deenfr

Technische Dokumentation zu Drehmomentsensoren und Drehmomentaufnehmer

Datenblätter

 


Brückenschaltungen mit DMS für Kraftsensoren und Drehmomentsensoren

Wheatstone'sche Brücke

Die Wheatstonesche Brückenschaltung ist die bevorzugte Schaltung zur Messung von Widerständen. Sie kann eingesetzt werden zur absoluten Bestimmung eines Widerstandes oder zur Bestimmung einer relativen Widerstandsänderung. Bei der Messung mit Dehnungsmessstreifen wird die relative Änderung des Widerstands gemessen.

Vorteile der Brückenschaltung

  • Bei einer abgeglichenen Brückenschaltung ist die Ausgangsspannung 0 Volt. Die Verstärkung kann sehr hoch gewählt werden, um eine feine Auflösung zu erzielen.
  • Die Symmetrie der Brückenschaltung wird ausgenutzt,um die thermische Dehnung elektrisch zu kompensieren,
  • Die Symmetrie der Brückenschaltung wird ausgenutzt, um unerwünschte mechanische Dehnungen quer zur Messrichtung elektrisch zu kompensieren.

Viertelbrücke (Dehnungsmessstreifen-Viertelbrücke)

Dies ist die meistgebrauchte Schaltung in der Spannungsanalyse. Der aktive DMS wird durch drei passive Widerstände zur Vollbrücke ergänzt. Die Nichtlinearität dieser Schaltung ist für kleine Dehnungen im Bereich bis 1000 µm/m vernachlässigbar. Bei sehr hohen Dehnungen bis in den Bereich der plastischen Verformung kann der Fehler durch Nichtlinearität 2% und mehr betragen.

Halbbrücke (Dehnungsmessstreifen-Halbbrücke)

Die aktiven DMS werden durch zwei passive Widerstände zur Vollbrücke ergänzt. Diese Schaltung wird in der Spannungsanalyse und bei Low Cost Sensoren angewendet.

Halbbrücke, Längs- und Querdehnung (Dehnungsmessstreifen-Halbbrücke mit Längs- und Querdehnung)

Der aktive DMS wird durch einen quer angeordneten "Poisson" DMS und zwei passive Widerstände zur Vollbrücke ergänzt. Diese Schaltung wird in der Spannungsanalyse und bei Low Cost Sensoren angewendet.

Vollbrücke (Dehnungsmessstreifen-Vollbrücke)

Die Vollbrücke mit 4 aktiven Dehnungsmessstreifen in Längsdehnung ist die bevorzugte Standardschaltung im Sensorenbau. Sie bietet die bestmögliche Kompensation von Temperatureinflüssen und mechanischen Störeinflüssen. Die zwei gleichsinnigen DMS werden durch zwei quer angeordneten DMS zur Vollbrücke ergänzt. Diese Schaltung wird bei Zug-, Druckstäben bevorzugt eingesetzt. Für Präzisionssensoren wird oft noch eine Linearisierung mit zusätzlichen Halbleiter-DMS vorgesehen.

 


Begriffserklärung zu Drehmomentsensoren und Drehmomentaufnehmer

Die Definitionen der technischen Merkmale für alle Sensoren beziehen sich weitgehend auf die VDI/VDE/DKD-Richtlinie 2639.

Passiver Sensor

Ein passiver Sensor ist ein Sensor ohne Verstärker. Das Ausgangssignal das vom Sensor geliefert wird liegt im Bereich bis ca. 3mV / V (abhängig von den verwendeten Dehnungsmessstreifen).

Aktiver Sensor

Ein aktiver Sensor ist ein Sensor mit Verstärker. Das Ausgangssignal das vom Sensor geliefert wird ist üblicherweise ± 10V, ± 5V, 0...20mA, 4...20mA, 10 ± 10mA oder 12 ± 8mA. Alle Sensoren der Lorenz Messtechnik können mit den genannten Ausgangssignalen geliefert werden.

Messbereich

Der Messbereich ist der Belastungsbereich, in dem die garantierten Fehlergrenzen nicht überschritten werden dürfen.

Reproduzierbarkeit

Die Reproduzierbarkeit ist die maximal zulässige Ausgangssignaländerung bezogen auf das Ausgangssignal (Angabe in %).

Nennmoment

Das Nennmoment ist die obere Grenze des Messbereichs, in dem die garantierten Fehlergrenzen nicht überschritten werden dürfen.

Genauigkeitsklasse

Der größte Einzelfehler (Angabe in %) des Sensor-Ausgangssignals ist kleiner als dem der Genauigkeitsklasse entsprechendem Wert. Die Kennwerttoleranz ist dabei nicht berücksichtigt.

Gebrauchsmoment

Das Gebrauchsmoment ist das Moment, mit welchem der Sensor über das Nennmoment hinaus belastet werden darf, ohne dass sich seine spezifizierten Eigenschaften ändern. Der Gebrauchsmomentbereich sollte nur in Ausnahmefällen genutzt werden.

Grenzmoment

Das Grenzmoment ist die maximal zulässige Belastung des Sensors, bei der keine Zerstörung des Meßsystems zu erwarten ist. Bei dieser Belastung gelten nicht mehr die spezifischen Fehlergrenzen.

Pegel

Der Pegel ist das digitale Ausgangssignal des Sensors bei der Winkel- / Drehzahlerfassung. Üblicherweise beträgt das Signal 5V TTL (entweder 5V oder 0V).

Schwingbreite / Max. dynamische Belastung (nach DIN 50100)

Die Schwingbreite ist die auf das Nennmoment bezogene, sich sinusförmig ändernde dynamische Belastung in Richtung der Messachse des Sensors, die der Sensor bei einer Beanspruchung mit 107 Beanspruchungszyklen erträgt, ohne dass dadurch bei der Wiederverwendung des Sensors bis zum Nennmoment signifikante Veränderungen seiner messtechnischen Eigenschaften feststellbar sind.

Brückenwiderstand

Der Brückenwiderstand ist der ohmsche Widerstand der gesamten Messbrücke.

Temperaturkoeffizient des Kennwerts

Der Temperaturkoeffizient des Kennwerts ist die auf den Nennkennwert bezogene Änderung des tatsächlichen Kennwertes durch eine Temperaturänderung.

Temperaturkoeffizient des Nullsignals

Der Temperaturkoeffizient des Nullpunkts ist die auf den Nennkennwert bezogene Änderung des Ausgangssignals des unbelasteten Sensors durch eine Temperaturänderung.

Nenntemperaturbereich

Der Nenntemperaturbereich ist der Bereich der Umgebungstemperatur in dem der Sensor die technischen Daten und Fehlergrenzen einhält.

Gebrauchstemperaturbereich

Der Gebrauchstemperaturbereich ist der Bereich der Umgebungstemperatur, in dem der Sensor betrieben werden darf, ohne dass bleibende Änderungen der Messeigenschaften auftreten. Innerhalb des Gebrauchstemperaturbereichs gelten die spezifizierten Fehlergrenzen nicht mehr.

Speisespannung

Die Speisespannung ist die Versorgungsspannung des passiven Sensors um einen fehlerfreien Betrieb zu gewährleisten.

Kennwert

Der Kennwert ist das Ausgangssignal eines passiven Sensors bei Nennmoment abzüglich dem Vorlastsignal.

Nennkennwert

Der Nennkennwert ist der Sollwert des Kennwertes eines passiven Sensors, d.h. ein theoretisch vorgegebener Wert.

Versorgung

Die Versorgung ist die benötigte Betriebsspannung des aktiven Sensors um eine fehlerfreie Funktion zu gewährleisten.

Schutzart nach DIN VDE 0470 (Ersatz für DIN 40050), EN 60529

Die Schutzart eines Gehäuses ist durch das Kurzzeichen IP und eine zweistellige Kennziffer festgelegt. Diese beinhaltet den Berührungs-, Fremdkörper-
und Wasserschutz für elektrische Betriebsmittel.

Kontrolle

Über einen Kontrollwiderstand wird im Sensor ein Signal erzeugt, das dem Nennwert des Sensors entspricht. Vorteile: Nachkalibrierungen werden reduziert. Vor jeder Messung kann der Nullpunkt und der Nennwert überprüft werden. Funktion: Durch Parallelschalten des Widerstands RK zur
Messbrücke R1 wird die Messbrücke elektrisch verstimmt, so dass am Ausgang ein Messsignal von 50 oder 100% des Nennwertes des Messkörpers zur Verfügung steht.

Verdrillwinkel / Verdrehwinkel

Der Verdrill- bzw. Verdrehwinkel ist der Winkel, der bei Einleitung des Nennmoments zwischen Messseite und der Antriebsseite des Prüfkörpers auftritt. Mit der Veränderung des Verdrillwinkels ändert sich auch die Eigenresonanz des Messkörpers. Um Störungen, verursacht durch Eigenresonanzänderungen, zu vermeiden sollte der Verdrillwinkel möglichst gering gehalten werden.

Bruchmoment

Das Bruchmoment ist die Belastung, bei der eine bleibende Veränderung oder Zerstörung eintritt.

Eingang Kontrollaufschaltung

Bei Sensoren mit Analogausgang wird über ein Spannungssignal die Kontrolle ein- / bzw. ausgeschaltet. Es sind zwei Schaltpositionen definierbar:
L < 2,0V (Low- Signal) und H > 3,5V (High- Signal). Bei Sensoren mit digitalen Ausgangssignal kann die Kontrolle per Software gesteuert werden.

Impulse / Umdrehung

Die Impulse / Umdrehung werden bei der Winkel- / Drehzahlmessung erfasst. Durch eine zweite Geberspur, die um 90° versetzt angeordnet ist, und
Flankenauswertung können die Impulse / Umdrehung vervierfacht werden.

Messrate

Die Messrate beschreibt die Anzahl der Messungen pro Sekunde.

Massenträgheitsmoment

Das Massenträgheitsmoment ist das Moment, welches ein Körper dem Beschleunigungsmoment entgegensetzt. Das Massenträgheitsmoment sollte möglichst klein sein, um die Belastung der Messstrecke während des Beschleunigungsvorgangs so gering wie möglich zu halten.

Zulässige Axiallast

Die zulässige Axiallast ist die maximale Kraft in axialer Richtung mit der der Sensor belastet werden darf.

Ausgangssignal

Das Ausgangssignal ist das aufbereitete Signal eines aktiven Sensors um eine fehlerfreie Funktion zu gewährleisten.