Was ist ein Kraftaufnehmer?

Ein Kraftaufnehmer wandelt gemessene Kräfte, die Kraft, Gewicht und Druck darstellen, in übertragene Ausgangssignale um. Diese Signale können an Anzeigen, Steuerungen oder Datenerfassungssysteme gesendet werden, die an Computer angeschlossen sind. Die meisten Kraftaufnehmer haben entweder analoge oder digitale elektronische, pneumatische oder hydraulische Ausgänge, je nach den Anforderungen der Anwendung. Ein Kraftaufnehmer kann so klein wie der Kopf eines Stifts sein und ein bloßes Gramm Kraft messen (1/28 einer Unze) oder so groß wie eine Brückensäule, die Hunderte von Tonnen misst (1 Tonne entspricht 2000 Pfund oder 909 Kilogramm). .

Frühe Kraftaufnehmer waren hydraulisch. Zylinder, Bälge oder Membranen wandelten Kräfte in Drucksignale um, die auf Anzeigeinstrumenten abgelesen wurden. Ein Vorteil der Hydraulik besteht darin, dass Anzeigemessgeräte an verschiedenen Stellen auf derselben Leitung es mehreren Personen ermöglichten, die Informationen gleichzeitig abzurufen und zu verwenden. Zum anderen handelt es sich bei Hydrauliksystemen um inhärent abgedichtete Systeme, die im Allgemeinen robust, zuverlässig und wasser- und schmutzunempfindlich sind.

Später kamen Kraftaufnehmersysteme mit pneumatischen Ausgängen zum Einsatz, die eine einfache Integration in pneumatische Prozessleitsysteme unter Verwendung der universellen Leistungskonvention von 3 bis 15 psi ermöglichten. Viele Benutzer von Hydrauliksystemen haben lediglich einen pneumatischen Druckmessumformer in den Hydraulikschlauch des bereits vorhandenen Hydraulikkraftmessumformers eingebaut. Weit verbreitet waren auch pneumatische Kraftaufnehmer zur direkten Steuerung von Wickelspannungsbremsen an Walzmaschinen in der Papierindustrie.

Fortschritte in der Technik von Dehnungsmessstreifen-Sensoren seit den 1950er Jahren haben die Art und Weise, wie Kräfte gemessen werden, verändert. Das Sensorelement beruhte auf der Beziehung zwischen elektrischem Widerstand und Dehnung, Verdrillung oder anderer physikalischer Verzerrung eines leitenden Filamentdrahts, einer Folie oder eines dünnen Films aus seiner normalen Ruheposition. Wenn diese Leiter mit Trägern, Stiften, Wellen oder Platten verbunden wurden, ermöglichten sie die Implementierung von hochpräzisen, wiederholbaren und robusten Kraftmesswandlersystemen, die als Wägezellen bezeichnet werden. Sie würden auf alle Bereiche des menschlichen Unternehmertums angewendet, von Industrie und Handel bis hin zu Transportwesen, Gesundheitswesen, wissenschaftlicher Forschung und persönlicher Elektronik. Sie werden in Wiegebehältern, Waagen und für medizinische Messungen wie den Blutdruck verwendet.

Kraftaufnehmersysteme auf Basis von DMS-Sensoren oder Wägezellen sind in der Regel kostengünstig herstellbar. Sie umfassen eine Spannungserregung für den Sensor und die Ausgleichsbrückenschaltung, einen Verstärkerteil, eine Skalierungs- und eine Aufbereitungselektronik für den Ausgang. Analogausgänge können von Gleichspannungen (DC) reichen, die in wissenschaftlichen, medizinischen und Verteidigungsanwendungen vorherrschen, bis zu Standard-Gleichspannungsausgängen von 4 bis 20 Milliampere für industrielle Steuerungssysteme. Kraftaufnehmer, die direkt an Computer und Multiplexer angeschlossen sind, können über serielle RS-232-Schnittstellen, USB-Verbindungen (Universal Serial Bus) und industrielle Datenautobahnen wie Modbus® verfügen. Lebensmittelwaagen in Diätküchen oder digitale Reifendruckmessgeräte an Schlüsselringen enthalten Miniatur-Kraftaufnehmer mit einfachen Flüssigkristallanzeigen (LCDs).