Widerstandsausgang im Vergleich zum Nennausgang

Das Verständnis der Wägezellenspezifikationen ist eine wesentliche Voraussetzung für die Bestimmung des besten Sensors für Ihre Kraftmessanforderungen. Es ist notwendig, die Genauigkeit und Qualität zu bewerten, indem man sich Klarheit über die Unterschiede zwischen dem Widerstandsausgang und dem Nennausgang verschafft.

Der erste Schritt besteht darin, die Funktionsweise einer Wägezelle und das Zusammenspiel dieser Begriffe zu untersuchen. In diesem Artikel möchten wir eine bessere Definition liefern, um Sie durch die optimale Anwendung und Leistung zu führen.

Die Leistung von Wägezellen an Schnittstellen hängt von der Verwendung von Dehnungsmessstreifen ab. Stellen Sie sich ein präzise bearbeitetes Metallelement vor, häufig aus hochwertigem Aluminium oder Edelstahl, das bei Einwirkung einer Kraft (Last) eine winzige Verformung erfährt – es wird entweder gedehnt (Zug) oder gestaucht (Druck). An diesen Formfaktor sind winzige elektrische Leiter, so genannte Dehnungsmessstreifen, geklebt. Diese DMS sind so konstruiert, dass sie ihren elektrischen Widerstand proportional zur Verformung, die sie erfahren, ändern.

Vereinfachte Version der Funktionsweise einer Wägezelle

• Eine Belastung liegt vor, wenn eine Kraft auf die Wägezelle ausgeübt wird, die eine Verformung des internen Biegeelements, das als Messfühler dient, bewirkt.
• Die Verformung der Dehnungsmessstreifen erfolgt, wenn sich die mit der Biegung verbundenen Dehnungsmessstreifen mitverformen.
• Die Widerstandsänderung ist die Verformung, die eine Änderung des elektrischen Widerstands der Dehnungsmessstreifen verursacht. Die Verformung führt zu einem Offset oder einem unausgeglichenen Zustand, der eine Änderung des Widerstands bewirkt. Das Ergebnis ist ein metrischer Ausgang, der direkt proportional zur aufgebrachten Kraft ist.
• Die Wheatstone-Brücke ist eine Konfiguration mit vier Dehnungsmessstreifen, die eine Wheatstone-Brückenschaltung bilden. Diese Konfiguration reagiert sehr empfindlich auf kleine Widerstandsänderungen und liefert einen stabilen und genauen Ausgang.
• Der Spannungsausgang misst die Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen, wodurch die Wheatstone-Brücke unsymmetrisch wird und eine kleine Differenzspannung ausgibt. Diese Spannung ist direkt proportional zu der angelegten Last.

TIPP: Einen detaillierten Überblick über die Funktionsweise einer Wägezelle finden Sie unter Wie funktionieren Wägezellen?

Ausgangsspezifikationen und Begriffe

Um die Bedeutung von Widerstandsleistung und Nennleistung vollständig zu verstehen, sollten wir uns mit einigen grundlegenden Wägezellenspezifikationen beschäftigen.

• Die Erregerspannung (EV) ist die Eingangsspannung, d. h. die stabile Gleichspannung, die der Wheatstone-Brückenschaltung der Wägezelle zugeführt wird. Wägezellen an Schnittstellen arbeiten in der Regel mit einer empfohlenen Erregerspannung, die oft im Bereich von 5 V DC bis 10 V DC liegt. Eine stabile und genaue Erregerspannung ist entscheidend für zuverlässige Messungen.
• Das Ausgangssignal (Ausgangsspannung) ist die Differenzspannung, die von der Wheatstone-Brückenschaltung in Reaktion auf eine angelegte Last erzeugt wird. Es handelt sich um ein sehr kleines Millivolt (mV)-Signal.
• Nennausgang (Full Scale Output – FSO) Dies ist eine der wichtigsten Spezifikationen für eine Wägezelle. Der Nennausgang ist das nominale Ausgangssignal (in mV/V), das die Wägezelle erzeugt, wenn die maximale Nennlast mit der spezifizierten Erregerspannung angelegt wird, ausgedrückt in Millivolt pro Volt Erregung (mV/V). Wenn eine Wägezelle beispielsweise einen Nennausgang von 2 mV/V und eine Erregerspannung von 10 V hat, dann erzeugt sie bei voller Nennlast einen Ausgang von 2 mV/V × 10 V = 20 mV. Der Nennausgangswert ist ein Maß für die Empfindlichkeit der Wägezelle. Ein höherer mV/V-Wert weist im Allgemeinen auf eine empfindlichere Wägezelle hin, die bei einer bestimmten Last ein größeres Ausgangssignal erzeugt. Weitere Einzelheiten finden Sie unter Detaillierung des Sensor-Nennausgangs in Millivolt pro Volt.
• Der Widerstandsausgang (Brückenwiderstand) bezieht sich auf den elektrischen Widerstand der DMS-Brückenschaltung. Wägezellen haben in der Regel zwei primäre Widerstandsspezifikationen. Der Eingangswiderstand (Brückeneingangswiderstand) ist der Widerstand, der an den Erregungsanschlüssen (Eingang) der Wägezelle gemessen wird. Der Ausgangswiderstand (Brückenausgangswiderstand) ist der Widerstand, der an den Signalanschlüssen (Ausgang) der Wägezelle gemessen wird. Diese Widerstände werden normalerweise in Ohm (Ω) angegeben. Typische Werte für Interface-Wägezellen können 350 Ω oder 700 Ω sein.
• Der Nullabgleich (Nullpunktverschiebung) ist das Ausgangssignal der Wägezelle, wenn keine Last angelegt ist. Im Idealfall sollte es null mV betragen, aber aufgrund von Fertigungstoleranzen gibt es immer einen leichten Offset. Dieser wird in der Regel als Prozentsatz der Nennleistung angegeben (z. B. ±1 % von RO). Lesen Sie Warum ist der Nullabgleich der Wägezelle wichtig für die Genauigkeit?

EXTRA! TECHNISCHER TIPP: Es ist wichtig zu verstehen, dass der Widerstandsausgang eine statische elektrische Eigenschaft der DMS-Brücke selbst ist und NICHT direkt die gemessene Kraft darstellt. Er ist ein Merkmal der internen Verdrahtung der Wägezelle und der Dehnungsmessstreifen-Konfiguration. Er ist zwar für die Kompatibilität mit Datenerfassungssystemen und Verstärkerinstrumenten unerlässlich, schwankt aber nicht mit der aufgebrachten Last, wie es der Spannungsausgang tut.

Das Verhältnis von Widerstandsleistung und Nennleistung

Die Nennleistung ist das dynamische elektrische Signal, das direkt die aufgebrachte mechanische Kraft darstellt. Es ist die Information, die Sie zur Berechnung der Last verwenden. Sie ist ein Maß für die Empfindlichkeit der Wägezelle gegenüber der Kraft. Entscheidend ist, dass sich Leistungsangaben, die als Prozentsatz von „RO“ oder „Nennleistung“ ausgedrückt werden, immer auf die Nennleistung (Full Scale Output) der Wägezelle beziehen. Damit wird die Leistung im Verhältnis zur maximalen Messkapazität der Zelle angegeben.

• Nichtlinearität: ±0,02% RO
• Hysterese: ±0,02% RO
• Wiederholbarkeit: ±0,01% RO (d.h. die maximale Differenz zwischen den Ausgangsmesswerten bei wiederholten Belastungen unter identischen Belastungs- und Umgebungsbedingungen wird als Prozentsatz des Nennausgangs ausgedrückt)
  Nullpunktabgleich: ±1,0% RO
• Temperatureinfluss auf den Nullpunkt: ±0,005% RO/∘F
• Sichere Überlast: 150% RO

Beachten Sie, dass alle diese Prozentsätze die Leistung der Wägezelle im Verhältnis zu ihrem gesamten Messbereich quantifizieren.

Widerstand Der Ausgangswiderstand ist eine statische elektrische Eigenschaft des internen Schaltkreises der Wägezelle. Er beschreibt die elektrische Impedanz der Brücke. Er ist wichtig für die elektrische Kompatibilität, bleibt aber unabhängig von der aufgebrachten Last konstant und ist kein Maß für die Kraft selbst.

Warum ist diese Unterscheidung für die Metrologie wichtig? Sie ist grundlegend für eine genaue Kraftmessung.

Wenn Sie Kraftmessungen durchführen, sind Sie in erster Linie an der Nennleistung interessiert. Dieser Wert ermöglicht Ihnen in Verbindung mit der Erregerspannung eine genaue Umrechnung des gemessenen Millivolt-Signals in technische Krafteinheiten in lbf oder Newton.

Der Ausgangswiderstand der Systemkompatibilität ist entscheidend für die Gewährleistung einer ordnungsgemäßen elektrischen Schnittstelle mit Ihrem Datenerfassungssystem oder Verstärker. Die Eingangsimpedanz Ihres Messgeräts sollte im Verhältnis zum Ausgangswiderstand der Wägezelle ausreichend hoch sein, um Belastungseffekte zu minimieren und eine genaue Signalübertragung zu gewährleisten. Unangepasste Widerstände können zu Signalverschlechterungen und Ungenauigkeiten führen.

Wenn Sie ein Problem mit Ihrer Wägezelle vermuten, kann die Überprüfung ihres Eingangs- und Ausgangswiderstands ein wertvoller Diagnoseschritt sein. Erhebliche Abweichungen von den spezifizierten Widerstandswerten könnten auf interne Schäden oder Verdrahtungsprobleme hinweisen. Eine Änderung des Ausgangswiderstands bei angelegter Last würde jedoch auf einen schweren, wahrscheinlich katastrophalen Ausfall der Wägezelle hinweisen.

Ausgang Referenzen

Das Verständnis des Unterschieds zwischen Widerstandsleistung und Nennleistung ist für jeden, der mit Wägezellen arbeitet, von grundlegender Bedeutung. Während die Widerstandsleistung eine kritische elektrische Spezifikation für die Systemkompatibilität und Diagnose ist, ist es die Nennleistung, die die Empfindlichkeit der Wägezelle gegenüber der Kraft wirklich quantifiziert und eine präzise und zuverlässige Messung ermöglicht.

Sehen Sie sich unsere Diskussion über die Spezifikationen von Wägezellen an: