Messbrücke mit DMS

Dehnungsmessstreifen, kurz DMS, wurden erfunden von Arthur Claude Ruge 1938 in Massachusetts, USA. Er erkannte den linearen Zusammenhang zwischen der Längenausdehnung eines Leiters und dessen elektrischen Widerstand und wie man dies zur Messung von Biegung und Stauchung nutzen kann.

Der Aufbau eines elektrischen DMS ist einfach: Ein hauchdünner Leiter befindet sich auf einer Trägerfolie. Für die Leiterbahnen wird aufgrund der hohen Temperatur-Stabilität gerne Konstantan verwendet.

Dehnungsmessstreifen DMS - Aufbau

Zusammenhang Dehnung zur Widerstandsänderung

ΔR     =    k * ε   |     Längenausdehnung ε = Δl/l
.  R                              k-Faktor beschreibt die Dehnungsempfindlichkeit

oder    ΔR  =  k * ε  * R

Beispiel: Die Dehnung von ε = 0,2% eines DMS mit k-Faktor von 2 bewirkt eine Widerstandserhöhung von 0,4%.

Viertel-, Halb-, und Vollbrücke

Üblicherweise werden 1 oder 2 oder 4 DMS in einer Wheatstone´schen Brücke verbaut. Daraus resultieren die Bezeichnungen  Viertel-, Halb-, Vollbrücke. Der Nennwiderstand R₀ aller DMS sind dabei üblicherweise gleich. Typische Werte im unbelasteten Zustand sind R₀ = 120, 350, 700 oder 1000 Ω.

Die Vollbrücke hat dabei die höchste Empfindlichkeit (4-fache Empfindlichkeit gegenüber der Viertelbrücke). Da sich Störeinflüssen wie Temperaturdrift auf alle vier DMS gleichermaßen auswirkt, resultiert eine effektive Kompensation dieser Störgrößen . Beim Verbau der DMS ist darauf zu achten, dass je zwei gedehnt und zwei gestaucht werden.

Wheatstone DMS Messbrücke - Viertel-, Halb-, Vollbrücke

Aufgabe: Vollbrücke mit DMS

1. Die verwendeten DMS einer Vollbrücke haben einen Widerstand R₀ von 700 Ω, eine maximale Dehnung ε von 4 mm/m und einen k-Faktor von 2,1. Wie groß ist die maximale Widerstandänderung ΔR der Dehnungsmessstreifen?
2. Berechnen Sie die für diesen Fall die maximale Brückenspannung U_br. Die Versorgungspannung U der Messbrücke sei 10 V.