be achieved for example by the use of an active electronic circuit.
  • the direct current measurement can be realized by a measuring device for current measurement via magnetic field coupling.
  • a coil is realized around an electrical conductor discharging from the electrodes of the piezoelectric element.
  • the current flowing in the electrical conductor is known to generate a magnetic field which exerts a force on a magnetic body in the field.
  • the magnitude of the force is proportional to the current in the coil
  • the current-equivalent voltage measurement can be determined, for example, via the voltage drop across an ohmic resistor installed as an electrical measuring arrangement or with the aid of active electronic circuits.
  • the immediate change in the mechanical load can be determined and, on the other hand, the height of the directly determined measured value provides information about the strength of the applied mechanical load.
  • a piezoceramic plate with the dimensions, length: 20 mm, width: 20 mm, thickness: 0.2 mm, from Sonox P53 (manufacturer Ceramtec) with an internal resistance of> 10 GigaOhm is on both sides with a thin-layer sputter electrode made of chrome Nickel-copper-gold ( Figure 1). The polarization was over the thickness.
  • a force F acts on the piezoceramic.
  • the force is generated by a testing machine (spindle with ball screw drive).
  • the force change via a linear force increase takes place during the measurement from 0 N to 2000 N within 10 s. Thereafter, the force is held constant at 2000 N 13s. Then the force drops linearly to 0 N.
  • the measurement of the current is carried out via a measuring resistor of 5.6 MegaOhm, which is connected to the two electrodes of the piezoceramic.
  • a signal according to FIG. 2 could be measured: In the time periods A, C and E there is no change in the mechanical load. The current-equivalent voltage signal is zero. In period B, the mechanical load increases linearly, this is indicated by a positive, almost constant, current-equivalent voltage signal. In period D, the force decreases linearly, which is indicated by a negative, nearly constant, current-equivalent voltage signal.
  • the evaluation shows the temporal voltage curve over the measuring resistor. There is a nearly constant force change in the range of 10 s to 20 s and 33 s and 43 s.
  • the formula I U / R (Ohm's Law) can be used to determine the true current.
  • the current signal can also be measured directly, as shown in FIG.
  • the temporal loading and unloading process is shown in the same way as in Fig. 2.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Sensorstechnik und betrifft eine Anordnung, wie sie beispielsweise bei Drucksensoren, Kraftsensoren oder Klopfsensoren zur Anwendung kommen kann und ein Verfahren. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe einer Anordnung und eines Verfahren, durch welche die Änderung der mechanischen Belastung an einem Volumenelement direkt gemessen wird. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Anordnung bestehend aus einem piezoelektrischen Element, wobei alle Anordnungselemente niederohmiger ausgeführt sind, als das piezoelektrische Element, und die elektrische Messanordnung eine direkte Strommessung realisiert. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren, bei dem ein mit mindestens zwei Elektroden versehenes piezoelektrisches Material mechanisch belastet wird, wobei alle Anordnungselemente niederohmiger als das piezoelektrische Element ausgeführt sind, und direkt der Strom oder eine stromäquivalente Spannung gemessen wird.

Description

Anordnung zur Messung der Änderung einer mechanischen Belastung an Volumenelementen und Verfahren zur direkten Ermittlung der Änderung der mechanischen Belastung an einem Volumenelement
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete Funktionskeramik und Sensorstechnik und betrifft eine Anordnung zur Messung der Änderung einer mechanischen Belastung an Volumenelementen, wie sie beispielsweise bei Drucksensoren, Kraftsensoren oder Klopfsensoren zur Anwendung kommen kann und ein Verfahren zur direkten Ermittlung der Änderung der mechanischen Belastung an Volumenelementen von lasttragenden Strukturen, Bauteilen oder druckbeaufschlagten Flüssigkeits- und Gasräumen.
Piezoelektrika werden bekanntermaßen als Sensorenwerkstoffe in Drucksensoren eingesetzt. Zu den Piezoelektrika gehören nichtferroelektrische und ferroelektrische Materialien.
Dabei zeigen nichtferroelektrische Werkstoffe, wie Quarz, ZnO, Langasit und Piezopolymere eine hohe Stabilität der elektromechanischen Kopplung, die durch den piezoelektrischen Effekt gegeben ist. Diese Werkstoffe können mit extrem hohen Innenwiderstand hergestellt werden, der in Kombination mit weiteren gleichermaßen hochohmigen elektronischen Bauelemente eine lange Messzeit zulässt (> 100 s). Diese hochwertigen Bauelemente sind vergleichsweise teuer, so dass sie möglichst nur dort eingesetzt werden, wo die Einsatzbedingungen eine lange Lebensdauer der Bauelemente ermöglichen (Das Quarzkochbuch, Bernd Neubig & Wolfgang Briese, Feldkirchen, Franzis-Verlag, 1997, ISBN 3-7723-5853-5).
Für den Einsatz von Sensoren unter robusteren Bedingungen, wie beispielsweise in einem Verbrennungsmotor zur Aufnahme der Klopfgeräusche, werden ferroelektrische Werkstoffe eingesetzt, da sie eine größere mechanische Stabilität aufweisen und deutlich geringere Herstellungskosten verursachen. Die ferroelektrischen Werkstoffe weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie einen wesentlich niedrigeren Innenwiderstand besitzen und damit nur vergleichsweise kurze Messzeiten möglich sind. Die kleineren Messzeiten beschränken das Einsatzfeld von ferroelektrischen Werkstoffen auf dynamische Anwendungen (Erkennung von Verbrennungsaussetzern mit Hilfe von Klopfsensoren, Michael Lindemann, Düsseldorf, VDI-Veriag, 2001 , Reihe ISBN 3-18-346412-8).
Die Ermittlung mechanischer Belastungen an Volumenelementen geschieht bekanntermaßen über die mechanische Deformation eines angekoppelten piezoelektrischen Elementes. Dieses generiert wegen seiner elektromechanischen Koppeleigenschaften Oberflächenladungen die an entsprechend gestalteten Elektroden abgegriffen werden kann. Die Messung der Ladung oder eines ladungsäquivalentes Spannungssignals erfolgt bekannte Verfahren. . Die elektronische Schaltung zur Ladungsmessung wird als Ladungsverstärker bezeichnet (Sensorschaltungstechnik, Wolf-Dieter Schmidt, Auflage 1. Aufl. Band 8, 1997, Vogel-Fachbuch, ISBN 3-8023-1574-X).
Das Prinzip der Ladungsverstärkerschaltung wird dabei im wesentlichen durch einen elektronischen Verstärker realisiert, der die Spannung am piezoelektrischen Sensorelement auf Null hält. Dadurch werden die am Sensorelement generierten Ladungen auf einem Kondensator gespeichert. Die Ausgangsspannung kann nach der Formel u=q/C ermittelt werden, sie hat aber gegenüber der Elektrometerschaltung umgekehrte Polarität. Da die Eingangsspannung immer Null ist, spielt die Kapazität des Kabels beim Ladungsverstärker keine Rolle. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass auch hier das Problem der Kompensation des Eingangsstromes des Verstärkers auftritt. Die untere Grenzfrequenz wird durch den Leckwiderstand des Kondensators bestimmt, der im Allgemeinen sehr hoch ist. Ohne zusätzliche Beschaltung wird sich der Kondensator daher auch bei der Verwendung guter Verstärker bis zur Sättigung des Verstärkerausganges aufladen. Um dieses Problem zu vermeiden, werden andere Messanordnungen verwendet, bei denen über den Widerstand ein dem Eingangsstrom gleicher Strom am Summierpunkt eingespeist wird, so dass sich der Kondensator nicht auflädt. Die Einstellung dieses sehr geringen Stromes erfolgt über ein Potentiometer mit einem nachfolgenden Spannungsteiler, da ausreichend hohe Widerstände nicht verfügbar sind. Da der Eingangsstrom auch temperaturabhängig ist, kann er aber nie vollständig abgeglichen werden.
Nach einem weiteren Messprinzip, der ladungsequivalenten Spannungsmessung, arbeiten zahlreiche piezoelektrische Sensoren, besonders
Beschleunigungsaufnehmer mit einem eingebauten Impedanzwandler oder mit einem integrierten Vorverstärker. Diese Beschleunigungsaufnehmer können für Scher- und Biegesysteme ebenso eingesetzt werden, wie für Kompressionssysteme. Bei diesen Beschleunigungsaufnehmern wird das hochimpedante Signal der Piezokeramik in ein Spannungssignal niedriger Impedanz umgewandelt. Die elektronischen Bauelemente werden über einen Konstantstrom versorgt und als Besonderheit werden Versorgungsstrom und Sensorsignal über den gleichen Leitungsweg geführt. Über dem piezokeramischen Sensor bildet sich eine positive Arbeitspunktspannung. Das Schwingsignal wird dann von piezokeramischen Sensor der Arbeitspunktspannung aufmoduliert und über einen Koppelkondensator, der den Gleichanteil auskoppelt, dem Messgeräteeingang zugeführt
(Sensorschaltungstechnik, Wolf-Dieter Schmidt, Auflage 1. Aufl. Band 8, 1997, Vogel-Fachbuch, ISBN 3-8023-1574-X).
Allgemein werden heute derartige Beschleunigungsaufnehmer den Schaltungsanordnungen mit Ladungsausgang vorgezogen.
Der Nachteil beider Messprinzipien besteht darin, das ausschließlich der vorliegende Belastungszustand (mechanische Deformation) gemessen und verarbeitet werden kann. Änderungen der mechanischen Belastungen können nicht direkt erfasst werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe einer Anordnung zur Messung der Änderung einer mechanischen Belastung an Volumenelementen und eines Verfahren, durch welche die Änderung der mechanischen Belastung an einem Volumenelement direkt gemessen wird.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Messung der Änderung einer mechanischen Belastung an Volumenelementen besteht aus einem Element aus einem piezoelektrischen Material, welches über Elektroden mit einer elektrischen Messanordnung verbunden ist. Dabei sind alle Anordnungselemente niederohmiger ausgeführt, als das piezoelektrische Element. Weiterhin ist eine elektrische Messanordnung vorhanden, die eine direkte Strommessung oder eine Umwandlung in ein stromäquivalentes Spannungsignal und deren Messung realisiert.
Vorteilhafterweise ist als piezoelektrisches Material ein ferroelektrisches Material, noch vorteilhafterweise Bleizirkonattitanat, Bariumtitanat oder weitere bleioxidfreie Piezokeramiken eingesetzt.
Weiterhin vorteilhafterweise weisen alle Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element einen Widerstand nahe Null oder Null auf, wobei der Widerstandswert nahe Null oder Null für alle Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element noch vorteilhafterweise durch eine aktive fremdgespeiste Messanordnung realisiert ist.
Ebenfalls vorteilhafterweise besteht die Messanordnung aus einem ohmschen Widerstand und einem Messgerät zur Messung der Spannung über dem Widerstand (stromäquivalente Spannungsmessung). Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Messanordnung aus einem Messgerät zur Strommessung über Magnetfeldkopplung besteht.
Und auch von Vorteil ist es, wenn nach der elektrischen Messanordnung zur direkten Strommessung oder stromäquivalenten Spannungsmessung ein Integrationskondensator zur Ermittlung der mechanischen Belastung angeordnet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur direkten Ermittlung der Änderung der mechanischen Belastung an einem Volumenelement wird ein mit mindestens zwei Elektroden versehenes piezoelektrisches Material mechanisch belastet und an der mit den Elektroden verbundenen Messanordnung, wobei alle Anordnungselemente niederohmiger als das piezoelektrische Element ausgeführt sind, wird direkt der Strom oder eine stromäquivalente Spannung gemessen.
Von Vorteil ist es, wenn eine stromäquivalente Spannung über den Spannungabfall an einem niederohmigeren Widerstand gemessen wird.
Auch vorteilhaft ist es, wenn ein Widerstandswert nahe Null oder Null für alle Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element durch eine aktive fremdgespeiste Messanordnung eingestellt wird.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn nach der direkten Messung des Stromes oder der stromäquivalenten Spannung die Ermittlung der momentan wirkenden mechanischen Belastung über einen Integrationskondensator durchgeführt wird.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine direkte Ermittlung der Änderung der mechanischen Belastung an einem piezoelektrischen Element mittels einer Strommessung zu erreichen. Vorteilhaft ist es das Stromsignal in ein stromäquivalentes Spannungssignal beispielsweise mit Hilfe entsprechender Elektronik umzuwandeln.
Im Falle eines normalerweise verwendeten Dehnungssensors kann mit Hilfe der Strommessung die Geschwindigkeit, d.h. die Änderung, des Systems direkt bestimmt werden. Das vereinfacht das heute typischerweise verwendete System aus Beschleunigungsaufnehmer und nachfolgendem Integrator.
Um die Strommessung realisieren zu können, wird ein Abfließen des durch die Änderung einer mechanischen Belastung an einem piezoelektrischen Element erzeugten Stromes zu einer Messanordnung realisiert. Dies wird durch die erfindungsgemäße Auswahl der Anordnungselemente erreicht. Die Auswahl richtet sich dabei danach, dass alle Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element niederohmiger sind als das piezoelektrische Element selbst. Dabei ist vorteilhafterweise der Widerstandswert aller Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element nahe Null oder Null, oder auch um möglichst eine oder mehrere Größenordnungen geringer als der Widerstandswert des piezoelektrischen Elementes. Erreichbar wird dies beispielsweise durch den Einsatz einer aktiven elektronischen Schaltung.
Die direkte Strommessung kann dabei durch ein Messgerät zur Strommessung über Magnetfeldkopplung realisiert werden. Dazu wird um einen von den Elektroden des piezoelektrischen Elementes abführenden elektrischen Leiter eine Spule realisiert. Der im elektrischen Leiter fließende Strom erzeugt bekanntermaßen ein Magnetfeld, welches eine Kraft auf einen magnetischen Körper im Feld ausübt. Die Größe der Kraft ist proportional zum Strom in der Spule
Die stromäquivalente Spannungsmessung kann beispielsweise über den Spannungsabfall an einem als elektrische Messanordnung installierten ohmschen Widerstand ermittelt werden oder mit Hilfe aktiver elektronischer Schaltungen.
Durch die direkte Messung des Stromes ist einerseits die unmittelbare Änderung der mechanischen Belastung feststellbar und andererseits gibt die Höhe des direkt ermittelten Messwertes Auskunft über die Stärke der aufgebrachten mechanischen Belastung.
Zur Ermittlung der momentan wirkenden mechanischen Belastung kann entsprechend dem Stand der Technik nach der direkten Strommessung ein Integrator nachgeschaltet werden. Die dazugehörige Formel lautet Q = ϊ I dt Damit kann die Gesamtheit der abgeflossenen Ladungsträger bestimmt werden.
Im weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Beispiel:
Eine Piezokeramikplatte mit den Abmessungen, Länge: 20 mm, Breite: 20 mm, Dicke: 0,2 mm, aus Sonox P53 (Hersteller Ceramtec) mit einem Innenwiderstand von > 10 GigaOhm wird auf den großen Flächen beidseitig mit einer Dünnschicht- Sputterelektrode aus Chrom-Nickel-Kupfer-Gold versehen (Fig. 1). Die Polarisation erfolgte über die Dicke.
Fig. 1
Während des Betriebes wirkt eine Kraft F auf die Piezokeramik. Die Kraft wird von einer Prüfmaschine (Spindel mit Kugelgewindetrieb) generiert. Die Kraftänderung über einen linearen Kraftanstieg erfolgt während der Messung von 0 N auf 2000 N innerhalb von 10 s. Danach wird die Kraft konstant bei 2000 N 13s gehalten. Anschließend fällt die Kraft linear auf 0 N ab. Die Messung des Stromes erfolgt über einen Messwiderstand von 5,6 MegaOhm, der an die beiden Elektroden der Piezokeramik angeschlossen ist.
Damit konnte ein Signal gemäß Fig. 2 gemessen werden: In den Zeitabschnitten A, C und E erfolgt keine Änderung der mechanischen Belastung. Das stromequivalenten Spannungssignal ist Null. Im Zeitabschnitt B wächst die mechanische Belastung linear an, dies wir durch ein positives nahezu konstantes stromäquivalentes Spannungssignal angezeigt. Im Zeitabschnitt D sinkt die Kraft linear, dies wir durch ein negatives nahezu konstantes stromäquivalentes Spannungssignal angezeigt.
Stromequivalentes Spannungssignal Messwiderstand: 5.6 MOhm
Zeit in s
Fig. 2
Die Auswertung zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf über dem Messwiderstand. Es ist eine nahezu konstante Kraftänderung im Bereich von 10 s bis 20 s und 33 s und 43 s zu sehen. Über die Formel I = U/R (Ohmsches Gesetz) kann der wahre Strom ermittelt werden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann auch direkt das Stromsignal gemessen werden, was in Fig. 3 abgebildet ist. Der zeitliche Be- und Entlastungsverlauf wird in gleicherweise wie in Fig. 2 abgebildet. Stromsignal
Zeit in s
Fig. 3

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Messung der Änderung einer mechanischen Belastung an Volumenelementen, bestehend aus einem Element aus einem piezoelektrischen Material, welches über Elektroden mit einer elektrischen Messanordnung verbunden ist, wobei alle Anordnungselemente niederohmiger ausgeführt sind, als das piezoelektrische Element, und die elektrische Messanordnung eine direkte Strommessung oder eine Umwandlung in ein stromäquivalentes Spannungsignal und dessen Messung realisiert.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , bei der als piezoelektrisches Material ein ferroelektrisches Material vorhanden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der als ferroelektrisches Material Bleizirkonattitanat oder Bariumtitanat verwendet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, bei als ferroelektrisches Material bleioxidfreies ferroelektrisches Material verwendet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 , bei der alle Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element einen Widerstand nahe Null oder Null aufweisen.
6. Anordnung nach Anspruch 5, bei der der Widerstandswert nahe Null oder Null für alle Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element durch eine aktive fremdgespeiste Messanordnung realisiert ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 , bei der die Messanordnung aus einem ohmschen Widerstand und einem Messgerät zur Messung der Spannung über dem Widerstand (stromäquivalente Spannungsmessung) besteht.
8. Anordnung nach Anspruch 1 , bei der die Messanordnung aus einem Messgerät zur Strommessung über Magnetfeldkopplung besteht.
9. Anordnung nach Anspruch 1 , bei der nach der elektrischen Messanordnung zur direkten Strommessung oder stromäquivalenten Spannungsmessung ein Integrationskondensator zur Ermittlung der mechanischen Belastung angeordnet ist.
10. Verfahren zur direkten Ermittlung der Änderung der mechanischen Belastung an einem Volumenelement, bei dem ein mit mindestens zwei Elektroden versehenes piezoelektrisches Material mechanisch belastet wird und an der mit den Elektroden verbundenen Messanordnung, wobei alle Anordnungselemente niederohmiger als das piezoelektrische Element ausgeführt sind, direkt der Strom oder eine stromäquivalente Spannung gemessen wird.
11.Verfahren nach Anspruch 10, bei dem eine stromäquivalente Spannung über den Spannungabfall an einem niederohmigeren Widerstand gemessen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ein Widerstandswert nahe Null oder Null für alle Anordnungselemente ohne das piezoelektrische Element durch eine aktive fremdgespeiste Messanordnung eingestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem nach der direkten Messung des Stromes oder der stromäquivalenten Spannung die Ermittlung der momentan wirkenden mechanischen Belastung über einen Integrationskondensator durchgeführt wird.
EP06777575A 2005-07-08 2006-07-04 Anordnung zur messung der änderung einer mechanischen belastung an volumenelementen und verfahren zur direkten ermittlung der änderung der mechanischen belastung an einem volumenelement Withdrawn EP1902285A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3247711A (en) * 1963-06-10 1966-04-26 Gulton Ind Inc Digital force measuring apparatus
GB1537154A (en) * 1976-02-03 1978-12-29 Minnesota Mining & Mfg Electret sensing devices for temperature and stress variations
GB1585549A (en) * 1976-04-14 1981-03-04 Minnesota Mining & Mfg Temperature and stress compensated sensing apparatus
US5209119A (en) * 1990-12-12 1993-05-11 Regents Of The University Of Minnesota Microdevice for sensing a force

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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