Dehnungsmessstreifen (DMS)#
Grundlagen#
Ein Dehnungsmessstreifen (DMS) ist lediglich eine elektrische Leiterbahn, die auf einer kleinen Trägerfolie z.B. mäanderförmig aufgebracht ist, wie in Abb. 110 dargestellt. Meistens besteht diese Folie aus einem chemisch sehr robusten Material, wie z.B. Kapton (Polyimid), welches auch bei hohen Temperaturen verwendet werden kann. Hierauf wird die Leiterbahn mit einem speziellen Kleber aufgebracht, sodass diese den Oberflächendehnungen eines Körpers folgen kann. Dadurch können Dehnungen, Stauchungen, Kräfte oder Drücke auf der Oberfläche gemessen werden. Die Dehnung wird dann in Richtung des Leiterbahnabschnittes gemessen, dessen ohm’scher Widerstand sich ändert:

Abb. 110 Dehnungsmessstreifen (DMS).#
Für
Leiter ist
,Halbleiter liegt
zwischen bis ,Isolatoren oder Nichtleiter ist
Als Material für die Leiterbahn wird beispielsweise Konstanten, eine Legierung aus 55% Cu, 44% Ni, 1 % Mn, verwendet, deren spezifischer Widerstand kaum von der Temperatur abhängt und
Nehmen wir nun, dass es sich um sehr kleine Änderungen handelt, können wir die obige Gleichungs wieder mittels Taylor-Entwicklung abschätzen, wie wir es auch bei der Fehlerfortpflanzung gemacht haben:
wobei
die Dehnung
die Poisson-Zahl
die Änderung des spezifischen Widerstands.
Die Änderung des spezifischen Widerstands,
Schon bei kleinen Dehnungen, minimalen Kräften oder anderen kleinen Belastungen ändert sich der Widerstandswert, wenn auch nur wenig, und wird mit dem
Anwendungen und Beispiel#
Kraft (und somit auch Beschleunigung)
Waagen (Haushaltswaagen bis hin zu Kranwaagen)
Druck
Drehmoment
Verformungsmessungen (experimentelle Beanspruchungsanalyse, Spannungsanalyse) auf vielen Werkstoffen
Biegung
Druck und Zug
Scherkräfte
Beispiel
Ein unbekannter Metalldraht hat die Länge
Lösung
Es könnte sich um Kupfer handeln!
Es gibt auch Halbleiter-DMS. Bei diesen Materialien ist die Änderung des spezifischen Widerstands nicht mehr zu vernachlässigen, da er sich aufgrund des piezoresistiven Effekts sehr stark ändert. P-dotiertes Silizium weist beispielsweise ein
Eine eleganten Zusammensatzung wäre ein n- und p-dotierter Silizium-DMS mit jeweils dem gleichen, aber entgegengesetzten
Biegungsbeanspruchung#
Es gibt verschiedene Möglicheiten DMS zur Kraftmessung zu nutzen. Die Sensoren können beispielsweise an einen Biegebalken angebracht werden, wie es in Abb. 111 dargestellt ist, wodurch man die Biegung des Körpers messen kann.

Abb. 111 DMSs sind an einem Biegebalken angebracht und können so die Wölbung messen.#
Erfährt der Balken eine Kraft von außen, aufgrund derer er sich zu verformen beginnt, kann die resultierende Wölbung an den Oberflächen mittels DMS gemessen werden. Hierbei sieht der DMS oben eine Stauchung und der DMS auf der Unterseite (gegenüber der Krafteinwirkung) eine Streckung.
Die vier DMSs können direkt mittels einer Vollbrücke ausgelesen werden. Die Vorzeichen von zwei DMSs sind jeweils entgegengesetzt, da sie entweder gestaucht oder gestreckt werden. Somit lässt sich das Differentialprinzip auf die Messung hier übertragen. Die Diagonalspannung in der Messbrücke und somit die Kennlinie des Messsystems lautet:
Typischerweise können Kräfte von 1-50 kN gemessen werden [Par].
Zug und Druck#
Zug und Druck können mit der Anordnung von DMSs gemessen werden, wie es in Abb. 112 dargestellt ist.

Abb. 112 DMSs sind innen in einem Hohlkörper angebracht an der Innenwand angebracht und können so die Zug- und Druckkräfte an der Zylinderwand zu messen.#
Auch hierfür werden die DMS wieder innenliegend an den Hohlkörper angebracht. Werden die DMS entlang der Kraftrichtung angebracht, so werden sie längs ihrer Anbringungsrichtung gedehnt und gestaucht. Sie können jedoch auch quer zur Krafteinwirkungsrichtung installiert werden, wodurch sie dann genau entgegengesetzt gestaucht bzw. gedehnt werden. Es können Kräfte zwischen 20 kN bis einige MN gemessen werden [Bot].
Scherkräftemessung#
Hat man in einem Festkörper beispielsweise zwei Hohlräume oder Bohrungen, können in diesen DMSs eingebracht werden um Scherkräfte innerhalb der Körper zu messen. Dies ist in Abb. 113 dargestellt.

Abb. 113 DMSs sind innen an der Innenwand von zwei Bohrungen angebracht um Scherkräfte zu messen.#
Die Scherkräfte werden gemessen indem die DMS in einem 45° Winkel an die Rand geklebt werden. Nutzt man weitere Sensoren mit einem -45° Winkel so können wieder 4 Sensoren mittels einer Vollbrücke ausgelesen werden. Hierbei können Kräfte im Bereich von 20kN bis einigen MN gemessen werden [Bot].
Temperaturkompensation#
Wie oben erwähnt sind für Präzisionsmessungen Temperaturkompensationen notwendig. Hierfür kann ein zweiter, baugleicher DMS an die Messbrücke mitangeschlossen werden, der jedoch so installiert ist, dass er keine Dehnung erfährt. Er steht lediglich in thermischen Kontakt mit dem zu messenden Körper und liefert eine Referenzmessung für die Temperaturabhängigkeit der DMS-Messung.