Dehnungsmessstreifen · Messtechnik

DMS-Speisespannung-Rechner mit Eigenerwärmung

Berechne Verlustleistung, Strom und Leistungsdichte je DMS sowie die maximal zulässige Brückenspeisespannung für eine Richtwert-Leistungsdichte.

DMSKeil 2017
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Eingaben

Richtwerte gelten für gut aufgeklebte Folien-DMS auf ebenen Flächen; Rosetten mit gestapelten Gittern und Viertelbrücken mit Ergänzungswiderständen im Gerät sind gesondert zu betrachten.

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Ergebnisse

Werte eingeben und Berechnung starten.

Methode

Was wird berechnet?

Das Brückensignal wächst proportional zur Speisespannung, die im DMS umgesetzte Wärme aber quadratisch. In der Vollbrücke liegt an jedem Streifen die halbe Speisespannung, sodass P_DMS = U_B²/(4R). Ob die Wärme abgeführt wird, entscheidet die auf die Gitterfläche bezogene Leistungsdichte zusammen mit der Wärmeleitfähigkeit des Messobjekts. Keils Beispiel: 5 V an 120 Ω ergeben 52 mW und 21 mA je DMS, an 350 Ω nur 18 mW und 7 mA.

Gleichungen

P = U²/R (Keil Gl. 2.40)

P_DMS = U_B²/(4R) (Keil Gl. 2.41)

Leistungsdichte = P_DMS / (l_g · b_g)

U_B,max = √(4·R·p_zul·A)

Grenzen

Voraussetzungen und typischer Fehler

Richtwerte gelten für gut aufgeklebte Folien-DMS auf ebenen Flächen; Rosetten mit gestapelten Gittern und Viertelbrücken mit Ergänzungswiderständen im Gerät sind gesondert zu betrachten.

Die volle Speisespannung statt U_B/2 am Einzelstreifen ansetzen oder die Gitterfläche mit der Trägerfläche verwechseln.

Eingaben

Was du eingibst – und woher die Werte kommen

Brückenspeisespannung U_B [V]
Die Brückenspeisespannung ist die Gleich- oder Wechselspannung, mit der der Messverstärker die Brückenschaltung versorgt. Das Messsignal ist proportional zu ihr – deshalb wird das Signal meist als Verhältnis mV/V angegeben und die Speisespannung nur für die absolute Signalspannung gebraucht. Woher: Einstellung am Messverstärker, üblich 2,5 V, 5 V oder 10 V; die Obergrenze bestimmt die Eigenerwärmung des DMS (siehe Rechner Speisespannung).
DMS-Widerstand R [Ω]
Elektrischer Widerstand eines einzelnen Dehnungsmessstreifens, nicht der gesamten Brücke. Bei gleicher Speisespannung fließt durch 350 Ohm weniger Strom als durch 120 Ohm; dadurch entsteht weniger Wärme. Woher: Aufdruck auf der Packung oder Herstellerdatenblatt des verwendeten Streifens.
Messgitterlänge [mm]
Länge des aktiven Messgitters (die gewellte Leiterbahn, nicht die Trägerfolie). Zusammen mit der Breite ergibt sie die Fläche, über die die Wärme ins Bauteil abfließt: Ein großes Gitter verträgt mehr Leistung. Woher: Datenblatt; gängig 1,5 / 3 / 6 / 10 mm.
Messgitterbreite [mm]
Breite des aktiven Messgitters, gemessen quer zur Messrichtung. Zusammen mit der Gitterlänge ergibt sie die wärmeabführende Fläche; bei Rosetten mit übereinanderliegenden Gittern zählt nur die Fläche des jeweils obersten Gitters. Woher: Maßskizze im DMS-Datenblatt.
Zulässige Leistungsdichte [mW/mm²]
Richtwert, wie viel elektrische Verlustleistung je Quadratmillimeter Messgitterfläche das Bauteil abführen kann, ohne die Messstelle merklich zu erwärmen. Gut leitende, massive Metalle vertragen mehr; dünne Bleche, Kunststoffe, Holz und gestapelte Rosetten deutlich weniger. Woher: Belastbarkeitstabelle des Streifenherstellers für Bauteilwerkstoff, Gittergröße und gewünschte Messgenauigkeit. Im Zweifel den kleineren Wert ansetzen.
Einordnung

Wofür der Rechner da ist

Festlegen der Speisespannung im Messverstärker, Auswahl zwischen 120-Ω- und 350-Ω-DMS und Beurteilung des Einlaufverhaltens (Nullpunktdrift nach dem Einschalten).

Wie es weitergeht

  1. Gitterabmessungen und Widerstand aus dem Datenblatt eintragen.
  2. Richtwert der Leistungsdichte nach Werkstoff und Messart wählen.
  3. Speisespannung so wählen, dass die Leistungsdichte unter dem Richtwert bleibt; bei Kunststoff, Holz oder gestapelten Rosetten deutlich reduzieren.
Ergebnisse

So liest du die Ergebnisse

  • Entscheidend ist die Leistungsdichte im Vergleich zum Richtwert, nicht die Leistung allein: Ein großer Streifen verträgt mehr Leistung als ein kleiner.
  • U_B,max ist die Obergrenze für die Verstärkereinstellung; bei Kunststoff, Holz oder gestapelten Rosetten den kleineren Richtwert wählen.
Ergebnisgrößen

Was jeder Wert bedeutet

Verlustleistung je DMS P_DMS [mW]
Elektrische Leistung, die jeder einzelne Dehnungsmessstreifen in Wärme umsetzt. Sie ist noch kein Grenzwert: Erst zusammen mit der Messgitterfläche ergibt sich die Leistungsdichte, die mit dem Herstellerwert verglichen wird.
Strom durch den DMS [mA]
Elektrischer Strom durch jeden Dehnungsmessstreifen. Hohe Werte verstärken Eigenerwärmung und Nullpunktdrift nach dem Einschalten; bei auffälligen Werten Speisespannung senken oder einen höherohmigen Streifen wählen.
Leistungsdichte [mW/mm²]
Verlustleistung bezogen auf die Gitterfläche – die eigentliche Vergleichsgröße für die Wärmeabfuhr. Muss unter dem Richtwert für den Messobjektwerkstoff bleiben.
Max. Speisespannung für zulässige Leistungsdichte [V]
Größte Speisespannung, bei der der eingegebene Richtwert der Leistungsdichte gerade eingehalten wird. Diesen Wert (oder weniger) am Messverstärker einstellen.
Quelle

Fachliche Grundlage

Keil, Dehnungsmessstreifen, 2. Aufl. 2017, Abschn. 2.8 Elektrische Belastbarkeit, Gl. (2.39)–(2.41) und Richtwerte nach [2.8.3].

Die Quelle belegt die Gleichungsstruktur und die Zahlenbeispiele; dieser Rechner ersetzt keine Kalibrierung der Messkette.

FAQ

Häufige Fragen

Warum nicht einfach die höchste Speisespannung wählen?

Der Einlauffehler steigt quadratisch mit der Speisespannung; Kriechen und Hysterese nehmen zu und die Selbstkompensation kann gestört werden.

Gilt die Formel auch für Trägerfrequenz?

Ja, mit dem Effektivwert der Speisespannung; Keil fand keinen Unterschied im Einlaufverhalten zwischen Gleichspannung und 1 kHz.

Was ändert der Klebstoff?

Heißhärtende Epoxidkleber senken den Einlauffehler auf etwa 30 % gegenüber kalthärtenden Klebern.