Ratgeber
Dehnungsmessstreifen sind Hilfsmittel der Messtechnik. Sie werden unter anderem dazu genutzt, oberflächliche Veränderungen von Bauteilen zu messen, etwa eine Dehnung oder eine Stauchung des Materials. Lesen Sie in unserem Ratgeber, wie die Messung mit Dehnungsmessstreifen funktioniert und worauf beim Kauf zu achten ist.
Dehnmessstreifen (kurz: DMS) sind Sensoren, die aus Metall oder Halbleitermaterialien gefertigt sind. Bei einer Dehnung des Materials verändert ein DMS seinen Widerstand. Diese Widerstandsänderung kann gemessen und als ein Wert angegeben werden.
Verwendung finden Dehnungssensoren beispielsweise in Waagen oder Druckaufnehmern. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Prüfung von Werkstoffen. Mithilfe eines DMS kann eine mechanische Verformung von Materialien durch Druck und Zug präzise erfasst werden. Möglich ist auch eine Anwendung bei der Produktion von Folien oder Drähten. Zudem lassen sich mit DMS Beanspruchungsanalysen sowie experimentelle Spannungsanalysen durchführen.
1 = Trägerfolie 2 = Messgitter 3 = Anschlüsse 4 = Dehnungsrichtung
Gewöhnlich besteht ein DMS aus einer Messgitterfolie, die aus einem Widerstandsdraht gefertigt ist. Das Messgitter ist auf ein transparentes und flexibles Trägermaterial aufgebracht. Der Träger dient der Stabilisierung des Messgitters, fungiert aber auch als Isolierungsschicht zwischen Widerstandsdraht und dem zu prüfenden Material. Um eine Messung durchzuführen, wird durch den Widerstandsdraht des Halbleiter-DMS ein elektrischer Strom geleitet. Wenn sich nun das Material, an dem der DMS für eine Messung angebracht ist, ausdehnt, hat dies eine Änderung des elektrischen Widerstands zu Folge. Dabei gilt das Prinzip, dass sich der Widerstand bei einer Dehnung des Materials erhöht und bei einer Stauchung reduziert. Um eine Widerstandsänderung zu messen, wird als bevorzugte Schaltung gewöhnlich die Wheatstonesche-Brückenschaltung eingesetzt. Damit ist die Messung einer relativen Widerstandsänderung bei einem DMS ebenso möglich wie eine absolute Bestimmung des Widerstandes.
Für die Durchführung von Dehnungsmessungen stehen DMS-Sensoren zur Verfügung, die ein oder mehrere Messgitter aufweisen. Dehnungsmessstreifen mit mehreren Gittern bezeichnet man auch als DMS-Rosetten. Sie haben den Vorteil, dass Dehnungen auch in unterschiedlichen Richtungen erfasst werden können. Angeboten werden beispielsweise L-förmige DMS-Rosetten, bei denen jeweils ein Messgitter horizontal und vertikal angeordnet ist. Bei Rosetten in X-Form überlappen sich dagegen zwei Gitter wie die Balken eines Kreuzes. Sternförmige Dehnungsmessstreifen haben drei Messgitter und können aufgrund der speziellen Anordnung eine Dehnung in sechs unterschiedlichen Richtungen feststellen. Weitere mögliche DMS-Geometrien sind die V-, Y- und die Delta-Form. Weiterhin gibt es DMS-Ketten, die über 10 oder mehr kleine Messgitter in gleichbleibenden Abständen verfügen und sich besonders für die Messung von Dehnungsverläufen eignen.
Dehnungsmesstreifen werden gewöhnlich auf das zu messende Objekt geklebt. Hierbei wird zwischen kalthärtenden und heißhärtenden Klebstoffen unterschieden. Bei heißhärtenden Klebstoffen muss darauf geachtet werden, dass das zu messende Objekt auch eine entsprechend hohe Temperatur erreichen kann, damit der Kleber vollständig aushärtet. Die Temperaturbereiche, in denen die verschiedenen Klebstoffe eingesetzt werden können, variieren deutlich. Kalthärtender Z70 Kleber auf Cyanacrylat-Basis kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen -70 bis + 120 °C genutzt werden. Dagegen eignet sich der heißhärtende EP310N Epoxidharzkleber für Temperaturen von -269 bis +310 °C. Während Z70 bereits bei einer Temperatur von 20 °C nach einer Minute ausgehärtet ist, benötigt EP310N bei 200 °C rund 30 Minuten. Neben Z70 und EP310N gibt es noch eine Vielzahl weiterer Klebstoffe, die sich unterschiedliche Temperaturbedingungen und Aushärtebedingungen erfordern.
Beim Kauf von Dehnmessstreifen sollten Größe, Anzahl und Geometrie der vorhandenen Messgitter beachtet werden. Darüber hinaus sind die maximale Dehnbarkeit und die maximale Frequenz des Sensors relevante Parameter. Zusätzlich müssen der Widerstand des DMS und die maximale Speisespannung bei der Auswahl berücksichtigt werden.
Unser Praxistipp: Temperaturkompensation beim Einsatz von Dehnmesstreifen beachten!
Generell sollte bei allen Widerstandsmessungen die Temperatur berücksichtigt werden. Speziell DMS sind bekannt für ihre Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen. Schon direkte Sonneneinstrahlung kann beim Messen zu verfälschten Ergebnissen führen. Achten Sie daher immer auf eine ausreichende Temperaturkompensation.
Was versteht man unter mechanischer Spannung?
Eine durch Belastung entstehende Beanspruchung eines Materials wird als mechanische Spannung bezeichnet. Damit es im Bereich der Mechanik zu keiner Verwechslung mit der elektrischen Spannung kommt, spricht man gewöhnlich nur von Spannung.
Was bedeuten die Begriffe Dehnung und Stauchung?
Wenn ein Gegenstand einer Kraft ausgesetzt wird, kommt es zu einer Veränderung von Größe und Form. Die Veränderung der Länge im Vergleich zum Ausgangszustand bezeichnet man als Dehnung oder Stauchung. Wird der Gegenstand gestreckt, also länger, spricht man von Dehnung. Wird er kürzer, handelt es sich um eine Stauchung.
Was ist eine experimentelle Spannungsanalyse?
Mit einer experimentellen Spannungsanalyse lässt sich die mechanische Spannung in einem Werkstoff analysieren. Unterschieden wird dabei in Normalspannungen und Scherspannungen.