Auswertung von Rissmessstreifen

Mit einem Rissmessstreifen lässt sich die Ausbreitung eines Risses elektrisch erfassen.

Der Rissmessstreifen „1-RDS22“ von HBM besteht aus einzelnen, parallel geschalteten Leiterbahnen. Er wird über das Ende des Risses geklebt, so dass bei Fortschreitung des Risses nach und nach mehr Leiterbahnen getrennt werden.

Der Widerstand des Rissmessstreifens steigt stufenweise mit der Ausbreitung des Risses.

Schaltungstechniken für die Auswertung von Rissmessstreifen

Zur Messung des elektrischen Widerstandes eines Rissmessstreifens eignen sich:

• Widerstands-Messbrücken,

• Spannungsteiler,

• DMS-Messverstärker.

Wer sich mit Spannungsanalyse beschäftigt, hat in der Regel einen DMS-Messverstärker zur Hand. Daher besteht der Wunsch, einen Rissmessstreifen am Messverstärker anzuschließen, obwohl der Einsatz eines Spannungsteilers oder einer Widerstands-Messbrücke die messtechnisch weniger aufwändige Lösung darstellen würde.

Rissmessstreifen RDS-22

Der Rissmessstreifen „1-RDS22“ besteht aus 50 Stegen mit einem Widerstand von je 44 Ohm. Im Originalzustand ist der Anschlusswiderstand also 0,8 Ohm. Er steigt nach einer e-Funktion von 0,8 Ohm bis 44 Ohm, und schließlich „unendlich“, wenn der letzte Steg durchtrennt wird.

Wenn ein DMS Messverstärker verwendet wird, bietet sich der Anschluss eines variablen Widerstandes „R3“ in Dreileiter-Technik an (Abbildung 1). Die Widerstände R1 R2 und R4 sind z.B. als Brückenergänzung ein Bestandteil des Messverstärkers.

Abbildung 1

Die Widerstände R3 und R4 sowie R1 und R2 müssen aufeinander abgestimmt sein. In der Regel werden DMS mit Anschlusswiderstand 350 Ohm verwendet. Der Ergänzungswiderstand R4 hat dann ebenfalls 350 Ohm. Das Verhältnis der Widerstände R1 zu R2 muss lediglich R4/R3 entsprechen. In der Regel werden sie ebenfalls 350 Ohm aufweisen.

Widerstandsnetzwerk für RDS22

Der RDS22 mit variablem Widerstand von 0,8 Ohm bis 44 Ohm wird als aktive Viertelbrücke an R3 angeschlossen.

Um den Messbereich von -3,5mV/V bis +3,5mV/V eines üblichen Dehnungsmessstreifen Messverstärkers auszunutzen, empfiehlt sich das Widerstands-Netzwerk aus Abbildung 2.

Abbildung 2

Ein Präzisionswiderstand von 350 Ohm mit niedrigem TK von z-B- 1...10ppm/K wird durch einen Shunt Widerstand von 39K auf etwa 346,8 Ohm verstimmt.

Durch die Ausbreitung eines Risses erhöht sich der Widerstand schrittweise bis 354,3 Ohm.

Das entspricht einer Brückenverstimmung von -2,3m/V bis +3,1mV/V.

Beim Aufreißen der ersten Stege ergibt sich eine sprunghafte Zunahme der Brückenverstimmung um ca. 0,01 mV/V. Diese Sprünge sind deutlich genug von einer thermisch bedingten Drift (z.B. durch den Tk des 350 Ohm Widerstandes) zu erkennen.