2. Dehnung, Kraft, Drehmoment Flashcards
Für einen PKW soll nicht nur bestimmt werden, ob ein Sitz belegt ist, sondern auch grob das Gewicht der
Person. Damit kann die Gasmenge beim Zünden des Airbags an das Gewicht angepasst werden.
Überlegen Sie sich drei verschiedene Wandlerketten mit denen diese Messung durchgeführt werden
kann und skizzieren Sie diese.
- Federelement und Dehnungsmessung mit DMS
- Blase mit Flüssigkeit im Sitz und Drucksensor
- Messung des Gewichts über die Messung der Änderung der Induktivität einer Stahlfeder
(beim Zusammendrücken) - Federelement und Messung der Auslenkung induktiv, optisch, kapazitiv oder magnetisch
Druckspannung
F/A
Dehnung
delta l / l
Was ist die Querkontraktionszahl v?
delta d/ d = -v * delta l / l
Wie stark sich der Querschnitt bei einer
Längenänderung ändert ist materialabhängig
(Stahl v = 0,3, Kork = 0, Gummi = 0,5)
Was beschreibt das Hooksche Gesetz?
Lineares Verhältnis von Spannung und Dehnung: epsilon = Spannung / Elastitätmodul E
Scherspannung tau
F / A
Messprinzipen von Dehnung
Elektrischer Widerstand ändert sich durch die Dehnung.
delta R / R = k*delta l/l
Was ist der piezoresistive Effekt?
Widerstand von dotiertem Silizium ändert sich mit der Dehnung (nur elastische Verformung) Dotiertes Silizium hat sehr hohe k-Faktoren. Dieser piezoresistive Effekt ist abhängig von der
Kristallorientierung, der Dotierung und der Temperatur.
Welchen k-Faktor erwarten Sie bei einem leifähigen Material mit den folgenden Eigenschaften:
- Querkontraktionszahl ν=0
- Der spezifische Widerstand ist nicht von der mechanischen Spannung abhängig
k=1
Nennen Sie 2 Arten von Wheatstone-Brücken, die für Kraftsensoren verwendet werden können.
-R 1 und R 4 steigen mit zunehmender Dehnung. R 2 und R 3 werden in einem Bereich aufgebacht,
der nicht gedehnt wird, und bleiben dadurch konstant.
- Eine größere Empfindlichkeit wird erreicht, wenn R 1 und R 4 mit der Dehnung zunehmen, R 2 und
R 3 kleiner werden.
Welche Sensitivität hat ein DMS, bei dem vier Messelemente aus Konstantan in einer Wheatstone-
Brücke verschaltet sind, für die folgenden beiden Fälle:
a. R 1 und R 4 messen die Dehnung; R 2 und R 3 sind in Bereichen aufgebracht, die nicht gedehnt
werden
b. R 1 und R 4 werden in positiver Richtung gedehnt; R 2 und R 3 in negativer Richtung.
a: S = 4,1/4 * 100 * V / (%V),
b: S = 8,2/4 * 100 * V / (%V).
An einem Stahldraht mit der Querschnittsfläche A=1 mm² und der Länge l=1 m hängt ein
Gewicht mit der Masse m=10 kg.
1. Welche Zugspannung liegt im Draht vor?
2. Um wie viel verlängert sich der Draht gegenüber dem unbelasteten Zustand unter der Annahme,
dass die Verformung elastisch ist?
Zugspannung = Masse*g / Fläche = 100 N/mm2
Dehnung = Zugspannung / E-Modul
Delta l = Länge * Dehnung = 0,48 mm
Was ist der Flächenwiderstand?
Der Flächenwiderstand beschreibt den elektrischen Widerstand einer elektrisch leitfähigen Schicht einer so geringen Dicke, dass diese lediglich parallel zur Schicht von elektrischem Strom durchflossen wird. Einheit: z.B. kΩ/mm2 Wenn die Länge und die Breite mit dem gleichen Faktor multipliziert werden ändert sich der Widerstandswert nicht.
Sensitivität
S = Ua [V] / (U0 [V] * ε)
Berechnen Sie die Überlastkraft bei gegebener Dehngrenze.
F = (sigma max * Wbt) / l
