Auswahlhilfe und Hinweise für DMS Kraftsensoren
Eine Übersicht über die von uns angebotenen Kraftsensoren finden Sie>hier.
Funktionsweise
Die DMS Metallfolientechnologie erlaubt es, Sensoren in kleinen Baugrößen herzustellen, wobei hier wegen der erforderlichen Präzision bei der Applizierung die Produktion nicht maschinell, sondern handgefertigt ist.
Die weiteren Vorteile liegen in der Stabilität, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Wenn die Sensoren innerhalb ihrer Spezifikation betrieben werden, sind mehrere Millionen Schaltspiele keine Seltenheit. DMS Sensoren sind für statische und begrenzte dynamische Messungen geeignet. Die Baugröße beliebt auch bei unterschiedlichen Messbereichen gleich, da eine Messbereichsänderung über die Steifigkeit des Sensors erreicht wird.
Näheres zur Funktionsweise dieser Sensoren enthält unser >Blogartikel
Wichtig für die richtige Auswahl eines Sensors sind die sogenannten Kenngrößen (Messbereich, Kraftrichtung, Linearitätsabweichung (Genauigkeit), Messfrequenz, Temperaturbereich, Ausgangssignal etc.). In unserem>Anfrageformular werden die gängigsten Kenngrößen abgefragt. Je detaillierter Ihre Angaben sind, desto präziser wird unser Vorschlag für einen geeigneten Kraftaufnehmer.
Messbereich
Wählen Sie den Messbereich des Sensors etwa 20 % höher als die zu erwartende Maximalkraft, um eventuelle, auch kurzfristige, Überlast abzufangen. Bei der Auswertung der Daten muss berücksichtigt werden, dass bei Messungen im unteren Messbereich die Messabweichung größer ist. Die Linearitäts- bzw. Hystereseabweichung ist in % des max. Messwertes (Full Scale) angegeben.
So beträgt die Abweichung bei einem 100 N – Sensor mit 0,1 % NL (Non linearity) +/- 0,1 N, also +/- 0,1 %.
Messen Sie nun mit diesem Sensor bei 10 N liegt die Abweichung bei den genannten +/- 0,1 N, was schon 1 % entspricht. Bei 1 N – Messung sind es dann schon 10 %.
Wenn Sie den Sensor über den gesamten Messbereich nutzen, empfehlen wir Ihnen, den Sensor entsprechend ISO17025 mit mindestens 10 Messpunkten kalibrieren zu lassen. Diese werte übernehmen Sie dann in die Auswertung, wo die Software dann den gemessenen Wert ermitteln kann.
Ausführungsvarianten (Beispielbilder)
Einachsige Ausführungen
Druckrichtung / Zug- und Druckrichtung (Innen- oder Außengewinde)
Flachprofilaufnehmer (Druckrichtung)
„Donat“- und Zylinder – Ausführungen (Druckrichtung)
OEM Ausführungen (für hohe Stückzahlen)
Mehrachsige Ausführungen (Kraft / Drehmoment, bis zu 6 Freiheitsgrade)
Ein Mehrachsensensor (mehrachsiger Kraftsensor) ist ein Kraft-Drehmoment-Aufnehmer, der bis zu sechs verschiedene Kräfte (Fx, Fy, Fz) und Drehmomente (Mx, My, Mz) in drei Raumrichtungen misst und in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt. Mehrachsensensoren werden auch als Mehrkomponenten-Aufnehmer oder Kraft-Drehmoment-Sensoren bezeichnet (z. B. 2-Achsen-Kraftsensor, 3-Achsen-Sensor (Kraft, Drehmoment), 6-DoF (Freiheitsgrade)-Sensor (Kraft, Drehmoment).
Nähere Informationen über die mehrachsigen Kraftsensoren enthält unser>Blogartikel.
Mechanischer Einbau
Bitte beachten Sie beim Einbau, dass die Kraft nur in Richtung der Wirkachse eingeleitet wird. Trifft die Belastung schräg auf den Sensor (Querkraft), wird das Signal verfälscht und der Sensor kann sogar zerstört werden. Wenn Sie nicht sicher sind, klären Sie die Einbausituation mit uns ab (z.B. durch Zusendung einer Zeichnung).
Vermeiden Sie weiterhin eine Vorspannung des Sensors. Achten Sie auch darauf, dass das Anschlusskabel nicht von oben in den Sensor verläuft. Durch Kondensation kann Wasser über das Kabel in den Sensor eindringen, sofern er nicht über eine entsprechende Schutzart verfügt.
Elektrischer Anschluss
Die von uns angebotenen DMS Sensoren sind in Metallfolientechnik hergestellt. Im Gegensatz zu Produkten mit integriertem Verstärker oder mit Halbleiter-DMS liefern sie nur ein geringes Aufgangssignal. Neben den vielen Vorteilen, die diese Technik bietet, ist bei dem max. Ausgangssignal von ca. 20 mV eine entsprechende Speisung und Verstärkung inkl. Filterung des Ausgangs vorzusehen.
Die maximale Speisespannung können Sie aus dem jeweiligen Datenblatt entnehmen. Sie liegt typischerweise bei 7 – 10 V DC. Diese Speisung muss stabil und rauscharm sein, da die enthaltene Wheatstonebrücke die Schwankungen unmittelbar auf den Ausgang überträgt.
Bei dem angeschlossenen Verstärker muss es sich um einen DMS-Verstärker handeln. Diese sind so konstruiert, das relativ kleine Ausgangssignal sauber in ein Normsignal zu verstärken (Spannung oder Strom). Des Weiteren sind diese Verstärker mit Bandpassfiltern ausgestattet, die eingekoppelte Störungen vor der Verstärkung herausfiltern.
Setzten Sie den Sensor in einer dynamischen Messung ein, muss der Verstärker auch die entsprechende Frequenzbandbreite bereitstellen können. Bei A/D-Wandlern muss zudem ein sinnvolles Verhältnis von Abtastrate zu Auflösung konfiguriert werden.
Achten Sie auch auf eine korrekte Masseverbindung in Zusammenhang mit dem Kabelschirm. Wenn der Schirm intern mit dem Sensor verbunden ist und diese mit Masse verbunden ist (z.B. Schraubbefestigung), sollte der Kabelschirm auf Seite des Verstärkers, der Auswerteeinheit, nicht auf Masse gelegt werden.
Weitere Informationen können Sie in unseren Blogartikeln erhalten:
> Auswahl eines DMS Verstärkers
> Abtastfrequenz, Abtastrate, Sampling Rate
> Datenerfassung von DMS Sensoren mit FUTEK Elektronik
Kalibrierung
Wir empfehlen, die Sensoren nach einem Jahr neu zu kalibrieren, damit eine kontinuierliche Qualität gewährleistet ist. Auch wenn Aufnehmer längere Zeit nicht genutzt werden, können sich dann in Einsatz Messabweichungen ergeben. Die von uns gelieferten FUTEK – Kraftaufnehmer werden standardmäßig mit einer Werkskalibrierung gemäß US-NIST-Standard geliefert. Bei Zug/Druck-Sensoren ist eine Kalibrierung auf Zug enthalten, die Druckrichtung kann optional bestellt werden.
Eine Werkskalibrierung unterliegt keinen besonderen Vorschriften.
Nur das verwendete Kalibriernormal muss auf das jeweils nationale Normal rückführbar sein.
Die höherwertige Kalibrierung nach ISO17025 (in Deutschland DAkkS genannt) folgt strengen Vorschriften, was die Ausbildung der Mitarbeiter, die Ausstattung des Kalibrierlabors und die Durchführung der Kalibrierung betrifft.
Man kann also sagen, das diese Kalibrierung genauer ist. Sie enthält auch die entsprechende Gleichung zur Berechnung der Messunsicherheit und wird, im Gegensatz zur Werkskalibrierung, weltweit anerkannt.
Weitere Informationen zur Kalibrierung erhalten Sie >hier.
Sensorüberprüfung
Die Funktionsüberprüfung eines DMS Sensors kann man mithilfe einer 9 V-Blockbatterie und eines guten Digitalmultimeters einfach selbst durchführen, indem man die Ein- und Ausgangswiderstände der Wheatstonebrücke sowie den Offset misst.
Nähere Informationen, sowie ein Video zur Vorgehensweise finden Sie auf unserer>Supportseite.