Hier rechnest du, wie viel Signal Prüfstand und Anlage liefern, und was zwölf Meter Leitung davon übrig lassen.

Schritt 2 von 4. Du bestimmst die Empfindlichkeit beider Brücken, bildest den Maßstab und bezifferst den Fehler der Zuleitung.

Danach: Aufgabe 2.3

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Rechne erst die relative Widerstandsänderung, dann die Spannung. Wer sofort in Volt rechnet, verliert die Größenordnung aus dem Blick.

Am Ende hast du: Auslegung des Kraftkanals mit Leitungsfehlerbetrachtung

So gehst du vor

  • Ansatz vor Zahlen. Erst die Formel, dann einsetzen.
  • Einheiten mitführen. Ein Maßstab hat eine Einheit. Schreib sie hin.
  • Erst zeichnen, dann argumentieren. Für 2.2 c zeichnest du den Stromweg ein, bevor du einen Satz schreibst.
Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte

Prüfstand
Wägezelle 5 kg, DMS-Vollbrücke ca. 1 kΩ, Kennwert 1,0 mV/V bei Nennlast, Speisespannung US = 5 V
Anlage
Folien-DMS R0 = 350 Ω, k = 2,0, Dehnung ε = 800 µm/m bei der Nennpresskraft 1600 kN, US = 5 V
Brückenarten
Viertelbrücke: ein aktiver DMS und drei Festwiderstände. Halbbrücke: zwei aktive DMS, einer gedehnt, einer gestaucht. Vollbrücke: vier aktive DMS, paarweise gegensinnig. Jeder aktive DMS erfährt denselben Betrag der Dehnung.
Sensorleitung der Anlage
Länge l = 12 m, Querschnitt A = 0,25 mm², Kupfer mit ρ = 0,0178 Ω · mm²/m und α = 3,9 · 10⁻³ 1/K
Umgebung
Die Temperatur der Leitung schwankt im Betrieb um 20 K.
Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Auslegung des Kraftkanals mit Leitungsfehlerbetrachtung

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • die Brückenausgangsspannung von Prüfstand und Anlage, gerechnet
  • den Vergleich von Viertel-, Halb- und Vollbrücke
  • den Maßstab zwischen Prüfstand und Anlage mit dem Empfindlichkeitsverhältnis
  • den bezifferten Leitungsfehler und die Begründung der Dreileiterschaltung

Zur Dokumentation

Der Leitungsfehler wird in Kilonewton angegeben, nicht nur in Ohm. Erst dann versteht ihn jemand, der die Presse bedient.

Abgenommen wird es im Kreuzreview durch das andere Team und danach von der Projektleitung abgezeichnet.

Aufgabe 2.1 · Empfindlichkeit von Prüfstand und Anlage · Aufgabe 2.2 · Leitungsfehler und Dreileiterschaltung

Erst du, dann die anderen

Als welche Brückenart legst du die Anlage aus? Der Auftrag lässt das offen.

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Viertelbrücke. Ein DMS, billig und schnell appliziert. Kleinste Empfindlichkeit und voll temperaturabhängig.
  • Halbbrücke. Zwei DMS, doppelte Empfindlichkeit, Temperaturgang teilweise kompensiert. Applikation wird aufwendiger.
  • Vollbrücke. Vier DMS, vierfache Empfindlichkeit, Temperaturgang kompensiert. Teuerste Lösung und am schwersten sauber zu applizieren.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb. In deinem Betrieb hat sich vielleicht ein anderer durchgesetzt: dann schreib auch das dazu.

Aufgabe 2.1 a

Berechne die Brückenausgangsspannung der Wägezelle bei Nennlast:

  • Entnimm der Karte oben Speisespannung und Kennwert der Wägezelle.
  • Berechne die Ausgangsspannung bei Nennlast.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Wheatstone-Brücke · Wägezelle · Kennwert

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 2.1 b

Berechne die Brückenspannung der Anlage in drei Bauformen:

  • Berechne die relative Widerstandsänderung eines DMS bei Nennpresskraft.
  • Berechne die absolute Widerstandsänderung.
  • Berechne die Brückenspannung für die Viertelbrücke.
  • Berechne die Brückenspannung für die Halbbrücke.
  • Berechne die Brückenspannung für die Vollbrücke.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Dehnungsmessstreifen · k-Faktor · Viertelbrücke

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 2.1 c

Stelle Prüfstand und Anlage gegenüber:

  • Bilde den Maßstab zwischen Prüfstand und Anlage.
  • Gib das Empfindlichkeitsverhältnis der beiden Brücken an.
  • Berechne, welche Kraft ein Gerät anzeigt, das für den Prüfstand eingestellt ist, wenn es an der Anlage bei Nennpresskraft misst.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Empfindlichkeit · Maßstab

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 2.2 a

Leitungsfehler und Dreileiterschaltung. Der DMS sitzt am Ständer, der Verstärker im Schaltschrank. Dazwischen liegt die Sensorleitung aus der Karte oben.

Berechne den Fehler, den die Zuleitung einbringt:

  • Berechne den Widerstand der Sensorzuleitung, so wie er in einer Zweileiterschaltung im Brückenzweig des DMS liegt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leitungswiderstand · Zweileiterschaltung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 2.2 b

Rechne den Leitungswiderstand in eine scheinbare Kraft um:

  • Setz den Widerstand aus 2.2 a in eine Viertelbrücke in Zweileitertechnik ein.
  • Berechne, welche Dehnung die Brücke dadurch scheinbar anzeigt, ohne dass eine Kraft wirkt.
  • Rechne diese Dehnung in eine Presskraft um.
  • Vergleiche das Ergebnis mit der Nenndehnung.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Scheindehnung · Viertelbrücke

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 2.2 c

Beurteile die Dreileiterschaltung als Abhilfe:

  • Erkläre am Stromweg, weshalb die Dreileiterschaltung den Fehler beseitigt.
  • Erkläre, weshalb es nicht reicht, den Fehler einmal wegzukalibrieren.
  • Beziffere, wie weit der Fehler bei der Temperaturschwankung aus der Karte oben wandert.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Dreileiterschaltung · Temperaturkoeffizient

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Die Lage ändert sich

Der Ständer der Presse ist an der vorgesehenen Applikationsstelle korrodiert. Die DMS müssen 40 cm höher sitzen, wo die Dehnung nur noch die Hälfte beträgt.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Berechne, was aus deiner Brückenspannung wird.
  • Nenne zwei Maßnahmen, die das ausgleichen, eine mechanische und eine elektrische.
  • Beurteile, ob die geforderte Auflösung noch erreicht wird.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.

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