Wägezellen-Technologien

Der Federkörper der Wägezelle dehnt sich oder wird zusammengedrückt, wenn eine Kraft auf ihn wirkt. Auf den Körper aufgeklebte Dehnungsmessstreifen (DMS) reagieren darauf mit einer Änderung ihres elektrischen Widerstands. Eine Wheatstone-Brückenschaltung erfasst diese minimalen Widerstandsänderungen und erzeugt daraus ein Millivolt-Signal. Signalaufbereitungselektronik verstärkt oder digitalisiert dieses Signal und liefert so einen kalibrierten Ausgangswert, der proportional zur aufgebrachten Kraft ist. Viele Branchen – von der Fertigungstechnik bis zur Werkstoffprüfung – setzen auf Wägezellen mit Dehnungsmessstreifen, da sie hohe Messgenauigkeit zu vergleichsweise geringen Kosten bieten.

• Wägezellenkörper: Ein präzisionsgefertigtes Bauteil (z. B. ein Biegebalken oder eine Membran), das sich unter Last elastisch verformt.
• Dehnungsmessstreifen: Auf den Körper der Wägezelle aufgebrachte Sensoren ändern dabei ihren elektrischen Widerstand, wenn sie gedehnt oder gestaucht werden.
• Brückenschaltung: Eine Wheatstone-Brückenschaltung, die Widerstandsänderungen in ein messbares elektrisches Signal umwandelt.
• Signalverarbeitungselektronik: Verstärkt oder digitalisiert das Millivolt-Signal und erzeugt daraus einen kalibrierten Ausgangswert.
  

Das Sensorelement verformt sich bei Krafteinwirkung, wodurch sich der Abstand zwischen zwei Kondensatorplatten ändert. Ein Dielektrikum zwischen den Platten wirkt als Isolator und beeinflusst die Kapazität. Eine Kapazitätsmessschaltung erfasst diese Änderung und erzeugt daraus ein elektrisches Signal. Die Signalverarbeitungselektronik verstärkt oder digitalisiert den Ausgang, um ihn für Anzeige- oder Regelzwecke nutzbar zu machen. Kapazitive Wägezellen zeichnen sich durch hohe Empfindlichkeit und schnelle Reaktionszeiten aus und eignen sich daher besonders für präzise Anwendungen wie Laborwaagen oder medizinische Geräte.

• Sensorelement: Eine Membran oder ein Balken, der sich unter Last durchbiegt.
• Kondensatorplatten: Zwei leitende Oberflächen, deren Abstand sich mit der angewandten Kraft ändert.
• Dielektrisches Material: Eine isolierende Schicht zwischen den Platten wirkt als Dielektrikum und beeinflusst die Kapazität.
• Kapazitätsmessschaltung: Elektronik zur Umwandlung von Kapazitätsänderungen in ein elektrisches Signal
• Signalverarbeitungselektronik: Schaltungen zur Verstärkung und Kalibrierung der Ausgabe für Anzeige- oder Steuersysteme.

Das Sensorelement überträgt die Kraft auf Halbleiter-Dehnungsmessstreifen, die mit einer Änderung ihres Widerstands reagieren. Die Brückenschaltung erkennt diese Veränderungen und erzeugt ein elektrisches Signal. Die Signalaufbereitungselektronik verstärkt und kalibriert das Signal für die Ausgabe. Piezoresistive Wägezellen reagieren extrem schnell und eignen sich daher für dynamische Kraftmessungen bei Crash-Tests in der Automobilindustrie, in der Robotik und in der Luft- und Raumfahrt.

• Sensorelement: Eine Struktur, die die Last auf die Halbleiter-Dehnungsmessstreifen überträgt.
• Halbleiter-Dehnungsmessstreifen: Hochempfindliche Sensoren, die ihren Widerstand unter Belastung ändern.
• Brückenschaltung: In der Regel eine Wheatstone-Brücke, die Widerstandsänderungen in ein messbares elektrisches Signal umwandelt.
• Signalverarbeitungselektronik: Instrumentenverstärker, Filter und Analog-Digital-Umwandlungsschaltungen, die ein sauberes Ausgangssignal erzeugen.

Der Körper der Wägezelle überträgt die Kraft auf eine Membran oder einen Kolben, der die Flüssigkeit in einer abgedichteten Kammer komprimiert. Der Druckmessumformer (Druckwandler) oder das Manometer misst den entstehenden Druck und wandelt ihn in einen ablesbaren Wert um, der proportional zur ausgeübten Kraft ist. Hydraulische Wägezellen benötigen keine elektrische Energie und funktionieren auch in rauen Umgebungen, so dass sie sich für schwere industrielle Wägungen und abgelegene Standorte eignen.

• Wägezellenkörper: Gehäuse mit Flüssigkeitskammer und Membran/Kolben.
• Membran oder Kolben: Ein Element zur Kraftübertragung auf die Flüssigkeit.
• Flüssigkeitskammer: mit Hydrauliköl oder einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt.
• Manometer oder Druckmessumformer: Misst den Flüssigkeitsdruck und wandelt ihn in einen ablesbaren Wert um, der proportional zur angewandten Kraft ist.