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dehnungsmessstreifen

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Dehnungsmessstreifen

Dehnungsmessstreifen (DMS) sind flächige Messwertaufnehmer oder Sensoren, die sich durch einen elektrischen Widerstand charakterisieren. Erfahren sie eine Deformation, so hat dies eine Änderung ihres elektrischen Widerstandes zur Folge.

Diese charakteristische Eigenschaft eines Dehnungsmessstreifens zieht man heran, um Verformungen an Bauteilen zu erfassen. Hierzu wird der Dehnungsmessstreifen so auf die Bauteiloberfläche aufgebracht, dass die Verformung des zu messenden Bauteils auf diesen übertragen werden. Die Änderung des Widerstandes wird in der Regel durch die Einbindung in eine elektrische Schaltung (Wheatstonesche Messbrücke) erfasst und zur quantitativen Beurteilung der belastungsbedingten Verformung herangezogen.

Die technische Entwicklung der Dehnungsmessstreifen führte zu einer Vielzahl von Bauarten, die jeweils auf unterschiedliche physikalischen Wirkprinzipien beruhen. So werden piezoelektrische DMS, spannungsoptische DMS, kapazitive DMS, aufgedampfte oder Dünnfilm-DMS, metallische DMS und Halbleiter-DMS gebaut. Die letzten Beiden sind die in der Praxis am weitesten verbreitet.

Eine viel verwendete Bauart der Messstreifen ist ein mäander-förmiger Widerstand, der auf einer Kunststofffolie aufgebracht ist. Diese Anordnung wird auf das zu untersuchende Bauteil geklebt und die Dehnung bzw. Stauchung des Bauteils ist nun gleich der Dehnung bzw. Stauchung des DMS.

Die gemessene Widerstandsänderung der Anordnung ist proportional der Längenänderung :

wobei
  • k : k-Faktor, typ. bei Metallen k = 2
  • (Epsilon): relative Dehnung mit

wobei E der Elastizitätsmodul des Materials ist.

Der Dehnungsmessstreifen kann aus metallischen Stoffen und aus Halbleitern gefertigt werden.

Ein typisches Material ist z. B. eine Kupfer-Nickel-Legierung (Konstantan), dessen Wärmeausdehnungskoeffizient

dem von Stahl und Beton entspricht und daher keine Temperaturkompensation bei der Dehnungsmessung von Stahlbeton benötigt.

Der Dehnungsmessstreifen wird an einer Brückenschaltung angeschlossen, um die Auflösung zu verbessern.

mit dem so genannten Brückenfaktor B.

Brückentyp B
Vollbrücke 4
Halb~ 2
Viertel~ 1

Für den Anschluss in einer Vollbrücke werden vier Punkte mit betragsgleicher Dehnung bzw. Stauchung benötigt.

Die zulässige Brückenversorgung ist aus dem Datenblatt des Dehnungsmessstreifens bzw. des Brückensensors zu entnehmen. Der Bereichsendwert liegt oft bei ca. 2 mV/V.

Typische Einsatzfelder:

- Die Beanspruchungsanalyse der Bauteile für die Forschung und Entwicklung, zur Festigkeitsberechnug, Gestalt- und Werkstoff-Optimierung, zur Verifizierung von FEM- und BEM-Ergebnissen und als Basis für die Ermittlung des dreiachsigen Spannungszustandes im Inneren

- Im Messgrößenaufnehmerbau für Kraft, Masse, Druck, Drehmoment und Dehnung

- Bei der Überwachung von Bauteilen im Betrieb

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