In diesem Artikel wird erklärt, was ein Dehnungsmessstreifen ist und wofür er verwendet wird. So erfahren Sie mehr über die verschiedenen Arten von Dehnungsmessstreifen, wie ein Dehnungsmessstreifen verwendet wird und welche Vor- und Nachteile er hat.
Was ist ein Dehnungsmessstreifen?
Ein Dehnungsmessstreifen oder Dehnungsmessstreifen ist ein Sensor, der die Verformung eines Materials in eine Änderung des elektrischen Widerstands umwandelt. Ein Dehnungsmessstreifen ist daher ein Instrument zur Messung der Verformung eines Materials.
Dehnungsmessstreifen können auch zur Bestimmung des Drucks, der Belastung, des Drehmoments oder der Position eines Materials verwendet werden.
Die Funktionsweise des Dehnungsmessstreifens basiert auf dem piezoresistiven Effekt, einer physikalischen Eigenschaft bestimmter Materialien, die den Wert ihres elektrischen Widerstands abhängig von der mechanischen Belastung, der sie ausgesetzt sind, verändert. Im Folgenden werden wir im Detail sehen, wie der Dehnungsmessstreifen funktioniert.
Im Allgemeinen sind Dehnungsmessstreifen klein und hart. Darüber hinaus bestehen sie meist aus Metalllegierungen wie Aluminium oder Nickel oder Halbleiterelementen wie Silizium oder Germanium.
Damit der Dehnungsmessstreifen korrekt messen kann, ist es außerdem wichtig, dass der Hersteller die Messeigenschaften des Dehnungsmessstreifens angibt, wie z. B. Betriebstemperatur, Messwiderstand oder Ermüdungstest.
Arten von Dehnungsmessstreifen
Nachdem wir nun die Definition von Dehnungsmessstreifen kennen, wollen wir uns die verschiedenen Arten von Dehnungsmessstreifen ansehen:
- Metall-Dehnmessstreifen – Dies sind Dehnungsmessstreifen aus einer Metalllegierung. Diese Arten von Dehnungsmessstreifen sind im Allgemeinen dünn und dünn. Darüber hinaus messen sie die Verformung des Materials anhand der Längenänderung, die sie erfahren.
- Widerstands-Dehnungsmessstreifen : Diese Art von Dehnungsmessstreifen erhöht seinen Widerstand bei Verformung, sodass diese Widerstandsänderung dank der Wheatstone-Brücke in Spannung umgewandelt werden kann und somit die Verformung des Materials bestimmt.
- Kapazitive Dehnungsmessstreifen : Diese Art von Dehnungsmessstreifen ist mit geometrischen Eigenschaften verknüpft und ermöglicht die Messung von Spannungen und Dehnungen.
- Photoelektrische Dehnungsmessstreifen : Die Funktionsweise dieser Art von Dehnungsmessstreifen basiert auf der Messung der Dehnung anhand der Lichtmenge, die eine Fotozelle erreicht. Dadurch gelangt je nach Dehnung des Messgerätes mehr oder weniger Lichtenergie in die Zelle und somit lässt sich die Verformung des Materials bestimmen.
- Halbleiter-Dehnungsmessstreifen : Diese Art von Dehnungsmessstreifen besteht aus einem Halbleiterbauteil, das die Messung der Dehnung ermöglicht. Sie sind im Allgemeinen kleiner, können aber sehr großen Verformungen standhalten.
Wie ein Dehnungsmessstreifen funktioniert
Dehnungsmessstreifen sind elektrische Bauteile, die auf das Objekt geklebt werden müssen, dessen Verformung wir untersuchen möchten. Aus diesem Grund verfügen sie in der Regel über einen Klebeteil, sodass sie einfach auf dem Objekt angebracht werden können.
Bedenken Sie, dass die Verformung eines Objekts auf mechanische Kraft zurückzuführen ist, sei es von außen oder von innen. Wenn also die mechanische Beanspruchung und die Eigenschaften des Materials bekannt sind, kann die Dehnung des Materials berechnet werden.
Die Funktion eines Dehnungsmessstreifens basiert auf der Piezoresistenz, einer Eigenschaft bestimmter Materialien, die den Wert ihres elektrischen Widerstands abhängig von der mechanischen Belastung, der sie ausgesetzt sind, verändert.
Dank des piezoresistiven Effekts kann somit eine mechanische Kraft in Elektrizität umgewandelt und somit die Verformung eines Objekts bestimmt werden.
In den meisten Fällen ist es sehr schwierig, die Verformung des Objekts manuell zu messen, da es sich um sehr kleine Verformungen handelt. Durch die Verwendung von elektrischem Strom ist es jedoch möglich, den Wert dieser Verformungen zu ermitteln.
Vor- und Nachteile von Dehnungsmessstreifen
Vorteile von Dehnungsmessstreifen:
- Dehnungsmessstreifen sind sehr einfach und leicht zu verwenden.
- Es sind kleine Instrumente.
- Generell können Dehnungsmessstreifen mit Gleichstrom oder Wechselstrom verwendet werden.
- Die mit einem Dehnungsmessstreifen durchgeführte Messung wird durch ein Magnetfeld nicht beeinflusst.
Nachteile von Dehnungsmessstreifen :
- Viele Umweltfaktoren können die vom Dehnungsmessstreifen durchgeführte Messung beeinflussen.
- Dies sind normalerweise instabile Geräte.
- Mit der Zeit verliert der Dehnungsmessstreifen seinen Halt, was die Verwendung erschwert.
- Das Ausgangssignal des Messgeräts ist schwach.
- Temperaturänderungen können sich auf Dehnungsmessstreifen auswirken.
- Die ausgeübte Spannung kann nicht dazu führen, dass der Dehnungsmessstreifen seine Elastizitätsgrenze überschreitet.
Anwendungen von Dehnungsmessstreifen
Der Dehnungsmessstreifen findet in der Technik viele Anwendungen, darunter:
- In Bauwerken zur Messung der Verformung von Brücken, Infrastruktur, Kränen usw.
- In der Industrie wird der Dehnungsmessstreifen hauptsächlich zur Durchführung von Widerstandsprüfungen an Motoren, Pumpen, Maschinen usw. eingesetzt.
- Auch in der Robotik werden Dehnungsmessstreifen eingesetzt, um beispielsweise die Kraft zu messen, die ein Roboter aufwendet, wenn er einen Gegenstand greift.
- Im Bauwesen werden Dehnungsmessstreifen verwendet, um die Setzung des Betons zum Zeitpunkt des Baus zu überprüfen.
- In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden Dehnungsmessstreifen verwendet, um die strukturelle Belastung von Flugzeugen zu messen und die Auslenkung ihrer Flügel zu berechnen.