Was ist eine Wägezelle und wie funktioniert sie?
Arten und Umfang
Zunächst werden wir im Prinzip die Funktionsweise von DMS-Sensoren verstehen. Wenn eine äußere Kraft auf einen Körper wirkt, verformt sie sich und wirkt der ausgeübten Kraft entgegen. Durch Verformung des Sensorgehäuses wirkt sich dies auf das Messelement des Dehnungsmessers aus. Infolgedessen erzeugt das Gerät ein elektrisches Signal, dessen Messwert das Verarbeitungssystem das Messergebnis liefert. Aber wofür ist diese Art von Gerät?
Dehnungsmessstreifen werden verwendet für:
- Gewichtsmessungen. Darüber hinaus können sie je nach Ausführung der Messeinheit zum Komprimieren oder Spannen verwendet werden. Dementsprechend besteht ihr Zweck darin, das Gewicht auf Plattformen (z. B. Waagen in Geschäften) oder an einer Aufhängung (Kräne usw.) zu messen.
- Druckmessungen. Zum Beispiel in Rohrleitungen von Gasen und flüssigen Substanzen.
- Drehmomentmessungen (an Automotoren oder Werkzeugmaschinen).
- Beschleunigungsdefinitionen.
- Bewegungssteuerung.
Durch die Art des Messelements und das Funktionsprinzip werden die Wägezellen unterteilt in:
- Resistiv.
- Piezoelektrisch.
- Optische Polarisation.
- Glasfaser.
- Piezoresistiv.
Die Konstruktionsmerkmale der Wägezelle bestimmen, wo sie verwendet wird, da die Konstruktion das Vorhandensein von Befestigungslöchern und Vektoren für die mögliche Anwendung von Kräften bzw. den Messprozess selbst bestimmt. Es gibt auch verschiedene Arten von Dehnungsmessstreifen in Form:
- Ausleger. Der Zweck solcher Geräte besteht darin, die Menge an Substanzen in Spendern, Förderbändern, Plattformen, Trichtern und Bodenwaagen zu messen.
- Zylindrisch. Sie werden zum Wiegen von Wagen, Autos, Tanks und Containern verwendet - wo Sie große Gewichte messen müssen.
- S-förmig, zugfest, geeignet zum Messen des von einem Kran angehobenen Gewichts und anderer ähnlicher Konstruktionen.
In der Praxis können Dehnungsmessstreifen in einem völlig unterschiedlichen Design hergestellt werden.
Das Gerät und Funktionsprinzip
Dehnungsmessstreifen werden zur Messung von Druck oder Gewicht verwendet. Alle geben ein elektrisches digitales oder analoges elektrisches Signal ab, wenn sich die Form des empfindlichen Elements ändert. Aber woraus bestehen sie?
Die Basis oder die Gehäuse sind unterschiedlicher Art. Dies hängt davon ab, wo Sie den Sensor installieren können. Und auch in welche Richtung es funktioniert - zum Zusammendrücken, Spannen oder Biegen.
Neben dem Sensorelement kann das Wägezellengehäuse auch zusätzliche Einheiten enthalten, z. B. ADCs, Leistungstreiber usw. Wenn der Dehnungsmessstreifen digital ist, gibt es auch eine Einheit zum Umwandeln eines analogen Signals (ADC).Betrachten Sie das Funktionsprinzip des Sensorelements des Dehnungsmessers am Beispiel einer spannungsbeständigen Komponente - sie haben die breiteste Anwendung gefunden.
Ein Dehnungsmessstreifen ist ein flexibler Film oder ein flexibles Substrat, auf das eine Widerstandsschicht aufgebracht wird. Wenn es sich um einen Filmsensor handelt - dünnes Sprühen oder Folie, wenn Draht - auf einen flexiblen Substratdraht gelegt wird. Sprühen oder Draht werden in einer Wicklungsleitung verlegt.
Während der mechanischen Einwirkung auf das Substrat biegt es sich, wodurch der Film, die Folie oder der Draht gedehnt wird. Dementsprechend ändert sich in einem angespannten Zustand seine Querschnittsfläche (nimmt ab) und der Widerstand nimmt zu. Wenn der Druck abnimmt, kehrt das Substrat in seine ursprüngliche Position zurück, auch die Widerstandsschicht, und sein Widerstand beginnt abzunehmen und kehrt zur Normalität zurück.
Piezoelektrische empfindliche Organe arbeiten entgegengesetzt. Wenn Druck auf den Piezokristall ausgeübt wird, tritt eine EMF auf, während sich auch der Widerstand von piezoresistiven Sensoren aus dünnen Halbleiterfilmen ändert.
Sie können auch kapazitive Sensoren finden - dies sind Geräte, deren Funktionsprinzip darin besteht, die Kapazität zwischen flexiblen Platten zu messen. Sowie elektromagnetische Geräte, bei denen sich unter dem Einfluss des Magnetkreises die Eigenschaften des Stromkreises ändern.
Schaltplan
Wie die Wägezelle funktioniert, haben wir herausgefunden. Nun sollten Sie sich mit dem Anschlussplan vertraut machen. Das Blockschaltbild des Geräts, das das Signal liest, ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Darauf sehen Sie eine der Optionen zum Verstärken und Konvertieren des Signals vom Sensor.
Wenn wir den Dehnungsmessstreifen-Sensor betrachten, dann ist es in Wirklichkeit eine Brücke von Widerständen, die wie folgt eingeschlossen ist. Dieser Schaltkreis wird als "Winston Bridge" oder Messbrücke bezeichnet.
Für den Betrieb reicht es nicht aus, nur Signalkabel anzuschließen, sondern Sie benötigen auch Stromkabel. In einigen komplexen Systemen können Drähte auch zur thermischen Stabilisierung oder für andere Funktionen angeschlossen werden.
Das Video zeigt detailliert, was die DMS-Sensoren sind und wie sie funktionieren:
Moderne DMS-Sensoren können je nach Verwendungszweck in Anlagen zur Messung von Bruchteilen eines Gramms bis zu Hunderten von Tonnen eingesetzt werden. Dementsprechend werden für jeden Gewichtsbereich Dehnungsmessstreifen eines bestimmten Designs und Typs eines empfindlichen Elements ausgewählt. Neben den gemessenen Gewichten spielen bei der Auswahl der Instrumente die Bedingungen, unter denen sie betrieben werden, sowie die erforderliche Genauigkeitsklasse eine wichtige Rolle.
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