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Dehnungs-
messung
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Sie interessieren sich für die Messung mit Dehnungsmessstreifen (DMS), wissen aber nicht, welche Gantner-Produkte für Sie am besten geeignet sind?
Unsere Ingenieure können Ihnen schnell dabei helfen, ein Q.series X Messsystem auf Ihre Bedürfnisse zuzuschneiden.
Wenn ein Material mit einer Kraft belastet wird, entsteht in ihm eine Spannung, die eine Verformung des Materials zur Folge hat. Dehnung ist die Verformung des Materials durch die Spannung. Sie ist ein Verhältnis zwischen der Längenänderung und der ursprünglichen Länge. Die Höhe der Belastbarkeit hängt vom Material ab. Die Dehnung kann mit einem Dehnungsmessstreifen (DMS) gemessen werden. Der DMS wurde 1938 von Arthur Claude Ruge und Edward E. Simmons erfunden. Ein Dehnungsmessstreifen besteht aus einer mäanderförmig verlaufenden Widerstandsbahn, deren Widerstand sich ändert, wenn das Material gedehnt oder gestaucht wird.
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Bei der Trägerfrequenz-Technik wird der DMS mit einer Wechselspannung anstelle einer Gleichspannung versorgt. Das Ergebnis ist eine hohe Störsignalunterdrückung, mit der man rauscharm kleine Dehnungen auch unter schwierigen Bedingungen erfassen kann.
Wir bieten Messmodule an, die alle drei Arten von DMS-Schaltungen erfassen können. Mit dieser Flexibilität und der Genauigkeit der Messmodule können Sie eine breite Palette von Anwendungen abdecken.
Für spezielle Anwendungsfälle können Sie auch unsere universellen Messmodule in Betracht ziehen, die neben DMS Voll-, Halb- und Viertelbrücken auch nahezu jede andere Größe erfassen können. Einige Module verfügen sogar über Analogausgänge (±10 V oder 0-20 mA), die z.B. als IST-Signale in Prüfmaschinen genutzt werden können.
Wo werden Dehnungsmessstreifen eingesetzt?
Die Dehnungsmessstreifen (DMS) haben praktisch unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Strukturprüfung und -überwachung, z. B. bei der Prüfung der Lebensdauer von Bauteilen in der Automobil- und Schienenfahrzeugindustrie. Der Einsatz der Dehnungsmessstreifen-Technologie in der Luft-, Militär- und Raumfahrtindustrie hat eine lange Tradition. Dehnungsmessstreifen werden für statische und Ermüdungsprüfungen von Bauteilen und Unterbaugruppen direkt auf tragende Strukturkomponenten geklebt. In der erneuerbaren Windenergiebranche wird die Dehnungsmessstreifen-Technologie zur Prüfung der strukturellen Leistung von Windturbinenblättern und -lagern sowie zur Zustandsüberwachung von Strukturen in Windturbinen vor Ort eingesetzt. Dehnungsmessstreifen werden auch zur Überwachung von Infrastruktur und Bauwesen (Brücken, Tunnel, Eisenbahnen, Dämme), Öl- und Gaspipelines oder Kernkraftwerken eingesetzt.
Warum Gantner für die Dehnungsmessung?
Hochauflösende Verstärkung von Dehnungssignalen
DMS-Signale, insbesondere die von Viertelbrückenschaltungen, können Masseschleifen aufweisen und unter elektrischem Rauschen leiden. Ein guter DMS-Verstärker mit einem 24-Bit-Sigma-Delta-A/D-Wandler (ADC) führt zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Sigma-Delta-ADCs verwenden Oversampling, Filterung und Rauschformung, um die höchste Auflösung zu erreichen.
Der Messbereich ist wichtig
Die Genauigkeit wird durch den Messbereich und eine präzise Verstärkung des Messverstärkers beeinflusst. Die modernen Messverstärker von Gantner bieten einstellbare Messbereiche mit einer Verstärkungsgenauigkeit von ± 0,05 %. Im Messbereich ± 2000 µm/m beträgt der Gesamtfehler nur 1 µm/m. Im größeren Messbereich ± 20.000 µm/m (z.B. zur Rissmessung) beträgt dieser Gesamtfehler nur 10 µm/m.
Optimale Brückenspeisespannung
Die thermische Drift aufgrund der Eigenerwärmung von Dehnungsmessstreifen führt zu einer scheinbaren Veränderung der Dehnung, die nicht auf die Verformung der Probe zurückzuführen ist. Je höher die dem DMS zugeführte Speisespannung ist, desto mehr Strom fließt durch die Drähte, wodurch Wärme erzeugt wird. Die DMS-Messverstärker von Gantner Instruments bieten eine gepulste Brückenspeisung, um den Fehler durch die Eigenerwärmung von Dehnungsmessstreifen zu minimieren.
Automatische Kompensation der DMS-Anschlusskabel
Gantner verwendet eine bewährte Methode zur kontinuierlichen Korrektur des Kabelwiderstands. Durch die ratiometrische Erfassung des internen Brückenergänzungswiderstandes werden die Messfehler automatisch korrigiert, sogar während der Messung. Eine manuelle Shunt-Kalibrierung ist somit nicht erforderlich, so dass auch Bedienungsfehler ausgeschlossen sind.
Trägerfrequenz-Technologie
Trägerfrequenz-Messverstärker eliminieren allein durch das Messprinzip alle Frequenzen und Oberwellen außerhalb der Trägerfrequenz-Bandbreite. So bleiben Einflüsse wie thermoelektrisches Spannungsrauschen, Netzfrequenzen und Resonanzfrequenzen von Motoren in der Nähe außen vor. Auf diese Weise wird die Qualität der Signale während der Messung und die Signalintegrität bei Verwendung als Steuersignal signifikant verbessert.
Auch bei der DMS-Messung, bei der eine Schirmung der Dehnungsmessstreifen oftmals nicht so einfach möglich ist, können diese Eigenschaften zu optimalen Ergebnisse führen.
DMS-Signale professionell messen
Mehrere Module der Q.series erfassen Signale von DMS-Brücken:
- A101, das Multifunktionsmodul mit einer Abtastrate von 100 kHz
- A102, das 100 kHz schnelle Universalmodul mit Analogausgang
- A106, das universelle Brückenmodul mit wählbarer Trägerfrequenz- und DC-Speisung
- A107, das preisgünstige 4-Kanal-Modul mit einer Abtastrate von 20 kHz / Kanal
- A116, das 8-Kanal-Modul für Viertel-, Halb- und Vollbrücken bei 10 kHz / Kanal
- A136, das 4-Kanal-Modul mit wählbarer Speisespannung (bis zu 10 V) und 20 kHz / Kanal
- A146, das 16-Kanal-Modul für Viertelbrücken bei 10 kHz / Kanal
Produktbeispiel: Messmodul A106
Dieses Modul bietet drei Optionen für die Speisung der Messbrücke:
Gleichspannungsversorgung
Geeignet für hochohmige Messbrücken und lange Kabel zwischen Messwertaufnehmer und Messmodul. Bei Gleichstrom hat die Kabelkapazität keinen Einfluss.
Trägerfrequenz Speisung (TF)
Es werden nur modulierte Signale übertragen. Daher zeigen Trägerfrequenz-Messverstärker ein besseres Drift-, Rausch- und Empfindlichkeitsverhalten.
TF 4,8 kHz
Geeignet für DMS und induktive Aufnehmer. Bei längeren Kabeln kann es jedoch zu Phasenverschiebungen zwischen der Speisespannung und dem Messsignal kommen, was die Empfindlichkeit verringert.
TF 600 Hz
Diese Trägerfrequenz ist für hohe Genauigkeitsanforderungen geeignet. Die Kabelkapazität zeigt keine nennenswerten Auswirkungen.
Produktbeispiel: Messmodul A116
Das bevorzugte Modul für schnelle und kompakte Messungen mit DMS Viertel-, Halb- und Vollbrücken.
- Synchrones Messen von bis zu 8 DMS-Kanälen mit 10 kHz – kein Multiplexen
- Kompensiert Kabeleinflüsse durch eine gleichzeitige interne Referenzmessung über den Ergänzungswiderstand
- 120 Ohm und 350 Ohm Ergänzungswiderstände integriert – 0,05 ppm/K für eine optimale Temperaturstabilität
- eingebauter Shunt-Widerstand
- Messbereiche 2.000 μm/m und 20.000 μm/m je Kanal einstellbar
- Q.station ermöglicht die synchrone Erfassung (Jitter 1 μs) von mehreren hundert Kanälen
Die Stabilität beim Messen mit DMS-Viertelbrücken hängt hauptsächlich von der Temperaturstabilität der Ergänzungswiderstände ab:
Ein 350 Ohm DMS ändert seinen Widerstand bei 1000 μm/m (k=2) um gerade mal 700 mΩ. Die Temperaturstabilität der Ergänzungswiderstände im A116 beträgt 0,05 ppm/K, was 0,025 μm/m pro Grad Temperaturänderung oder 0,025% / 10 K entspricht. Würde die Widerstandsstabilität beispielsweise nur 5 ppm/K betragen, so ergäbe das eine Drift von 2,5 μm/m pro Kelvin oder 2,5% / 10 K.
Produktbeispiel: Messmodul A136
Das A136 ist ein äußerst vielseitiges und präzises Messmodul der Q.series, ideal für eine Reihe von DMS-Anwendungen.
- Der A136 ist für bis zu 4 parallele DMS-Brücken ausgelegt und bietet eine hohe Abtastrate von 20 kHz pro Kanal (24-Bit-ADC); kein Multiplexen
- Es unterstützt eine Vielzahl von brückenbasierten Sensoren. Zudem verfügt es über Ergänzungswiderstände für 120, 350 und 1000 Ohm Viertelbrücken
- DMS-Messung in 4- und in 6-Leiterschaltung
- Das Modul verfügt über eine einstellbare Brückenspeisespannung je Kanal von bis zu 10 VDC
- Es lässt sich nahtlos in Q.station-basierte Systeme und in EtherCAT-Systeme integrieren
Die Fähigkeit des A136, hochauflösende Messungen durchzuführen, ist besonders in dynamischen Anwendungen wertvoll, wo Genauigkeit und eine schnelle Datenerfassung entscheidend sind. Seine flexible Konfiguration und Kompatibilität mit verschiedenen Sensortypen machen es zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Ingenieure in fortgeschrittenen Messszenarien.
Möchten Sie vermeiden, dass Temperaturen statt der Dehnungen gemessen werden?
Bei der Verwendung von Dehnungsmessstreifen sind Schwankungen der Umgebungstemperatur die häufigste Ursache für Messfehler. Eine temperaturbedingte Änderung des Brückenwiderstands von nur 0,1 % kann zu einer Dehnung von 500 µm/m führen. Sie wollen vermeiden, dass Ihre Dehnungsmessung zu einer Temperaturmessung wird?
Laden Sie unser kostenloses Whitepaper herunter, um zu erfahren, wie wichtig die Auswahl des richtigen Brückenergänzungswiderstands ist. Darüber hinaus erfahren Sie, wie Sie mit unserer Trägerfrequenz-Technologie Rauschen reduzieren sowie Messfehler automatisch kompensieren können, die durch lange Sensorkabel entstehen.
Wer vertraut Gantner bei der Dehnungsmessung?
Anwendungsbeispiele
Die hochmoderne Datenerfassungs-Technologie von Gantner wird weltweit für Anwendungen in den Bereichen Mobilität, Luft- und Raumfahrt, Bauwesen und Energie genutzt. Schauen Sie sich aktuelle Branchenbeispiele an und entdecken Sie die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.
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Measuring temperature in components of Hybrid Electric Drives
Für unseren Kunden, einen bekannten deutschen Marktführer im Bereich Maschinenbau und Technologie, lieferten wir die Lösung für eine Prüfanwendung zur Temperaturmessung von Komponenten und neuen Materialien für elektrische Hybridantriebe.