APPEL, Marko (Burgerhausstrasse 9, Büdingen, 63654, DE)
HOSE VON WOLFFRAMSDORFF, Joachim (Karlstrasse 29, Alsbach, 64665, DE)
JOST, Oliver (Lutherstrasse 53 a, Langen, 63225, DE)
APPEL, Marko (Burgerhausstrasse 9, Büdingen, 63654, DE)
HOSE VON WOLFFRAMSDORFF, Joachim (Karlstrasse 29, Alsbach, 64665, DE)
| PATENTA S PRÜCHE 1. Messvorrichtung zur Messung einer physikalischen Größe, mit mindestens einer Wheatstone' sehen Brücke in der mindestens ein Brückenwiderstand mindesten einen deformationsempfindlichen ohmschen Messwiderstand (A, B, C, D) enthält, der entsprechend einer Deformation ein elektrisch auswertbares Signal erzeugt, einer Auswerteeinheit, die mit der Wheatstone' sehen Brücke verbunden ist, einen Verstimmwiderstand (K) , der zu mindestens einem Widerstand (A, B, C, D, E, F) in der Wheatstone' sehen Brücke mittel- oder unmittelbar parallel wahlweise zuschaltbar ist, und einem deformationsunempfindlichen Widerstand (E, F) , der mit dem deformationsempfindlichen Messwiderstand (A, B, C, D) in dem Brückenwiderstand in Reihe geschaltet ist. 2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Brückenwiderstände einer Wheatstone' sehen Brücke jeweils von zwei in Reihe geschalteten Widerständen (D, E, C, F) gebildet sind, zwischen denen ein elektrischer Anschluss (12, 14) vorgesehen ist, an den der Verstimmwiderstand (K) anlegbar ist, um den Nullpunkt der Brückenspannung zu verstimmen. 3. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstimmwiderstand (K) über einen Schalter (a) mit der Wheatstone' sehen Brücke verbunden ist. 4. Messvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung mehrere deformationsempfindliche ohmsche Messwiderstände (A, B, C, D, Α', Β', C, D') hat, die zur Bildung von mindestens zwei Wheatstone' sehen Vollbrücken miteinander verschaltet sind, wobei mindestens ein Widerstand einer der Brücken mit dem Verstimmwiderstand (K) wahlweise beschaltbar ist. 5. Messvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung aus einer deformierbaren Membran mit in Metalldünnschichttechnik darauf ausgebildeten Widerständen gebildet ist. 6. Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wheatston' sehe Brücke (A, B, C, D) mit vier oder fünf elektrischen Anschlussflächen (11, 13, 15, 16 oder 11, 12, 14, 15, 16) auf der Membran zum Anschluss einer Auswerteeinheit versehen ist. 7. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der verstimmten Brücke der Auswerteeinheit zuführbar ist, die ausgelegt ist, sich anhand dieses Signals selbst zu überprüfen . 8. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenwiderstände jeder Brücke (A, C, B, D; A', C', B', D') jeweils paarweise im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. 9. Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Brücken (A, B, C, D, Α', B', C', D') vorgesehen sind, die relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnet sind. 10. Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Brücken (A, B, C, D, Α', B', C', D') vorgesehen sind, die relativ zueinander um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet sind. 11. Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Brücken (A, B, C, D, A' ', B' ', C'', D'') vorgesehen sind, die relativ zueinander um 90° versetzt ausgerichtet angeordnet sind, und dass eine weitere Brücke (Α' , B', C', D') vorgesehen ist, die gegenüber den beiden zueinander senkrecht angeordneten Brücken um 45° versetzt ausgerichtet angeordnet ist. 12. Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass 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. 13. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zu messende Größe Kraft, Druck, Temperatur, Drehmoment oder Kombinationen davon umfasst. |
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung von physikalischen Größen, wie Kraft, Druck, Temperatur,
Drehmoment oder Kombinationen davon. In dieser
Messvorrichtung werden Deformationen einer Membran aus Metall, an der die zu messende Größe in irgendeiner Weise angreift, mittels deformationsbedingter Veränderungen ohmscher Widerstände elektrisch erfasst.
Aus der DE 195 27 687 AI ist 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..
Ferner zeigt Fig. 9 eine herkömmliche Anordnung einer
Wheatstone' sehen Brücke, die mit einem zuschaltbaren
Verstimmwiderstand ausgerüstet ist. Wird der bekannte
Verstimmwiderstand zugeschaltet, lässt sich aus der
Reaktion der Brücke auf diese Widerstandsänderung an einem ihrer Brückenwiderstände auf den Zustand der Brücke
schließen, so dass Veränderungen der Brücke durch Alterung, Materialermüdung, Korrosion etc. erkannt werden können. Jedoch erfordert diese Anordnung einen Verstimmwiderstand, der in der Regel im Bereich des etwa tausendfachen der Brückenwiderstände liegt, deren Widerstand durch die
Messaufgabe und den Aufbau z.B. als DMS vorgegeben ist. Hochohmige Widerstände sind teure Bauteile, wenn eine entsprechende Präzision und Lebensdauer erforderlich ist.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung vorzuschlagen, die mit einfachen Mitteln zuverlässig eine hohe Messgenauigkeit 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 zur Messung einer physikalischen Größe hat mindestens eine Wheatstone ' sehen Brücke in der mindestens ein Brückenwiderstand mindesten einen deformationsempfindlichen ohmschen Messwiderstand enthält, der entsprechend einer Deformation ein elektrisch auswertbares Signal erzeugt.
Eine Wheatstone' sehe Brücke hat zwei Spannungsteiler mit jeweils zwei Brückenwiderständen -also vier
Brückenwiderstände-, die zu einer H-Schaltung oder
Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, wobei eine an die beiden Spannungsteiler am mittleren Abgriff angeschlossene Leitung als Brückenzweig bezeichnet wird. Der Ausdruck Brückenwiderstand bezeichnet in diesem Text und in den Ansprüchen ein solches Widerstandselement des
Spannungsteilers zwischen zwei Abgriffen.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung hat ferner eine
Auswerteeinheit, die mit der Wheatstone' sehen Brücke verbunden ist. Ein Verstimmwiderstand ist zu mindestens einem Widerstand (ein Brückenwiderstand kann mehrere
Widerstände enthalten) in der Wheatstone' sehen Brücke mittel- oder unmittelbar parallel wahlweise zuschaltbar. Erfindungsgemäß ist ferner ein deformationsunempfindlicher Widerstand vorgesehen, der mit dem
deformationsempfindlichen Messwiderstand in dem
Brückenwiderstand in Reihe geschaltet ist.
Der deformationsunempfindliche Widerstand und der
zuschaltbare Verstimmwiderstand können niederohmig sein, d.h. im Bereich von etwa 20 bis 200 Ohm liegen. Diese Bauteile sind langzeit- und temperaturstabil, preiswert und als handelsübliche Standartbauteile auch schon mit hoher Genauigkeit erhältlich.
Zudem wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße
Messvorrichtung gegen ungewollte Einflüsse unempfindlicher ist, z.B. Rauschen oder Schmutz, der sich zwischen den Abgriffen oder Kontaktpunkten auf Oberflächen der
Messvorrichtung ablagern kann und ungewollte Strompfade bildet, sowie Temperaturänderungen.
Vorzugsweise sind in der Messvorrichtung mindestens zwei Brückenwiderstände einer Wheatstone' sehen Brücke jeweils von zwei in Reihe geschalteten Widerständen gebildet, zwischen denen ein elektrischer Anschluss vorgesehen ist, an den der Verstimmwiderstand angelegt werden kann. Auf diese Weise kann man den Nullpunkt der Brückenspannung verstimmen .
Praktisch ist es, wenn der Verstimmwiderstand über einen Schalter mit der Wheatstone' sehen Brücke verbunden ist, so dass eine einfache Verstimmung der Brücke möglich ist. Die Messvorrichtung kann mehrere deformationsempfindliche ohmsche Messwiderstände haben, die zur Bildung von
mindestens zwei Wheatstone' sehen Vollbrücken miteinander verschaltet sind, wobei es ausreicht, wenn mindestens ein Widerstand einer der Brücken mit dem Verstimmwiderstand beschaltet werden kann.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann eine Membran haben, die entsprechend einer zu messenden Größe
deformierbar ist. Je nach Gestaltung und Einsatz der
Membran können Biegekräfte, Zugkräfte, Druckkräfte,
Drehmomente oder auch Wärmedehnungen, die unterschiedliche, zu messende Ursachen haben können, auf die Membran
einwirken. Die zu messende Größe kann somit direkte oder indirekte Ursache für die Deformation der Membran sein, so dass ein Zusammenhang zwischen der Deformation der Membran und deren Ursache (d.h. der zu messenden Größe) besteht und den Rückschluss auf die zu messende Größe zulässt.
Vorzugsweise sind die deformationsempfindlichen ohmschen Messwiderstände in Metalldünnschichttechnik auf der Membran ausgebildet und verändern entsprechend der Deformation der Membran ihren Wert. Solche Widerstände, deren Widerstand sich mit einer Deformation ändert, werden in Form von
Dehnungsmessstreifen DMS verbreitet verwendet. In
Metalldünnschichttechnik auf der Membran ausgebildete
Widerstände sind verfahrensbedingt sehr fest mit der
Membran auf quasi atomarer Ebene mit dem Metall verbunden. Kriecheffekte etc., die in der Trennung der Widerstände von dem (Metall ) träger ihre Ursache haben können, sind dadurch sicher vermieden.
Eine zweckmäßige Anbindung der Messvorrichtung an ihre externe Schaltung ergibt sich, wenn vorzugsweise jede
Wheatston' sehe Brücke mit vier oder fünf elektrischen Anschlussflächen auf der Membran zum Anschluss einer
Auswerteeinheit versehen ist. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie sich anhand des Signals der verstimmten Brücke selbst überprüfen kann.
Bei der Anordnung mehrerer Wheatstone' scher Brücken ist es vorteilhaft, wenn die Widerstände jeder Brücke jeweils paarweise im rechten Winkel zueinander 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 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.
Wie bereits zuvor erwähnt können in den oben ausgeführten Schaltungen niederohmige Standardwiderstände eingesetzt werden, welche sich dadurch auszeichnen, dass sie
temperaturstabil, unempfindlich gegen Rauschen und
unempfindlich gegen Verschmutzungen, bzw. parasitäre
Einflüsse sind.
In der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist also auch für hochohmige Messwiderstände ein Prüfsprung, also eine gezielte Verstimmung, mit stabilen, niederohmigen
Widerständen möglich.
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;
Fig. 8 eine mit der Erfindung verwendbare
beispielhafte Anordnung von drei Wheatstone' sehen
Brückenschaltungen auf dem Sensorelement; und
Fig. 9 eine Wheatstone' sehe Brückenschaltung nach dem Stand der Technik mit Verstimmwiderstand. 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 Membran und 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 diesem
Ausführungsbeispiel ist eine Zuglasche gestaltet und beschrieben; diese könnte aber auch gleichermaßen ein anderes Messsystemelement sein, wie z.B. eine Messachse oder dergleichen.
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.
In Fig. 3 ist eine Anordnung deformationsempfindlicher und deformationsunempfindlicher 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, die Brücke zu verstimmen. Mindestens einer der Widerstände C oder D ist ein deformationsempfindlicher ohmscher
Messwiderstand, während die Widerstände E bzw. F
deformationsunempfindliche ohmsche Widerstände sind, die mit ihrem zugeordneten Widerstand D bzw. C zur Bildung des jeweiligen Brückenwiderstands in Reihe geschaltet sind.
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 jenseits 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 oder Verstimmwiderstand. 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.
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. Zudem kann dann aus dem Prüfungsergebnis auf den Zustand der Messbrücke geschlossen werden.
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, d. h. sie dienen der Kompensation der
Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit des Sensors.
Insbesondere können die Widerstände E, F, I, J und/oder K niederohmige Widerstände (etwa 20 bis 200 Ohm) sein, während die Widerstände A, B, C und/oder D hochohmige Messwiderstände sein können. Bei einer Viertelbrücke ist nur einer der Brückenwiderstände deformationsempfindlich; bei einer Halbbrücke sind zwei Brückenwiderstände
deformationsempfindlich und bei einer Vollbrücke sind alle vier Brückenwiderstände deformationsempfindlich.
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
Brückenwiderstände innerhalb der einzelnen Brücken. Die Widerstände einer Gruppe sind jeweils mit A, B, C, D, A', 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.