APPEL, Marko (Burgerhausstrasse 9, Bündingen, 63654, DE)
HOSE VON WOLFFRAMSDORFF, Joachim (Karlstrasse 29, Alsbach, 64665, DE)
JOST, Oliver (Lutherstrasse 53a, Langen, 63225, DE)
APPEL, Marko (Burgerhausstrasse 9, Bündingen, 63654, DE)
HOSE VON WOLFFRAMSDORFF, Joachim (Karlstrasse 29, Alsbach, 64665, DE)
| PATENTANSPRÜCHE 1. Messvorrichtung, mit einem entsprechend einer zu messenden Größe deformierbaren Metallkörper (2); einem Sensorelement (10), das einen Metallträger (1) und in Metalldünnschichttechnik darauf ausgebildete ohmsch Widerstände (5) aufweist, das mit dem Metallkörper (2) durch Schweißen verbunden ist und das ein der Deformation des Metallkörpers (2) entsprechendes, elektrisch auswertbares Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (4) den Metallträger (1) an seinem Umfang vollständig umschließt und der Metallkörper (2) an der Schweißverbindung mit dem Metallträger (1) eine Materialstärke t hat, die von der Schweißnaht (4) vollständig durchdrungen ist. 2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die zu messende Größe Kraft, Druck, Temperatur, Drehmoment oder Kombinationen davon umfasst. 3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke t im Bereich von 0,2 bis 1,2 mm liegt. 4. Messvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallträger (1) an seinem Umfang mit einem Flansch (3) versehen ist, dessen Materialstärke im wesentlichen gleich t ist, wobei die Schweißnaht (4) eine Stumpfnaht ist. 5. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass der Metallträger (1) topfförmig ist und der Flansch (3) durch eine in die Topfwand eingebrachte Umfangsnut (E) axial begrenzt ist. 6. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallträger (1) des Sensorelements (10) einen Außendurchmesser von 5 bis 15 mm hat. 7. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (ABCD) des Sensorelements (10) zur Bildung von mindestens einer Wheatstone' sehen Vollbrücke miteinander verschaltet sind und ein zur Dehnung des Sensorelements (10) proportionales Signal bereitstellen. 8. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (ABCD, A'B'C'D') des Sensorelements (10) zur Bildung von mindestens zwei Wheatstone' sehen Vollbrücken miteinander verschaltet sind und ein zur Dehnung des Sensorelements proportionales Signal bereitstellen . 9. Messvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wheatston' sehe Brücke mit vier oder fünf elektrischen Anschlussflächen (11, 13, 15, 16) auf dem Sensorelement zum Anschluss einer Auswerteeinheit versehen ist. 10. Messvorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Widerstände einer Wheatstone' sehen Brücke durch zwei seriell geschaltete Widerstände (DE, CF) gebildet sind, zwischen denen jeweils ein elektrischer Anschluss (12, 14) vorgesehen ist, an den ein veränderbarer Widerstand K anlegbar ist, um die Wheatstonebrücke gezielt zu verstimmen. 11. Messvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der verstimmten Brücke der Auswerteeinheit zugeführt wird, die ausgelegt ist, sich anhand dieses Signals selbst zu überprüfen. 12. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände jeder Brücke (AC, BD; A'C, B ' D ' ) jeweils paarweise im rechten Winkel zueinander auf dem Sensorelement (10) angeordnet sind, und, sofern mehr als ein Brücke (ABCD, A'B'C'D') vorgesehen ist, die einzelnen Brücken relativ zueinander verschieden ausgerichtet angeordnet sind. 13. Messvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Brücken (ABCD, A'B'C'D') vorgesehen sind, die relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnet sind. 14. Messvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Brücken (ABCD, A'B'C'D') vorgesehen sind, die relativ zueinander um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet sind. 15. Messvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Brücken (ABCD, A 1 ' B ' ' C ' ' D ' ' ) vorgesehen sind, die relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnet sind und eine weitere Brücke (A'B'C'D') vorgesehen ist, die gegenüber den beiden zueinander senkrecht angeordneten Brücken um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet ist. 16. Messvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Brückenpaare (ABCD, A'B'C'D') vorgesehen sind, die relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnete Brücken haben, wobei die beiden Brückenpaare relativ zueinander um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet sind. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung von physikalischen Größen, wie Kraft, Druck, Temperatur,
Drehmoment oder Kombinationen davon. In dieser
Messvorrichtung werden Deformationen eines Körpers aus Metall, an dem die zu messende Größe angreift, mittels deformationsbedingter Veränderungen ohmscher Widerstände elektrisch erfasst.
Eine nach diesem Prinzip arbeitende, gattungsgemäße
Messvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2006 004 285 AI bekannt. Ein laschenförmiger Metallkörper hat in der Mitte ein Loch in das ein topfförmiges Sensorelement eingesetzt ist. Das Sensorelement ist auf seiner
Deckelfläche mit einer durch Glasschichten isoliert
aufgebrachten Sensorschaltung mit Dehnungsmessstreifen versehen, die als eine Wheatstone' sehe Brückenschaltung mit Widerständen in Metalldünnschichttechnik ausgeführt ist. Das Sensorelement ist entlang seinem Umfang im Bereich im Bereich der oberen und unteren Seitenfläche des
laschenförmigen Metallkörpers mit dem Metallkörper
verschweißt. Hierbei erstreckt sich die Schweißnaht jeweils ein Stück weit in die Materialstärke des Metallkörpers.
Diese Verschweißung kann im Bereich der Wurzeln der
Schweißnähte Materialspannungen erzeugen, die die
Genauigkeit der Messung beeinträchtigen oder die
Lebensdauer herabsetzen können. Zudem ist eine
Verschweißung des Sensorelements von beiden Seiten des laschenförmigen Metallkörpers erforderlich, was entweder den Handhabungsaufwand für das Werkstück oder den
apparativen Aufwand für die Fertigung erhöht.
Ferner ist aus der DE 195 27 687 AI ein Sensor bekannt, der auf eine Messmembran aufgebrachte Dünnschichtwiderstände hat, die in Form von zwei Wheatstone' sehen Brücken an solchen Orten der Messmembran angeordnet sind, dass zwei Widerstände einer Brücke im Bereich der Stauchung der belasteten Membran angeordnet sind, während die anderen Widerstände im Bereich der Dehnung der belasteten Membran angeordnet sind. Auf diese Weise sollen Veränderungen erkannt werden, die redundante Messbrückenanordnungen insgesamt beeinträchtigen, aber allein durch Vergleich der beiden Brücken nicht erkannt werden können, da sie beide Brücken gleichermaßen betreffen, wie z.B. Alterung,
Materialermüdung, Korrosion etc..
Ausgehend vom nächstkommenden Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung vorzuschlagen, die einfach zu fertigen ist und eine hohe Messgenauigkeit bei langer Lebensdauer liefert.
Diese Aufgabe wird mit einer Messvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt .
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung hat einen
Metallkörper, der entsprechend einer zu messenden Größe deformierbar ist. Je nach Gestaltung und Einsatz des
Metallkörpers können Biegekräfte, Zugkräfte, Druckkräfte, Drehmomente oder auch Wärmedehnungen, die unterschiedliche, zu messende Ursachen haben können, im Metallkörper
auftreten. Die zu messende Größe kann somit direkt oder indirekte Ursache für die Deformation des Metallkörpers sein, so dass ein Zusammenhang zwischen der Deformation des Metallkörpers und deren Ursache (d.h. der zu messenden Größe) besteht und den Rückschluss auf die zu messende Größe zulässt.
Die Messvorrichtung hat ferner ein Sensorelement, das einen Metallträger und in Metalldünnschichttechnik darauf
ausgebildete ohmsche Widerstände aufweist, das mit dem Metallkörper durch Schweißen verbunden ist und das ein der Deformation des Metallkörpers entsprechendes, elektrisch auswertbares Signal erzeugt. Ohmsche Widerstände, deren Widerstand sich mit einer Deformation ändert, werden in Form von Dehnungsmessstreifen verbreitet verwendet. Im vorliegenden Fall sind die Widerstände in bekannter
Metalldünnschichttechnik auf dem Sensorelement ausgebildet und fest damit verbunden. Diese Technologie hat den
Vorteil, dass die Widerstände auf quasi atomarer Ebene mit dem Metallträger des Sensors verbunden sind, so dass
Kriecheffekte etc., die in der Trennung der Widerstände von dem (Metall ) träger ihre Ursache haben können, sicher vermieden sind.
Im angeschweißten Zustand umschließt die Schweißnaht den Metallträger des Sensors vollständig und der Metallkörper hat an der Schweißverbindung mit dem Metallträger eine Materialstärke t, die von der Schweißnaht vollständig durchdrungen ist. Auf diese Weise kann eine Verbindung zwischen Metallkörper und Metallträger ausgehend von nur einer Seite des Metallkörpers geschaffen werden, so dass es nicht erforderlich ist, den Metallkörper zu wenden, erneut zu positionieren und dann eine zweite Schweißung
vorzunehmen .
Die erfindungsgemäße Gestaltung hat zudem den Vorteil, dass in der Schweißnaht das gesamte Material des Metallkörpers zur Bildung der Schweißnaht aufgeschmolzen wurde, so dass Restspannungen an der Schweißnahtwurzel erheblich reduziert werden können. Zwischen dem Metallträger des Sensors und dem Metallkörper wurde eine ausschließlich flüssige Zone während der Schweißung ausgebildet, die nun über die
Materialdicke des Metallkörpers gleichmäßig erstarren kann.
Auf diese Weise ist der Metallträger des Sensorelements neutral eingespannt, so dass die richtungsgerechte
Erfassung von Deformationen mit hoher Genauigkeit und langer Lebensdauer möglich ist.
Vorzugsweise liegt die Materialstärke t des Metallkörpers im Bereich von 0,2 bis 1,2 mm. Ebenfalls vorzugsweise hat der Metallträger des Sensorelements einen Außendurchmesser von 5 bis 15 mm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Metallträger an seinem Umfang mit einem Flansch versehen, dessen
Materialstärke im Wesentlichen gleich der Materialstärke des Metallkörpers im Bereich der Schweißstelle -also t- ist, wobei die Schweißnaht eine Stumpfnaht ist. Alternativ ist der Metallträger topfförmig und der Flansch ist durch eine in die Topfwand eingebrachte Umfangsnut axial
begrenzt .
Im Hinblick auf die elektrische und physikalische Anordnung der ohmschen Widerstände auf dem Sensorelement sind
insbesondere die folgenden vorteilhaften Ausgestaltungen zu nennen: Die Widerstände des Sensorelements sind zur Bildung von mindestens zwei Wheatstone' sehen Vollbrücken
miteinander verschaltet. Jede Wheatston' sehe Brücke ist mit vier oder fünf elektrischen Anschlussflächen auf dem Sensorelement zum Anschluss einer Auswerteeinheit versehen. Mindestens zwei Widerstände einer Wheatstone' sehen Brücke sind durch zwei seriell geschaltete Widerstände gebildet, zwischen denen jeweils ein elektrischer Anschluss
vorgesehen ist, an den ein veränderbarer Widerstand
anlegbar ist, um den Nullpunkt der Brückenspannung
einzustellen. Dieser veränderbare Widerstand kann wahlweise mit der Wheatstone' sehen Brücke verbunden werden, um die Brücke gezielt zu verstimmen. Damit wird erreicht, dass das Signal der verstimmten Brücke der Auswerteeinheit gezielt zugeführt werden kann, die ausgelegt ist, sich anhand dieses Signals selbst zu überprüfen.
Bei der Anordnung mehrerer Wheatstone' scher Brücken ist es vorteilhaft, wenn die Widerstände jeder Brücke jeweils paarweise im rechten Winkel zueinander auf dem
Sensorelement angeordnet sind und die einzelnen Brücken relativ zueinander verschieden ausgerichtet angeordnet sind. Wenn die Brücken relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnet sind, sind zueinander senkrechte Deformationen des Metallkörpers grundsätzlich unmittelbar erfassbar. Wenn zwei Brücken vorgesehen sind, die relativ zueinander um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet sind, gilt diese Überlegung für im 45°- Winkel gerichtete
Deformationen .
In vorteilhafter Ausgestaltung können auch mehr als zwei Brücken vorgesehen sein, so können bspw. zwei Brücken relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnet sein und eine weitere Brücke ist gegenüber den beiden zueinander senkrecht angeordneten Brücken um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet. Möglich ist auch eine Anordnung von Brücken, in der zwei Brückenpaare vorgesehen sind, die relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnete Brücken haben, wobei die beiden Brückenpaare relativ zueinander um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet sind. Die Erfassung der Deformationen kann damit entsprechend erfolgen .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten
Ausführungsbeispiels eines in einen Metallkörper
eingeschweißten Sensorelements;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines in einen Metallkörper
eingeschweißten Sensorelements;
Fig. 3 eine mit der Erfindung verwendbare Wheatstone' sehe Brückenschaltung;
Fig. 4 eine mit der Erfindung verwendbare externe Beschaltung der Brückenschaltung aus Fig. 3;
Fig. 5 eine mit der Erfindung verwendbare
beispielhafte Anordnung von zwei Wheatstone' sehen
Brückenschaltungen auf dem Sensorelement;
Fig. 6 eine weitere mit der Erfindung verwendbare beispielhafte Anordnung von zwei Wheatstone' sehen
Brückenschaltungen auf dem Sensorelement;
Fig. 7 noch eine mit der Erfindung verwendbare
beispielhafte Anordnung von zwei Wheatstone' sehen
Brückenschaltungen auf dem Sensorelement; und
Fig. 8 eine mit der Erfindung verwendbare
beispielhafte Anordnung von drei Wheatstone' sehen
Brückenschaltungen auf dem Sensorelement.
Fig. 1 zeigt ein Sensorelement 10 im Schnitt, das in einen Metallkörper 2 eingebaut ist. Das Sensorelement 10 hat einen topfförmig ausgebildeten Metallträger 1 mit einer Eindrehung E an seinem Umfang, so dass ein Flanschabschnitt 3 gebildet ist, der mittels einer Schweißnaht 4 mit dem Metallkörper 2 verbunden ist. Der deformierbare Metallkörper 2 hat eine im Wesentlichen laschenförmige Gestalt, die in dieser schematischen Schnittansicht nicht gezeigt ist, in die eine Bohrung eingebracht ist, in die das Sensorelement 10 eingesetzt ist. Die Materialstärke oder Blechdicke des deformierbaren Metallkörpers 2 ist in der Darstellung der Fig. 1 mit t bezeichnet und liegt im Bereich von 0,2 bis 1,2 mm. Der topfförmige Metallträger 1 des Sensorelements 10 hat den erwähnten Flansch 3
ausgebildet, dessen axiale Dicke in etwa der Materialstärke t des deformierbaren Metallkörpers 2 entspricht. Wie in Fig. 1 deutlich zu erkennen ist, ist die Schweißnaht 4 so angebracht, dass sie das gesamte Material des Metallkörpers 2 in dessen Dickenrichtung durchdringt. Die Eindrehung E gewährleistet dabei, dass die beim Schweißen mittels
Laserstrahl entwickelte Wärme sich in dem Metallträger 1 nicht nennenswert fortsetzt, so dass die Schweißnaht 4 räumlich und thermisch von der Sensorik 5 (nicht gezeigt) des Sensorelements 10 getrennt ist, die auf der in Fig. 1 linken Deckelfläche des topfförmigen Metallträgers 1 angebracht ist.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, die in Fig. 2 gezeigt ist, ist in einen Metallkörper 2 ein
Sensorelement 10 eingesetzt, das ebenfalls einen Flansch 3 ausgebildet hat, der mittels einer Schweißnaht 4 mit dem umgebenden Metallkörper 2 verbunden ist. Im Unterschied zu der Gestaltung gemäß Fig. 1 ist hier der Flansch 3 als sich radial erstreckender Abschnitt eines topfförmigen
Metallträgers 1 des Sensorelements 10 ausgebildet. Ähnlich der Ausführungsform in Fig. 1 ist auch hier die
Materialdicke des Flanschs 3 der Materialdicke des
deformierbaren Metallkörpers 2 angepasst, so dass beide in etwa die Materialstärke t haben. Auch in diesem Beispiel kann die Materialstärke t zwischen 0,2 und 1,2 mm liegen. In Fig. 2 ist ferner die Sensorik 5 des Sensorelements 1 angedeutet, die auf der in Fig. 2 linken Seite auf der Deckelfläche des topfförmigen Metallträgers 1 angebracht ist. Die Deckelfläche mit der Sensorik 5 ist im Abstand h von der zugewandten Oberfläche des Metallkörpers 2 bzw. der zugewandten Oberfläche des Flanschabschnitts 3 des
Metallträgers 1 angeordnet. Dieser Abstand h ist so
gewählt, dass sowohl der Anbau von Auswerteelektronik als auch die Hebelverhältnisse für die Erfassung der
Deformationen des deformierbaren Metallkörpers 2 optimiert sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Schweißnaht 4 in Dickenrichtung vollständig durch den
Metallkörper 2. Der Abstand h liegt im Größenbereich von t und kann insbesondere 0,2 bis 2 mm betragen.
In Fig. 3 ist eine beispielhafte Anordnung ohmscher
Widerstände in Wheatstone' scher Brückenschaltung gezeigt, die als Sensorik 5 auf dem Metallträger 1 des
Sensorelements 10 in Dünnschichttechnik ausgebildet sind. Es ist zu erwähnen, dass diese Brückenschaltungen auch mehrfach auf demselben Sensorelement und in verschiedenen Ausrichtungen zueinander ausgebildet sein können, wie später unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 8 näher erläutert wird. Fig. 3 zeigt eine Wheatstone' sehe Brücke mit insgesamt sechs Widerständen A, B, C, D, E, F. Die Widerstände A und B sind rechtwinklig zueinander
angebracht, während die Widerstandsgruppen D, E und C, F ebenfalls rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Um die quadratische Anordnung zu erreichen, ist die
Widerstandsgruppe D, E parallel zum Widerstand B angeordnet und die Widerstandsgruppe C, F ist parallel zum Widerstand A angeordnet. Die in Fig. 3 gezeigten weiteren Widerstände G, H dienen der Temperaturkompensation. In bekannter Weise sind die gezeigten Widerstände A bis H mit Anschlusspunkten 11, 12, 13, 14, 15, 16 verbunden. Die Abgriffe 12 und 14 sind zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen D, E beziehungsweise C, F angeordnet. Die Brückenspannung wird zwischen den Kontakten 13 und 16 abgegriffen, während die Anschlussflächen 12 und 14 dazu verwendet werden können, die Brücke abzustimmen.
Fig. 4 zeigt die Beschaltung der auf der linken Seite der Fig. 4 gezeigten Wheatstone' sehen Brückenschaltung gemäß Fig. 3, die bereits im Einzelnen erläutert wurde. Die
Brückenschaltung links der strichpunktierten Linie ist auf dem Sensor angebracht, während rechts dieser
strichpunktierten Linie in Fig. 4 die externe Schaltung schematisch wiedergegeben ist. Zusätzlich zu den zuvor genannten Widerständen A bis H sind die Widerstände J, I und K vorgesehen. K ist ein verstellbarer Widerstand. Die Widerstände I und J sind in Reihe zueinander und parallel zu den Widerständen E und F geschaltet. Zwischen den beiden Widerständen I und J ist ein Abgriff 12 ' vorgesehen, der über einen Schalter a mit dem einen Ende des Widerstands K verbindbar ist, der an seinem anderen Ende mit dem
Anschlusspunkt 12 bzw. dem Widerstand I verbunden ist. Der Widerstand K dient zum gezielten Verstimmen der Brücke.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann durch den Schalter a die Parallelschaltung der Widerstände I und K in Reihe mit dem Widerstand J unterbrochen oder ausgeschaltet werden, so dass nur noch die Widerstände I und J in Reihe miteinander und parallel mit den Widerständen E und F verschaltet sind. Diese als gezielte Verstimmung der Brücke bezeichnete Maßnahme kann in Zusammenarbeit mit einer geeigneten Auswerteeinheit nunmehr dazu verwendet werden, die Antwort einzelner Komponenten auf diese Signaländerung dahingehend auszuwerten, dass ein ordnungsgemäßer
Funktionszustand oder eine Fehlfunktion dieser Bauteile ermittelt werden kann. Anders ausgedrückt, durch diese gezielt verstimmbare Brücke ist es möglich, unabhängig von der Änderung der Widerstände in der Brücke selbst, die Funktionsfähigkeit der Auswerteeinheit zu prüfen. Selbst wenn eine fehlerhafte Messung seitens der Brücke vorläge, so ist doch der Unterschied des Signals bei unverstimmter und verstimmter Brücke ein hinreichend genau festgelegter Signalwert, der diese Analyse der Auswerteelektronik gestattet .
Zusätzlich zu den obigen Ausführungen ist hier darauf hinzuweisen, dass weitere Widerstände in der Brücke oder auch in der Auswerteeinheit vorgesehen werden können, die dann Funktionen übernehmen können wie
Temperaturkompensation oder dergleichen. So sind zum
Beispiel die Widerstände E und F Abgleichwiderstände, die mittels Lasertrimmung zum Abgleich der Brücke fest
eingestellt werden können. Die in den Versorgungsteil der Brücke eingeschalteten Widerstände G und H bilden
Kompensationswiderstände für den Temperaturgang des E- Moduls des Werkstoffs des Sensorkörpers und Metallkörpers (2), d. h. sie dienen der Kompensation der
Temperaturabhängigkeit des Sensors.
Die Figuren 5, 6, 7 und 8 zeigen jeweils schematisierte Draufsichten auf die Deckelfläche eines Sensorelements mit darauf aufgebrachten Widerständen. Sie zeigen lediglich die prinzipielle Anordnung und Orientierung der Widerstände innerhalb der einzelnen Brücken. Die Widerstände einer Gruppe sind jeweils mit A, B, C, D, Α', B', C', D' oder A'', B'', C'' bzw. D'' bezeichnet. Selbstverständlich können alle diese Brücken entsprechend den obigen
Ausführungen zu Fig. 3 und Fig. 4 gestaltet sein und folglich auch deren sämtliche Widerstände bzw. eine
entsprechend gestaltete Auswerteeinheit sowie passende Anschlussmimik haben. Die Widerstände sind in Dünnfilmtechnik aufgebracht und mittels Glasisolation vom Trägermaterial (Metallträger) isoliert.
In Fig. 5 ist eine sogenannte x- und y-Richtungsanordnung der Brücken gezeigt, d. h. die einzelnen Widerstandspaare AC, A'C'; BD, B'D' der jeweiligen Brücke stehen senkrecht zueinander, wobei jeweils zwei Brückenpaare AC, A'C'; BD, B'D' von zwei Brücken zueinander parallel angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich Deformationen oder Komponenten davon entsprechend ihrer um 90° zueinander versetzten
Richtung unmittelbar messen.
In der Fig. 6 ist eine Anordnung getroffen, in der die Brückenwiderstände A, B, C, D der linken Brücke genauso angeordnet sind, wie die Widerstände A, B, C, D in der linken Brücke in Fig. 5. In der rechten Brücke der Fig. 6 sind die Widerstände Α', B', C', D' zwar zueinander im rechten Winkel, jedoch bezüglich der Widerstandspaare AC, BD der ersten Brücke im 45 Grad Winkel angeordnet. Auf diese Weise misst die eine Brücke in x- und y-Richtung, während die andere Brücke Deformationen in der dazu um jeweils um 45 Grad versetzten Richtung unmittelbar misst.
In der Fig. 7 sind wiederum gleichartige Brücken mit zueinander senkrechten Paaren AC, BD, A'C', B'D' von
Widerständen ausgebildet, diese sind aber zur x-y-Richtung des Sensors alle um 45 Grad versetzt angeordnet, d. h. die Widerstände A und B sind parallel zu den Widerständen D' und C' angeordnet und die Widerstände A', B' sind parallel zu den Widerständen C und D angeordnet. Dies ermöglicht eine redundante Messung in den Richtungen 45 Grad relativ zu x und y.
Schließlich bietet die Fig. 8 eine weitere Modifikation mit einer dritten Wheatstone' sehen Brücke, die, ausgehend von der Gestalt in Fig. 7, zwischen die mit 45 Grad zu den Hauptachsen x, y angeordneten Brücken senkrecht in x-y- Richtung angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine
redundante Messung von 45 Grad bezüglich der x-y-Richtung und eine zusätzliche Messung in x- und y-Richtung möglich.
Next Patent: MEASURING DEVICE COMPRISING A DETUNABLE RESISTOR