1 Überblick über die Sensorik

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144 4.1 Resistive Kraft- und Drucksensoren 4.1.2 Metallfolien-Dehnungsmeßstreifen 145
daher wesentlich niedriger (nach [4.2]).
Metall-Dehnungsmeßstreifen lassen sich auf Kunststoffolien herstellen, die anschließend
mit Epoxidharz auf beliebige Federkörpern geklebt werden. Hierbei ist dann zusätzlich
noch das Kriechen der Kunststoffolie, sowie des Klebers zu berücksichtigen.
Weiterhin ist von Bedeutung der Einfluß der Luftfeuchtigkeit auf die organischen Träger;
Störungen dieser Art können nur durch hermetischen Abschluß äußerer Gase
(z.B. Bedampfung mit einer Metallschicht) ausgeschlossen werden. Bild 4.1.2-4a zeigt
den Herstellungsprozeß für einen Kunststoffolien-DMS.
Bild 4.1.2-2
Temperaturverhalten von Dehnungsmeßstreifen (DMS) auf Federkörpern (Stahl,
CuBe, Aluminiumlegierungen, nach [4.2])
a) Temperaturabhängigkeit der k-Faktoren verschiedener DMS-Werkstoffe im
Vergleich zur Temperaturabhängigkeit der Elastizitätsmoduln von Stahl und
Aluminiumlegierungen. Eine weitgehende Anpassung ist mit DMS aus NiCr-Legierungen
(Modco-Folien, modified Karma) möglich
b) Beispiel für eine optimierte Temperaturabhängigkeit der relativen Widerstandsänderung
Eine bleibende Veränderung der Sensoreigenschaften entsteht durch das Langzeitkriechen
(langsam ablaufende plastische Verformung unter gleichbleibender mechanischer
Spannung, s. Band 1, Abschnitt 3.2.1) des Federkörpers. Die resultierende
Verschiebung der Sensorkennlinie läßt sich teilweise dadurch kompensieren, daß für die
DMS ein Kriechverhalten mit entgegengesetzter Wirkung eingestellt wird (Bild 4.1.2-3)
Bild 4.1.2-4
Kunststoffolien-Dehnungsmeßstreifen:
a) Die Trägerfolie wird mit der DMS-Metallschicht bedeckt und nach einem
Photolithographieprozeß durch Ätzen strukturiert (nach [4.2], s. Band 2,
Abschnitt 8.2)
b) Empfindlichkeitseinstellung bei DMS in Vollbrückenschaltung
Bild 4.1.2-3
Kompensation der Langzeitdrift des Meßsignals aufgrund des mechanischen
Kriechens des Federkörpers (Kurve A) durch ein entgegengesetzt wirkendes Kriechverhalten
im Dehnungsmeßstreifen (Kurve C, das Kriechverhalten kann durch das
Meßgitter des DMS beeinflußt werden). Die resultierende Langzeitdrift (Kurve B) ist
Aufklebbare Folien-Dehnungsmeßstreifen haben den großen Vorteil, daß sie vom Anwender
selbst auf beliebig geformten Werkstücken angebracht werden können. Sie werden
in einer Vielfalt von Größen und Ausführungsformen hergestellt (Bilder 4.1.2-5 und
Tab. 4.1.2-1), die bereits auf verschiedene Formen und Abmessungen der Federkörper
optimiert sind. Gleichzeitig mit den Dehnungsmeßstreifen wird häufig ein Netzwerk
von Widerständen gefertigt, über das – durch Auftrennen von Kurzschlußverbindungen
– jeder DMS individuell abgeglichen werden kann. Bei Brückenschaltungen ist ein
Sensortrimmen auf Empfindlichkeit (Bild 4.2.1-4b) und auf minimales Nullpunktsignal
möglich. Ein grundsätzlicher Nachteil von Folien-DMS ist die Temperaturbeständig-