Warum es wichtig ist jeden einzelnen Dehnungsmessstreifen zu parametrieren

Der k-Faktor ist ein Proportionalitätsfaktor zwischen der gemessenen Dehnung und der relativen Änderung in der Brücke, die mit einem geeigneten Gerät, das Wheatstone-Brücken unterstützt gemessen werden kann, beispielsweise mit dem  QuantumX MX1615B von HBM.

Im Allgemeinen ist der k-Faktor abhängig vom Messgitterwerkstoff und variiert zwischen 2,0 (Konstantan, eingesetzt für die Serie Y von HBM) und 2,2 (Modco, eingesetzt für die Serie M von HBM).

Ein hoher k-Faktor erhöht das Ausgangssignal an der Wheatstone-Brücke; ein niedriger k-Faktor verkleinert das Signal:

gauge_factor

Wird durch die Software ein falscher k-Faktor eingestellt, wird in der Folge die Dehnungsmessung nicht genau sein. Aus diesem Grund ist für jedes DMS-Fertigungslos bzw. jede DMS-Packung der jeweilige k-Faktor angegeben.

Abbildung: DMS-Datenblatt

Der folgende Versuch zeigt den Fehler, den ein falscher k-Faktor erzeugt.

Nehmen wir eine Messkette bestehend aus einem linearen elektrischen Dehnungsmessstreifen LY41-3/120, 3-Leiter-Anschluss zum Brückenmessverstärkermodul MX1615B und die Software EVIDAS von HBM. Die folgende Prüfung wird bei Raumtemperatur durchgeführt.

 

Für den ersten Versuch wird der k-Faktor auf 2,0 eingestellt.

Der Dehnungsmessstreifen wird auf einem Biegebalken installiert und folgendes Signal erzeugt.

evidas_linear_strain_gauges2

Wie beschrieben, weicht der k-Faktor eines DMS leicht von dem seines Fertigungsloses ab. Es ist wichtig, Ihr DMS-Datenblatt einschließlich k-Faktor zu speichern, oder Sie können alle Daten (als echte digitale Daten oder/und komplette PDF-Datei) in Ihrer Sensordatenbank ablegen. Auf den ersten Blick scheint es keinen großen Unterschied zu machen, ob der Wert 2,0 oder 2,06 ist, der folgende Versuch zeigt jedoch, dass wir einen signifikanten Messfehler erhalten, wenn wir nicht den korrekten k-Faktor berücksichtigen.

 

Für diesen Versuch werden zwei DMS desselben Fertigungsloses installiert, ein Kanal der Wheatstoneschen Brückenschaltung wird mit einem k-Faktor von 2,0  und der andere mit 2,06 parametriert. Bei geringen Dehnungen können wir mehr oder weniger ein Überlappen der beiden Kurven erkennen. Ist die Dehnung höher, gibt es einen deutlich sichtbaren Versatz des Ergebnisses.

evidas_strain_gauges_comparison

Schaut man sich das Messsignal genauer an, wird offensichtlich, dass dieser Versatz nicht vernachlässigbar ist.

 

Mit einem k-Faktor von 2,0 wird eine Dehnung von 5784 µm/m (~0,578 % Dehnung) gemessen, während mit einem k-Faktor von 2,06 eine Dehnung von 5618 µm/m (~0,562 % Dehnung) gemessen wird. Dies entspricht einer Differenz von 166 µm/m!

 

Hinsichtlich des relativen Messfehlers heißt dies 2,8 %.

evidas_strain_gauges_error

Dieser Versuch zeigt, dass genaues Messen ein korrektes Parametrieren erfordert. Dies gilt auch, wenn es um Umgebungs- oder Installationseinflüsse geht wie beispielsweise Messstellentemperatur, Kontaktwiderstand, Umgebungstemperatur der Kabel und die Gesamtheit der Störeinflüsse von Gerät und elektromagnetischen Feldern auf den DMS und die Verkabelung.

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