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Grundlagen zur Funktion
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Grundlagen zur Funktion
4.1
EtherCAT-Grundlagen
Grundlagen zum Feldbus EtherCAT entnehmen Sie bitte der EtherCAT System-Dokumentation, die Ihnen
auf www.beckhoff.de auch als PDF-Datei zum Download zur Verfügung steht.
4.2
Grundlagen der DMS-Technologie
Es sollen im Folgenden einige grundsätzliche Informationen zum Technologiebereich DMS/Wägezellen als
metrologisches Instrument gegeben werden. Diese sind von allgemeiner Natur, es ist vom Anwender zu
prüfen, inwieweit diese Hinweise auf seine Applikation zutreffen.
• Dehnungsmessstreifen (DMS) dienen dazu, entweder unmittelbar durch Fixierung auf einem Körper
dessen statischen (0 bis wenige Hz) oder dynamischen (bis mehrere kHz) Dehnungen, Stauchungen
oder Torsionen aufzunehmen. Oder aber mittelbar als Teil eines Sensors verschiedene Kräfte oder
Bewegungen zu erfassen (z. B. Wägezellen/Kraftaufnehmer, Wegaufnehmer, Schwingungssensoren).
• Bei optischen DMS (z. B. Bragg-Gitter) bewirkt eine Krafteinwirkung auf eine als Sensor genutzte
Faser eine proportionale Veränderung von deren optischen Eigenschaften. Es wird Licht mit einer
bestimmten Wellenlänge in den Sensor geleitet. Je nach Verformung des in den Sensor eingelaserten
Gitters durch die mechanische Beanspruchung wird ein Teil des Lichts reflektiert und mit einem
geeigneten Messwertaufnehmer (Interrogator) ausgewertet.
Das am weitesten verbreitete Prinzip im industriellen Umfeld ist der elektrische DMS. Es sind viele Begriffe
für diese Art von Sensoren üblich: Wägezelle, Lastmessdose, Wiegebrücke etc.
Aufbau elektrischer DMS
Ein DMS besteht aus einem Trägermaterial (z. B. dehnbare Kunststofffolie) mit aufgebrachter Metallfolie,
aus welchem –je nach Anforderung in sehr verschiedenen geometrischen Formen- ein Gitter aus elektrisch
leitfähigem Widerstandsmaterial herausgearbeitet wird.
Abb. 19: DMS
Dabei wird das Verhalten ausgenutzt, dass z.B. bei Dehnung eines metallischen Widerstandsleiters seine
Länge zu-, und der Durchmesser abnimmt, wodurch schließlich sein elektrischer Widerstand proportional
steigt.
ΔR/R = k*ε
Dabei entspricht ε = Δl/l der Längendehnung, die Dehnungsempfindlichkeit wird als k-Faktor bezeichnet.
Daraus resultiert auch die charakteristische Bahnführung innerhalb des DMS: die Widerstandsbahn wird
mäanderförmig "in Schlangenlinien" verlegt, um eine möglichst lange Strecke der Dehnung auszusetzen.
Beispiel
Die Dehnung von ε = 0,1% eines DMS mit k-Faktor 2 bewirkt eine Widerstandserhöhung um 0,2%. Typische
Widerstandsmaterialien sind Konstantan (k~2) oder Platin Wolfram (92PT, 8W mit k~4). Bei Halbleiter-DMS
wird eine Siliziumstruktur auf ein Trägermaterial geklebt. Die Leitfähigkeit wird primär durch Deformation des
Kristallgitters verändert (piezoresistiver Effekt). Es können k-Faktoren bis 200 erreicht werden.
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Version: 1.3.1
ELX3351
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