Der DMS-Messverstärker A136: Die Neudefinition der Präzisionsmessung

Die Entwicklung der Versorgung der 10-V-Dehnungsmessstreifen

In den USA hat die 10-V-Versorgung bei Dehnungsmessstreifen-Anwendungen eine lange Tradition. Trotz des geringfügigen Genauigkeitsverlusts, der mit der damit einhergehenden höheren Signal-Rausch-Verhältnis-Beziehung und der Wärmeentwicklung einhergeht, hat sich der nordamerikanische Markt seit Jahrzehnten für die Versorgung mit 10 V entschieden und seine Kalibrierungs- und Qualitätsstandards darauf ausgerichtet. Diese Kontinuität gewährleistet, dass der Übergang zu neueren Technologien bestehende Protokolle nicht beeinträchtigt.

In modernen technischen Anwendungen ist ein zunehmender Trend zur Verwendung von 1000-Ohm-Dehnungsmessstreifen zu beobachten. Hinzu kommt der zunehmende Einsatz von halbleiterbasierten Sensoren in Testumgebungen. Diese brückenbasierten Sensoren sind in erster Linie für die Druck- und Durchflussmessung ausgelegt und erfordern im Vergleich zu Metallfolien-Dehnungsmessstreifen eine höhere Versorgung. Ihre Eignung zur Erfassung hoher (20k–50k) sowie statischer niedriger Frequenzen macht sie bei Antriebsprüfungen in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie unverzichtbar.

Zwar sind die Vorteile überzeugend, doch darf man den erhöhten Stromverbrauch und mögliche Schäden nicht außer Acht lassen, wenn die Versorgung des Dehnungsmessstreifens nicht optimiert ist. Berücksichtigt man jedoch die überwältigenden Vorteile, insbesondere bei hochpräzisen Anwendungen wie in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau oder sogar in störungsbehafteten industriellen Umgebungen, so besticht der A136 durch seine Kompatibilität mit einer einfach konfigurierbaren Versorgung im Bereich von 1 V bis 10 V.

Vorteile der 10-V-Versorgung

• Höheres Signal-Rausch-Verhältnis: Höherer Signal-Rausch-Abstand, der auch in EMV-belasteten Umgebungen für Klarheit sorgt.
• Erhöhte Empfindlichkeit: Selbst kleinste Veränderungen der Dehnung werden mühelos erkannt.
• Sensorkompatibilität: Die 10V-Versorgung eignet sich für viele Dehnungsmessstreifen (DMS), vereinfacht die Einrichtung und gewährleistet die Anpassung an gängige Sensoren.

Dehnungsmessstreifen-Sensoren und die 10-V-Versorgungs-Edge

Eine 10V-Versorgung ist zwar nicht für alle DMS-Sensoren erforderlich, aber bestimmte Kategorien profitieren deutlich davon:

• Präzisions-DMS: Diese sind in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie von zentraler Bedeutung, wo es keine Kompromisse bei der Genauigkeit geben darf.
• DMS inmitten von Störsignalen: Der verbesserte Signal-Rausch-Abstand der 10V-Versorgung ist ein deutlicher Vorteil in EMV-belasteten industriellen Umgebungen.
• Dehnungsmessung in Echtzeit: In Situationen, in denen sofortige Messungen erforderlich sind, wie z. B. bei der Bestimmung von Kräften, die auf Testfahrzeuge wirken, ist eine 10V-Versorgung von entscheidender Bedeutung.
• Sensoren mit geringer Empfindlichkeit: Die Verwendung einer 10V-Versorgung ist für diese Sensoren vorteilhaft, da sie zu einem höheren Ausgangssignal führt und die Messergebnisse optimiert.

Unter den Sensoren, die ihre Wirkung mit einer 10V-Versorgung besser entfalten können, stechen Wägezellen, Druckaufnehmer und Beschleunigungssensoren hervor.

1000 Ohm DMS & Brückenergänzungswiderstände

In der modernen Technik erfreuen sich 1000-Ohm-Dehnungsmessstreifen zunehmender Beliebtheit, insbesondere in der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie. Diese Branchen treiben die Innovation mit modernen Verbundwerkstoffen voran, die auf Festigkeit und Leichtigkeit ausgelegt sind. Während die Herstellung dieser Fasern konsistent verläuft, stellt die Ermüdungsprüfung ihrer einzigartigen Zusammensetzungen aufgrund der anisotropen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen eine Challenge dar. Dies führt zu unterschiedlichen Eigenschaften in verschiedenen Richtungen, was das Verständnis der Spannungs-Dehnungs-Kurven erschwert. Hier kann eine höhere Messleistung von Vorteil sein.

Der A136 ist jedoch nicht nur für den 1000-Ohm-Markt ausgelegt. Er ist auch in einer 120-/350-Ohm-Version erhältlich, die über integrierte Abschlusswiderstände für Viertel- bzw. Halbbrücken verfügt. Brücken-Ergänzungswiderstände spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung genauer Messungen, indem sie fehlende Elemente in Halb- oder Viertelbrückenkonfigurationen kompensieren. Das „Shunting“ – also das Hinzufügen eines bekannten Widerstands zur Brückenschaltung – ist unerlässlich, um die Empfindlichkeit zu bestimmen und das System zu kalibrieren.

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Wo in modernen Anwendungen eine 10-V-Versorgung erforderlich ist

• Unterstützung durch halbleiterbasierte Sensoren: Bei der Triebwerksprüfung in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich kommen sowohl herkömmliche Dehnungsmessstreifen aus Metallfolie als auch moderne halbleiterbasierte Sensoren zum Einsatz. Halbleiterbasierte Sensoren erfordern eine Versorgung mit 10 V, was ihre schnelleren Ansprechzeiten ermöglicht und somit die Echtzeit-Überwachung und -Regelung druckbezogener Parameter erlaubt – eine Aufgabe, die herkömmliche Metallfolien-Sensoren nicht bewältigen können. Solche Fähigkeiten gewinnen für Flugsteuerungssysteme und die Optimierung der Triebwerksleistung zunehmend an Bedeutung.
• Flugversuche in der Luft- und Raumfahrt: Da Flugzeuge strengen Tests unterzogen werden, müssen Sensoren unter wechselnden Bedingungen Echtzeitdaten liefern. Eine 10-V-Versorgung gewährleistet die Datenintegrität und -klarheit, sodass Ingenieure fundierte Entscheidungen hinsichtlich der Flugmechanik und der strukturellen Integrität treffen können.
• Strukturtests in der Luft- und Raumfahrt: Die 10V-Versorgung ermöglicht einen klareren und präziseren Blick darauf, wie verschiedene Teile – von den Tragflächen bis zum Rumpf – mit Belastungen umgehen. Das führt zu einer umfassenden Bewertung des strukturellen Zustands und zur Ermittlung von Spannungskonzentrationen in den Flugzeugstrukturen.
• Lebensdauer-Prüfungen im Automobilbereich: Moderne Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, weisen komplexe Systemarchitekturen auf. Die genaue Messung von Belastung und Dehnung an Bauteilen wie Batterien, insbesondere während des Schnellladens oder -entladens, erfordert die Klarheit und Präzision, die eine 10-V-Versorgung bietet.
• Hochgeschwindigkeitszüge und Infrastruktur: Da viele Länder in ultraschnelle Schienensysteme investieren, sind die Integrität der Gleise und der Wagen von entscheidender Bedeutung. Sensoren mit einer 10-V-Versorgung können dynamische Belastungen bei hohen Geschwindigkeiten messen und gewährleisten so Sicherheit und Betriebseffizienz.
• Energiesektor: Windkraftanlagen sind beispielsweise dynamischen Belastungen ausgesetzt. Die Rotorblätter, die oft enorme Längen aufweisen, sind unterschiedlichen Dehnungen ausgesetzt. Genaue Daten können bei der vorausschauenden Instandhaltung helfen und sicherstellen, dass diese Giganten der sauberen Energie optimal funktionieren.

Da die Industrie immer neue Grenzen überschreitet, steigt der Bedarf an präzisen, eindeutigen und in Echtzeit verfügbaren Daten zur Dehnung oder zum Sensor kontinuierlich an. Die 10-V-Versorgung bei Dehnungsmessstreifen-Sensoren stellt sich dieser Challenge und bewährt sich in vielfältigen, anspruchsvollen Anwendungen.

Warum das Messmodul A136 sich abhebt

Der A136 ist für die Unterstützung von Brückensensoren mit 120, 350 und 1000 Ohm ausgelegt, verfügt über integrierte Abschlusswiderstände und ist sowohl mit 4- als auch mit 6-Leiter-Konfigurationen kompatibel. Er bietet vier Kanäle mit einer Abtastrate von 20 kHz pro Kanal und einer 24-Bit-ADC-Dehnungsmessverstärkung. Mit vom Anwender konfigurierbaren Pegeln der Versorgung von 1 V bis 10 V und einer unkomplizierten Verwaltung von Konfiguration, Skalierung und Filterung über GI.bench lässt sich der A136 nahtlos in Q.stations- und EtherCAT-Systeme integrieren.

Hier finden Sie das umfassende A136-Datenblatt.

Herausforderungen bei der Dehnungsmessung?

Angesichts der sich wandelnden Anforderungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie zeichnet sich das Modell A136 als zuverlässiges Werkzeug aus. Die Entscheidung für das Modell A136 bedeutet eine Investition in Kompatibilität und nahtlose Integration für vielfältige Messanwendungen.