Dehnmessstreifen (DMS)
Dehnmessstreifen (kurz DMS) sind eine der am häufigsten in der Industrie verwendeten Sensortypen. Sie können in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen nützlich sein und überzeugen vor allem durch eine relativ leichte Handhabung. Erfahren Sie in diesem Artikel mehr über die Anwendungen und Funktionsweise von Dehnmessstreifen.
Was sind Dehnmessstreifen?
Für viele Personen gehört das Messen Ihres Gewichtes zur täglichen Routine. Doch haben Sie sich schon jemals gefragt, wie eine Körperwaage überhaupt Ihr Gewicht bestimmen kann? Möglich wird dies durch Kraftsensoren, zu welchen unter anderem Dehnmessstreifen gehören.
DMS bestehen meist aus dünnen Schichten eines leitenden Materials. Beansprucht man einen DMS z.B. durch Dehnung, ändert sich dessen Widerstand und Leitfähigkeit. Genau diese Eigenschaft kann man zur Messung von Kräften verwenden, welche sich in verschiedensten Formen äußern können.
Häufig kommen Dehnmessstreifen in Waagen zum Einsatz. Dies können aber nicht nur herkömmliche Küchen- oder Körperwaagen sein, sondern auch spezielle Anwendungen wie Kranwaagen. Andere Prozesse, die zu einer Verformung des DMS führen, können ebenfalls gemessen werden. Allen voran sind dies materialspezifische Eigenschaften. Dabei wird der Dehnmessstreifen mittels eines speziellen Klebers an einen Festkörper angebracht. Dehnt sich dieser Festkörper nun bei Beanspruchung aus oder wird gestaucht, überträgt sich diese Längenänderung auf den DMS und kann dadurch gemessen werden. Häufig kommen DMS bei der Bestimmung von Elastizität und Festigkeit zum Einsatz. Aber sogar Schwingungen und Vibrationen von Festkörpern können durch Dehnmessstreifen ermittelt werden.
Ein weiterer Einsatzort von Dehnmessstreifen liegt in der Überprüfung von Simulationsrechnungen. In der Ingenieurstechnik wird zur Simulation des Verformungsverhaltens von Materialien oft die sogenannten Finite-Elemente-Methode eingesetzt. Um zu überprüfen, ob diese Simulationsmethode richtige Ergebnisse liefert, kommen häufig DMS zum Einsatz.
Wie DMS funktionieren
Dehnmessstreifen bestehen, wie erwähnt, aus dünnen Schichten eines leitenden Materials. Die Leitfähigkeit dieses Materials hängt dabei oft von Länge und Querschnitt des verwendeten Stoffes ab. Ein kurzes und dickes Stück Kabel hat für gewöhnlich einen geringeren Widerstand als ein langes und dünnes Leitungskabel. Genau deshalb wird der gesamte Widerstand R eines Materials oft über seinen spezifischen Widerstand angegeben:
Hierbei ist ρ der spezifische Widerstand, l die Länge und A die Querschnittsfläche des Leiters.
Bei einer Belastung des Dehnmessstreifen ändern sich nun die Länge l und der Querschnitt A des Leiters, und somit dessen Gesamtwiderstand R. Aufgrund dieser Widerstandsänderung kann man bestimmen, wie stark sich der DMS unter Belastung ausgedehnt hat und auch welche Kraft auf ihn wirkt.
Schematischer Aufbau eines Dehnmessstreifens
Dehnmesstreifen können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Halbleiter wie Silizium bieten dabei eine sehr hohe Empfindlichkeit des Sensors. Ein Nachteil solcher halbleiterbasierten-DMS ist die hohe Temperaturabhängigkeit des Materials. Schon wenige Zehntel Grad können zu einer deutlichen Änderung der Leitfähigkeit führen – ohne dass eine Dehnung des Materials auftritt. Silizium-Dehnmessstreifen sind daher vor allem in Laboranwendungen von hohem Interesse.
Im Gegensatz dazu gibt es auch Dehnmesstreifen, die auf metallischen Stoffen wie Konstantan basieren. Diese sind weniger temperaturempfindlich, weisen jedoch auch eine geringere Genauigkeit auf. Die relative Messungenauigkeit liegt bei Standard-DMS auf metallischer Basis bei ungefähr 0.1 % bis 1 %.
Für sehr spezielle Anwendungen gibt es noch weitere Arten von Dehnmesstreifen. Diese können auf optischen, induktiven oder kapazitiven Bauteilen basieren. So sind unter anderem Hochtemperatur-DMS erhältlich, die bis zu 1000 °C verlässliche Messwerte liefern.
Ihr DEWETRON-System funktioniert mit DMS
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