Dehnungsmessstreifen sind Vorrichtungen, die zur Messung von Kraft oder Belastung durch Umwandlung mechanischer Verformungen in ein elektrisches Signal verwendet werden. Die Berechnung der Ausgangsspannung unter Last beinhaltet das Verständnis der Eigenschaften des Dehnungsmessstreifens und der Schaltungsanordnung. Diese Anleitung bietet eine einfache Methode zur Bestimmung der Ausgangsspannung bei Belastung einer Last.

Grundprinzipien verstehen

Ein Dehnungsmessstreifen-Wandler arbeitet typischerweise nach dem Prinzip, dass Verformung eine Änderung des elektrischen Widerstands bewirkt, die mit einer Wheatstone-Brückenschaltung gemessen wird, die Widerstandsänderungen in ein Spannungssignal umwandelt, wobei die Ausgangsspannung proportional zu der Dehnung ist, die der Messwert erfährt.

Berechnung der Belastung aus Last

Zunächst wird die Dehnung (ε) bestimmt, die durch die aufgebrachte Belastung verursacht wird; diese kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

ε = (ΔL) / L

wobei ΔL die Längenänderung durch Belastung und L die ursprüngliche Länge des Materials ist. Die Dehnung ist typischerweise sehr gering, oft im Mikrodehnungsbereich.

Berechnung der Ausgangsspannung

Die Ausgangsspannung (Vout) der Dehnungsmessstreifenschaltung kann mit folgender Beziehung berechnet werden:

Vout = (Vex / 4) * GF * ε

wobei Vex die an die Wheatstone-Brücke gelieferte Erregerspannung, GF der Eichfaktor (eine Eigenschaft des Dehnungsmessstreifens) und ε die früher berechnete Dehnung ist.

Beispielrechnung

Angenommen, ein Dehnungsmessstreifen mit einem Messfaktor von 2,0 wird mit einer Erregerspannung von 10 V versorgt. Wenn die angelegte Last eine Dehnung von 500 Mikrodehnungen (0,0005) verursacht, ist die Ausgangsspannung:

Vout = (10 / 4) * 2,0 * 0,0005 = 2,5 mV

Diese Spannung stellt das elektrische Signal dar, das der Dehnungsmessstreifen unter der angegebenen Last erzeugt.