Kraftsensor bauen⚓
Ein professioneller Kraftsensor kostet richtig viel Geld. Kann man auch maßgeschneidert selbst bauen. Allerdings kosten auch die Dehnmessstreifen (DMS) Geld, ca. 10 € pro Stück. Hier lagen 16 Stück aus DDR-Zeiten herum, die noch verbaut werden sollten. Ausreichend für 4 Sensoren in Vollbrücke.
Zur Erinnerung die graue Theorie: Eine Kraft wird über einen elastischen Verformkörper mit der Federkonstante kx in einen Weg umgewandelt. Der Weg wird gemessen, indem dieser eine Widerstandsänderung hervorruft, damit eine elektrische Größe. (Es gibt auch andere Verfahren der elektrischen Wegmessung.) Um nicht Wegänderungen durch Temperaturunterschiede zu „messen“, werden mehrere DMS so verteilt, dass sich Temperatureinflüsse kompensieren, aber Wegänderungen (möglichst) addieren.
Verformkörper herstellen⚓
Abschnitt fehltHäufige Verformkörper-Bauformen sind:
- Kraftmessdose: Es wird die Verformung einer Membran gemessen. Hierfür gibt es spezielle Brücken-DMS mit radialem Aufbau. Von Vorteil ist der geschlossene und kompakte Aufbau.
- Kraftmessring: Es wird die Verformung eines Rings gemessen. Dazu wird zweckmäßigerweise ein Ring von einem entsprechenden Rohr abgestochen. Die vier DMS werden im Winkel von 45° im Innern platziert.
- Biegebalken: Es wird die Verformung eines Balkens gemessen. Häufig in Küchen- und Personenwaagen zu finden, wobei dieser als Doppelbiegebalken als Aluminiumklotz mit einer „Feldstecherbohrung“ ausgeführt ist.
Man kann auch aus manchen Küchen- oder Personenwaagen fertige Verformkörper mit bereits aufgeklebten Dehnmessstreifen entnehmen. Dann ist allerdings deren Maximalbelastung festgelegt und entspricht der maximalen Gewichtskraft auf die Küchenwaage.
DMS aufkleben⚓
Abschnitt fehltSchaltplan⚓
Eine simple Brückenschaltung. Man muss nur aufpassen, die Wirkrichtungen der Dehnmessstreifen-Expansion und -Kontraktion richtig zu verteilen: Immer über Kreuz.
Die Speisung erfolgt an rot und blau, die Abnahme der Brückendiagonalspannung an gelb und grün. Es ginge auch andersherum.
Die angegebenen Vorzeichen beziehen sich auf die Expansion bzw. Kontraktion in Pfeilrichtung. Da der vorgesehene Verformkörper nur für Druckkräfte ausgelegt ist (also keine Zugkräfte), wurden die Vorzeichen gleich so festgelegt, dass die Diagonalspannung unter Belastung positiv wird.
Verdrahtungsplan⚓
In den Verformkörper mündet ein Kabel mitsamt Zugentlastung. Mit der farblichen Darstellung im folgenden Bild lässt sich die Verdrahtung nachvollziehen.
Der obige Schaltplan wurde um 90° nach links gedreht angewendet.
Kompensation⚓
Eine Brücke ist nach dem Aufbau nie ganz abgeglichen. Ursache sind unvermeidbare Toleranzen bei der DMS-Fertigung. Da anzuschließende Messverstärker eine halbwegs abgeglichene Brücke erwarten, wird ein Kompensationswiderstand hinzugefügt, zweckmäßigerweise in Parallelschaltung und zweckmäßigerweise im Stecker. Zu seiner Bestimmung wird die Brücke an einer Gleichspannungsquelle (Labornetzteil) mit etwa 5 V angeschlossen und die Diagonalspannung gemessen. Diese sollte weniger als ±20 mV betragen und stabil sein.
| Rx = | R ∙ Us |
| 4 ∙ Ud |
Ist die Diagonalspannung negativ, dann zwischen blau und grün, sonst zwischen blau und gelb. Der genaue Widerstandswert ist wenig von Belang, ein gewöhnlicher 10-%-Typ aus der E12-Reihe genügt vollkommen.
Nach der Applikation des Widerstandes sollte die Diagonalspannung kleiner als ±1 mV betragen. Damit ist der Sensor – als solcher – fertig.
Verguss und Komplettierung⚓
Abschnitt fehlt
