22. Mai 2021 FUTEK LSB205

Wie funktioniert ein Kraftsensor?

Funktionsweise eines DMS-Kraftsensors (Bild: FUTEK)

Wie funktioniert ein Kraftsensor?

Der DMS-Sensor (im Bild beispielhaft der Typ FUTEK LSB205) wird mit einer Druck- und Zugkraft beaufschlagt. Der Aufnehmer selbst enthält 4 Metall-Dehnungsmessstreifen (DMS), die ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Längenänderung verändern. Die DMS sind in einer Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet.
Im abgeglichenen Zustand haben alle DMS den gleichen Widerstandswert (hier z.B. 350 Ohm) und das Ausgangssignal (Diagonalspannung Vo) der Brücke hat einen Wert von ca. 0 V (in der Praxis messen Sie jedoch der Fertigungstoleranzen einen Offset, dessen Wert im jeweiligen Datenblatt des Sensors angegeben ist). Ändern sich nun die Widerstände der DMS durch Längenänderung (Druck- oder Zugbelastung) , verstimmt dies die Brücke und die Spannung Vo ist nun ungleich Null und zeigt einen Wert an, der proportional der Belastung ist.
Damit die größtmögliche Ausgangsspannung erreicht wird, werden jeweils zwei DMS auf Zugbelastung (Dehnung) und zwei auf Druckbelastung (Stauchung) im Sensor montiert. Im Bild sind dies die Widerstände R1 und R3, sowie R2 und R4. Die jeweiligen Widerstandsänderungen zeigt die animierte Grafik.
Je nach Belastung ist das Ausgangssignal positiv (Druck) oder negativ (Zug).

Da die Sensorsignale trotzdem sehr klein sind (ca. 20 mV) ist ein nachgeschalteter DMS-Verstärker (hier ein FUTEK IAA100) notwendig, dessen Ausgang dann ein normiertes Signal zur Weiterverarbeitung (Anzeige, SPS, OPC…) liefert. Im obigen Beispiel entsprechen dann +/-10 V der Belastung des Sensors.
An die Verstärker werden hohe Anforderungen gestellt, wie in unserem entsprechenden Artikel erläutert.

Für weitere Informationen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.