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Ein Drucksensor auch Dehnungsmessstreifen genannt, ist ein elektronisches oder mechanisches Gerät, das dazu dient, die auf seine Oberfläche ausgeübten Druckkräfte oder Spannungen zu messen. Es ist ein Instrument, das auf Änderungen der Kontaktkräfte reagiert, indem es entsprechende elektrische oder mechanische Signale erzeugt. Dehnungsmessstreifen werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, z.B. im Ingenieurwesen – einschließlich der ganz einfachen Geräte, die man aus dem Alltag kennt – sowie in den Biowissenschaften, der Industrie und sogar in der Medizin. Der grundlegende Mechanismus eines Dehnungsmessers besteht in der Verwendung von dünnen Metalldrähten oder -streifen, die sich unter Druck verformen. Diese Verformung beeinflusst ihren elektrischen Widerstand oder ihre Länge, die gemessen und in einen Druckkraftwert umgewandelt wird.
Wo werden Dehnungsmessstreifen verwendet?
Wir haben die Bereiche aufgezählt, nun wollen wir uns die spezifischen Instrumente und Anwendungen ansehen.
- Elektronische Waagen. Das nächstliegende Beispiel aus dem Alltag und gleichzeitig eine gute Gelegenheit zu verstehen, wie ein Dehnungsmessstreifen eigentlich funktioniert. Der Dehnungsmessstreifen in einer elektronischen Waage ist in der Regel an einer Plattform oder Trägerstruktur befestigt. Wenn eine Masse auf die Waage gelegt wird, verformt sich die Plattform und der Dehnungsmessstreifen wird sozusagen gedehnt oder gequetscht. Durch diesen Vorgang ändert sich die Länge oder der Widerstand des Dehnungsmessstreifens. Dies wiederum wirkt sich auf seine elektrischen Eigenschaften aus, indem sich beispielsweise der elektrische Widerstand des Dehnungsmessstreifen-Drahtes ändert.
Das elektrische Signal eines auf diese Weise verwendeten Dehnungsmessstreifens ist in der Regel sehr klein und erfordert daher eine Verstärkung. Ein Signalverstärker wird verwendet, um die Amplitude des Signals zu erhöhen, damit es von der elektronischen Schaltung genau gemessen und verarbeitet werden kann. Leider haben Faktoren wie Temperatur, Vibration, Feuchtigkeit oder bauliche Verformungen einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Messung. Deshalb ist es so wichtig, die Waage unter geeigneten Bedingungen aufzustellen und regelmäßige Kalibrierungen durchzuführen. Aus diesem Grund ist es keine gute Idee, eine Waage in einem Badezimmer aufzubewahren, in dem Feuchtigkeit, Dampf und oft hohe Temperaturen herrschen.
- Bauwesen. In der Bauindustrie können Dehnungsmessstreifen dabei helfen, die strukturellen Belastungen zu überwachen, was besonders wichtig für die sichere Nutzung von Brücken und Stegen ist. Hochhäuser, Telekommunikationstürme und andere große Gebäude werden mit Dehnungsmessstreifen überwacht, um Veränderungen der Spannung und Verformung aufgrund von Windlasten, Temperaturschwankungen und anderen Faktoren zu verfolgen. Das Gleiche gilt für Stahlkonstruktionen, Träger, Balken oder Stützmauern und Uferbefestigungen.
- Medizinische Geräte. In der Medizintechnik können Dehnungsmessstreifen helfen, den Druck zu messen. Man findet sie zum Beispiel bei der Messung des Blutdrucks. Etwas weniger offensichtliche Anwendungen für Dehnungsmessstreifen bieten Gewebeanalysatoren, Plattformen zur Messung des Gleichgewichts und Geräte zur Messung der Muskelkraft, die Rehabilitations- und Physiotherapiefachleuten bekannt sind, orthopädische Einlagen, Sensoren in Prothesen oder Geräte zur Unterstützung der Atmung.
- Industrie. In der verarbeitenden Industrie werden Dehnungsmessstreifen zur Überwachung von Produktionsprozessen eingesetzt, bei denen Kontinuität und Präzision wichtig sind, z. B. zur Messung von Druck und Spannung in Maschinen. In der Lebensmittelindustrie können Dehnungsmessstreifen den Druck während des Verpackungsprozesses überwachen und so eine gleichbleibende Produktqualität gewährleisten. In der Kunststoffindustrie überwachen Dehnungsmessstreifen den Druck während des Spritzgießens von Kunststoffen in Formen und gewährleisten so die genaue Form und Qualität der Produkte. In der Laborphase helfen Dehnungsmessstreifen bei der Prüfung der Festigkeit von Materialien, z. B. bei destruktiven Tests oder Ermüdungsprüfungen. Auch Transport- und Auffahrwaagen können hier genannt werden, aber das ist eigentlich eine Wiederholung des Beispiels mit der Hauswaage.
Dehnungsmessstreifen in der Werkstatt des Elektronikers und Heimwerkers
Die Verwendung von Dehnungsmessstreifen in der Amateur- und semiprofessionellen Montageelektronik bietet unzählige Anwendungsmöglichkeiten für Druck- oder Verformungsmessungen in verschiedenen Heimwerkerprojekten oder Experimenten. Der erste Schritt besteht darin, den richtigen Dehnungsmessstreifen für das geplante Projekt auszuwählen. Es gibt verschiedene Arten von Dehnungsmessstreifen, z.B. resistive, kapazitive oder optische. In den meisten Fällen werden Widerstands-Dehnungsmessstreifen in der Montageelektronik verwendet, weil sie einfach zu handhaben sind. Im nächsten Schritt müssen Sie entscheiden und festlegen, wie Sie den Dehnungsmessstreifen in Ihrem Projekt verwenden möchten. Möchten Sie den Druck auf einer Taste messen, den Druck in einem Gehäuse überwachen oder vielleicht Veränderungen in der Verformung einer Struktur feststellen? So können Sie bestimmen, wo der Dehnungsmessstreifen angebracht und wie er angeschlossen werden soll.
Wenn Sie einen Dehnungsmessstreifen auf einer Oberfläche anbringen möchten, stellen Sie sicher, dass diese richtig vorbereitet ist. Die Oberfläche sollte sauber, glatt und trocken sein, um eine gute Haftung des Dehnungsmessers zu gewährleisten. Sobald Sie die elektrischen Anschlüsse des Dehnungsmessstreifens eingerichtet haben, wobei Ihnen die Angaben und Anleitungen des Herstellers helfen werden, müssen Sie ihn im Falle der erwähnten Widerstands-Dehnungsmessstreifen an eine Brückenschaltung anschließen – Sie benötigen eventuell einen Signalverstärker.
Die Module der Arduino-Plattform eignen sich gut als Lesegerät. Wir konfigurieren das entsprechende Programm oder die Software, lesen das Signal des Dehnungsmessstreifens aus und müssen uns nur noch um eine mögliche Kalibrierung und Optimierung kümmern. Von nun an steht nichts mehr im Wege, dass ein auf diese Weise erstelltes „Bauteil aus Bauteilen“ Teil von etwas Größerem wird, zum Beispiel zur Aktivierung einer Ampel, zur Anzeige von Ergebnissen auf einem Bildschirm oder zur Steuerung anderer Geräte.
Auswahl eines Dehnungsmessstreifens - Beratung
Die verschiedenen Dehnungsmessstreifen haben ihre eigenen spezifischen Anwendungen und Eigenschaften. Die genannten Widerstands-Dehnungsmessstreifen sind die am häufigsten verwendeten Dehnungsmessstreifen. Sie funktionieren nach dem Prinzip der Änderung des elektrischen Widerstands infolge einer Verformung. Sie werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von der Druckmessung in elektronischen Waagen bis hin zur Überwachung der Spannung in Strukturen. Kapazitive Dehnungsmessstreifen reagieren empfindlicher auf Veränderungen und sind manchmal komplizierter in der Anwendung, bieten aber eine höhere Präzision. Optische Dehnungsmessstreifen, die optische Phänomene auf der Grundlage von Lichtwellenlängen als Folge von Dehnungen nutzen, stellen das obere Ende der Skala dar – man findet sie in elektromagnetischen Umgebungen und medizinischen Geräten. Was die Konstruktion betrifft, so gibt es flexible und vibrationsbeständige Dehnungsmessstreifen aus Polymeren, keramische Dehnungsmessstreifen, die hohen Temperaturen und aggressiven chemischen Umgebungen standhalten, und piezoelektrische Dehnungsmessstreifen, die sich ideal für Vibrations- und Stoßmessungen eignen.
