Ein DMS ist im Grunde genommen ein einfacher Widerstand. In seinem Aufbau unterscheidet er sich jedoch von herkömmlichen diskreten Widerständen. Dies liegt vor allem daran, dass das physikalische Wirkprinzip bestmöglich verstärkt werden soll.
Ein DMS besteht aus einem dünnen, langen Leiter in Mäanderform (Gitter), der auf einer Trägerfolie aufgebracht ist. Die vielen parallelen Leiterbahnen verstärken dann Effekt der Widerstandsänderung durch Dehnung. Je nach in welchen Richtungen Dehnungen detektiert werden sollen, gibt es eine große Auswahl von DMS mit verschiedenen Gitteranordnungen. Die Trägerfolie wird fest mit der Oberfläche des Körpers, an dem die Kraft ermittelt werden soll, verklebt.
Durch eine Brückenschaltung wird die Widerstandsänderung in ein Spannungssignal umgeformt
Oben wurde erwähnt, dass die durch Kraftwirkung entstehende Änderung des elektrischen Widerstandes des DMS gemessen wird. Zur Messung gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei eine Methode sehr weit verbreitet ist: Brückenschaltungen. Mit Hilfe der Brückenschaltung wird Widerstandsänderung in einen Spannungswert transformiert. Dies hat im Gegensatz zu anderen Methoden den Vorteil, dass der Spannungswert proportional zur Dehnung und somit zur Kraft ist. Wirkt keine Kraft, ist auch das Spannungssignal Null. Dies ist bei anderen Methoden (einfache Strom- oder Spannungsmessung ohne Brückenschaltung) nicht so. Die Auswahl der Art der Brückenschaltung (Vollbrücke, Halbbrücke oder Viertelbrücke) hängt von vielen Faktoren ab. Eine Vollbrückenschaltung bietet die höchste Sensitivität und die größte Störunterdrückung, benötigt jedoch auch mehr Platz. Vollbrückenschaltungen sind am weitesten verbreitet.Eine Vollbrücke liefert ein Spannungssignal in Abhängigkeit von den Widerstandswerten der DMS.
Nachdem das Kraftsignal nun in Form einer Spannung vorliegt, kann es über einen ADU leicht in einen Rechner eingelesen und weiterverarbeitet werden. Im Allgemeinen ist noch rechnerintern eine Kalibrierung notwendig. Dazu wird der Messkörper mit genormten Kräften belastet und der zugehörige Spannungswert ermittelt. In der eigentlichen Messung kann dann aus den gemessenen Spannungen auf die wirkenden Kräfte geschlossen werden.
Bild: Eine Vollbrücke liefert ein Spannungssignal in Abhängigkeit von den Widerstandswerten. Die Widerstände sind die DMS, die je nach Verformung einen bestimmten Widerstandswert annehmen
Die Art der Anbringung der DMS auf dem Messkörper hängt von den zu messenden Kräften ab
Je nachdem welche Kräfte gemessen werden sollen, müssen die Dehnungsmessstreifen in verschiedener Art und Weise auf dem Messkörper befestigt werden. Die folgende Abbildung zeigt als Beispiel die Anordnung von Dehnungsmessstreifen zur Messung von tangentialen und axialen Kräften.
Erklärung: Die Widerstände werden in oben abgebildeter Vollbrücke verschaltet. Dann ergibt die abgebildete Anordnung der DMS, dass nur tangentiale Kräfte zu einem Spannungssignal am Ausgang führen. Würden auf den abgebildeten Balken zum Beispiel Zug- oder Druckkräfte wirken, hätte dies keinen Einfluss auf das Spannungssignal am Ausgang. Hingegen bewirkt die in folgendem Bild dargestellte Art der Anordnung der DMS in Verbindung mit oben dargestellter Vollbrücke gerade die Detektion von Druck- und Zugkräften.
Kraftmessplatten und Fahrradergometer benutzen Dehnungsmessstreifen zum Messen von Kräften
Dehnungsmessstreifen finden zum Beispiel in Fahrradergometern wieder. Dort sind DMS auf die Tretkurbel geklebt. Oft sind die Dehnungsmessstreifen so wie in Bild 3 angebracht, dass sie ausschließlich tangentiale Kurbelkräfte messen, da dieses die einzigen dem Antrieb dienlichen Kräfte sind. Ein weiteres Einsatzgebiet für Dehnungsmessstreifen sind Kraftmessplatten. Dort messen sie die Bodenreaktionskräfte, die der Sportler beim Absprung auf die Kraftmessplatte ausübt. Daraus kann dann z. B. die Sprunghöhe errechnet werden.
Vielen Dank: ME-Meßsysteme GmbH
Bild: Verschiedene Art und Weise der Befestigung der DMS auf dem Messkörper