1 Überblick über die Sensorik

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170 4.1 Resistive Kraft- und Drucksensoren 4.1.5 Federkörper für resistive Drucksensoren 171
Bild 4.1.5-7
Messung von Drehmomenten über Dehnungsmeßstreifen, die auf einem tordierten
Zylinder (z.B. Antriebswelle) angeordnet sind (nach [4.9]}.
Es liegt nahe, bei einer Druckmessung wie in Bild 4.1.5-6 die Dehnungsmeßstreifen
unmittelbar auf der Druckmembran anzuordnen, wobei eine Vielzahl verschiedener
Membranformen eingesetzt werden kann (Bild 4.1.5-8).
Bild 4.1.5-8 Membranformen für Drucksensoren (nach [4.1])
Für jede Ausführungsform ist eine exakte Berechnung des elastischen Verhaltens erforderlich,
sie erfolgt im allgemeinen rechnergestützt, z.B. mit Hilfe der Methode der
Berechnung finiter Elemente.
In der einfachsten Ausführung besteht die Druckmembran aus einer radial eingespannten
Kreisplatte (ebene Plattenfeder, Kreis- oder Topfmembran), die mit dem
Drucksensorgehäuse fest verbunden ist. Wie bei dem symmetrisch aufgebauten Biegebalken
in Bild 4.1.5-4 treten generell auch bei Membranen Kompressions- und Dilatationsgebiete
jeweils auf der Ober- und Unterseite auf (Bild 4.1.5-9).
Topfmembranen lassen sich vergleichsweise einfach herstellen; sie können für
Drücke zwischen 10 und 2000 bar eingesetzt werden. Die geometrische Auslegung
der Dehnungsmeßstreifen ist angepaßt auf die Spannungs- und Dehnungsverteilung
auf der Membran, wobei im allgemeinen sowohl radiale wie tangentiale Spannungen
ausgewertet werden (Bild 4.1.5-10).
Bild 4.1.5-9
Elastische Verformung auf einer eingespannten Kreisplatte (Kreismembran) bei
Druckbeanspruchung (nach [4.7])
a) Entstehung von Dilatations- und Kompressionsgebieten auf einer Druckmembran
b) Ortsabhängigkeit (radialsymmetrisch) der radialen (σ r ) und tangentialen (σ ϕ )
Spannungen auf einer Druckmembran:
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