Rekstrookjes zijn een belangrijke factor voor nauwkeurige krachtmetingen in industriële en testomgevingen. In combinatie met een Wheatstone-brugschakeling (Wheatstone Bridge) maken ze nauwkeurige meting van zowel statische als dynamische belastingen mogelijk. In dit artikel lees je hoe rekstrookjes werken, hoe de signaalnauwkeurigheid wordt verbeterd door brugconfiguraties en hoe factoren zoals temperatuureffecten en overspraak kunnen worden beheerd - belangrijk voor iedereen die met krachtsensoren of structurele controlesystemen werkt.
Rekstrookjes en verandering van weerstand
Een rekstrook met een weerstand van 350 ohm en een overspanningsfactor (GF) van 2, gemonteerd op een structuur die 1000 microvervorming (µε) ondergaat, ondervindt een weerstandsverandering van 0,7 ohm. Hoewel moderne digitale ohmmeters een dergelijke verandering kunnen detecteren, is voor het oplossen van slechts 1/1000ste van de toegepaste belasting een verschil tussen 350,0000 en 350,0007 ohm nodig. Een precisieniveau dat vraagt om zeer gevoelige schakelingen.
Dynamische kracht meten met rekstrookjes
Wanneer de te meten kracht dynamisch is, zoals een machineonderdeel dat tegen een aanslag stoot, kan de meetopstelling vereenvoudigd worden.
Een effectieve methode is:
- Het stimuleren van een enkele rekstrook met een constante stroombron.
- Een wisselstroomversterker gebruiken om alleen de wisselstroomcomponent van het signaal te isoleren en te versterken.
- Een condensator gebruiken om elke common-mode spanning te verwijderen, zodat alleen het relevante dynamische signaal overblijft voor versterking.
Het resultaat is een zuiver en responsief signaal, perfect voor toepassingen zoals snelle automatisering of botskrachtdetectie.
Statische en dynamische meting
Een degelijkere en veelzijdigere oplossing is het gebruik van een Wheatstone-brugschakeling, die geschikt is voor zowel statische als dynamische krachtmetingen. De Wheatstone Bridge bestaat uit twee spanningsdelers die worden gevoed door dezelfde spanningsbron. Wanneer alle weerstanden in de brug gelijk zijn, is de spanning op de middelpunten gelijk, wat resulteert in nul uitgangsspanning. Zelfs een kleine weerstandsverandering in één arm produceert echter een differentieel signaal, dat versterkt kan worden door een DC-versterker om een uitgang met hoge resolutie te leveren.
Wanneer een brug van Wheatstone is opgebouwd uit vier gelijke rekstrookjes, wordt hij in onbelaste toestand als gebalanceerd beschouwd. Elke mechanische belasting op de constructie zal de weerstand van een of meer meters veranderen, waardoor de brug uit balans raakt en een bijbehorende uitgangsspanning wordt gegenereerd. Door de strategische plaatsing van meters kan dit circuit:
- Gewenste signalen versterken (bijv. buigmomenten)
- Ongewenste invloeden elimineren (bijv. thermische drift of axiale krachten)
Wheatstone Bridge
De Wheatstone Bridge is zodanig opgebouwd dat weerstandsveranderingen die niet door mechanische belasting worden veroorzaakt – zoals temperatuurinvloeden – automatisch worden gecompenseerd.
Wanneer rekstrookjes strategisch in trek- en drukzones worden geplaatst, kan de brugconfiguratie zo worden ingericht dat gewenste signalen versterkt worden, terwijl ongewenste effecten zoals thermische uitzetting worden onderdrukt. Dit stelt engineers in staat om mechanische spanningen gericht te isoleren in specifieke assen of richtingen, wat bijdraagt aan de nauwkeurigheid van meerassige krachtsensoren.
Kruisverbanden en shunteffecten
Voor nauwkeurige krachtmetingen is het essentieel dat elk meterpaar gelijke en tegelijkertijd tegengestelde weerstandsveranderingen produceert. Dit evenwicht kan echter onbedoeld verstoord worden. Een veel voorkomend probleem ontstaat wanneer gebruikers externe passieve weerstanden (shunts) over de brugarmen aanbrengen:
- Hierdoor verandert niet alleen de basisweerstand van de meter, maar ook de effectieve meetfactor.
- Hoewel dit soms bewust wordt gebruikt om overspraak te corrigeren of om de as van de krachtgevoeligheid fijner af te stellen, kunnen dergelijke wijzigingen onbedoeld de prestaties van de sensor verslechteren.
Bepaalde in de handel verkrijgbare uitleesinstrumenten bevatten geïntegreerde shunt- of T-balancenetwerken die de werkelijke uitvoer van de sensor kunnen beïnvloeden. Gebruikers moeten deze effecten zorgvuldig evalueren tijdens de systeemintegratie om een verkeerde interpretatie van het krachtsignaal te voorkomen.
Rekstrookjes en krachtsensoren vragen om precisie
Kortom, of het nu gaat om het meten van snelle schokken of langzame mechanische belastingen, het kiezen van de juiste configuratie van de rekstrook en het begrijpen van de nuances van Wheatstone-brugschakelingen is van belang voor nauwkeurige en betrouwbare krachtmeting.
Deze kennis is waardevol voor de volgende toepassingen:
- Industriële meetopstellingen
- Geautomatiseerde productielijnen
- Structurele tests in de ruimtevaart
- Biomechanische krachtmeting
- Terugkoppeling van robotactuatoren
Neem contact met ons op
... voor meer informatie over meetoplossingen.