1 Ãberblick über die Sensorik
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Seite 86<br />
170 4.1 Resistive Kraft- und Drucksensoren 4.1.5 Federkörper für resistive Drucksensoren 171<br />
Bild 4.1.5-7<br />
Messung von Drehmomenten über Dehnungsmeßstreifen, <strong>die</strong> auf einem tor<strong>die</strong>rten<br />
Zylinder (z.B. Antriebswelle) angeordnet sind (nach [4.9]}.<br />
Es liegt nahe, bei einer Druckmessung wie in Bild 4.1.5-6 <strong>die</strong> Dehnungsmeßstreifen<br />
unmittelbar auf der Druckmembran anzuordnen, wobei eine Vielzahl verschiedener<br />
Membranformen eingesetzt werden kann (Bild 4.1.5-8).<br />
Bild 4.1.5-8 Membranformen für Drucksensoren (nach [4.1])<br />
Für jede Ausführungsform ist eine exakte Berechnung des elastischen Verhaltens erforderlich,<br />
sie erfolgt im allgemeinen rechnergestützt, z.B. mit Hilfe der Methode der<br />
Berechnung finiter Elemente.<br />
In der einfachsten Ausführung besteht <strong>die</strong> Druckmembran aus einer radial eingespannten<br />
Kreisplatte (ebene Plattenfeder, Kreis- oder Topfmembran), <strong>die</strong> mit dem<br />
Drucksensorgehäuse fest verbunden ist. Wie bei dem symmetrisch aufgebauten Biegebalken<br />
in Bild 4.1.5-4 treten generell auch bei Membranen Kompressions- und Dilatationsgebiete<br />
jeweils auf der Ober- und Unterseite auf (Bild 4.1.5-9).<br />
Topfmembranen lassen sich vergleichsweise einfach herstellen; sie können für<br />
Drücke zwischen 10 und 2000 bar eingesetzt werden. Die geometrische Auslegung<br />
der Dehnungsmeßstreifen ist angepaßt auf <strong>die</strong> Spannungs- und Dehnungsverteilung<br />
auf der Membran, wobei im allgemeinen sowohl radiale wie tangentiale Spannungen<br />
ausgewertet werden (Bild 4.1.5-10).<br />
Bild 4.1.5-9<br />
Elastische Verformung auf einer eingespannten Kreisplatte (Kreismembran) bei<br />
Druckbeanspruchung (nach [4.7])<br />
a) Entstehung von Dilatations- und Kompressionsgebieten auf einer Druckmembran<br />
b) Ortsabhängigkeit (radialsymmetrisch) der radialen (σ r ) und tangentialen (σ ϕ )<br />
Spannungen auf einer Druckmembran:<br />
H. Schaumburg: Band 3 – Sensoren 1.5.2007 1.5.2007 H. Schaumburg: Band 3 – Sensoren