Brugconfiguraties

De keuze van het type meting en te kiezen rekstrook configuratie hangt af van vele factoren en wordt bepaald door de te meten constructie en welke vervormingen of belastingen men wenst te meten. Door het combineren van rekstroken en configuraties zijn ongewenste signalen oftewel schijnbare rek door bijvoorbeeld temperatuur invloeden uit te sluiten.

De basis voor het meten met rekstrookjes is de brug van Wheatstone. Het principe berust op vier weerstanden die op een bepaalde manier zijn geschakeld als hiernaast geschetst. Als de weerstanden alle gelijk zijn dan is de brug in balans en zal het signaal 0mV zijn. Wordt één van de weerstanden vervangen door een rekstrookje, dan zal de weerstand van het rekstrookje onder belasting veranderen. Door verandering van de weerstand zal de brug van Wheatstone in onbalans zijn en een meetsignaal genereren. Het meetsignaal geeft een lineair verband tussen het elektrische meetsignaal en de lengte verandering van het rekstrookje. Het meetsignaal wordt weergegeven in verhouding tot de voedingsspanning en uitgedrukt in µV/V of mV/V. Door vervanging van de weerstanden door rekstroken in diverse uitvoeringen en in allerlei configuraties kunnen vele soorten metingen worden uitgevoerd zoals trek, druk, buiging en torsie. Om schijnbare rek door bijvoorbeeld temperatuur te compenseren kan worden gewerkt met extra rekstroken die afhankelijk van de toepassing op verschillende manieren kunnen worden aangebracht

Brugconfiguraties voor het meten van rekstroken zijn:

Kwart brugconfiguratie
De kwart brugconfiguratie bestaat uit 1 actief rekstrookje en wordt voornamelijk toegepast om mechanische spanning te meten in constructies om te bepalen of deze niet te zwaar belast worden. Vaak om een theoretische analyse te verifiëren. Deze configuratie is beperkt temperatuur gecompenseerd. De kwart brugconfiguratie in 4-draads verbinding, waarbij de sense lijnen de kabel invloeden compenseren, wordt veelvuldig toegepast en meet in één gedefinieerde richting de vervorming van het materiaal waarop de rekstrook is aangebracht.

Halve brugconfiguratie
De halve brugconfiguratie bestaat uit 2 rekstroken die afhankelijk van de applicatie kan worden geschakeld in 2 actieve rekstroken, 1 actieve en 1 passieve rekstrook of eventueel met 1 dummy rekstrook die nabij de actieve rekstrook op een onbelast gedeelte wordt geplaatst. De halve brugconfiguratie wordt aangeraden voor metingen van langere duur, daar waar invloeden van thermische spanningen dienen te worden gecompenseerd.

Volle brugconfiguratie
De volle brugconfiguratie is de meest ideale configuratie met optimale compensatie van onder andere thermische spanningen en bedradingsinvloeden. Veelvuldig toegepast bij sensor bouw. Minimaal met 4 rekstroken voor het realiseren van de brug van wheatstone, maar vaak met meerdere rekstroken in serie tot wel 16 stuks. Bij gebruik van meerdere actieve en/of passieve rekstroken wordt een groter meetsignaal verkregen. De verhouding tussen het vergrote meetsignaal en de werkelijke belasting wordt de brugfactor genoemd.

Onderstaand enige praktische toepassingen voor de verschillende brugconfiguraties.
De actieve rekstrook wordt in de richting van de belasting geplaatst. Een passieve rekstrook wordt dwars op de belasting richting geplaatst. De passieve rekstrook zal door dwarscontractie van het materiaal wel een signaal genereren, oftewel de dwarscontractie oftewel de poisson constante. Deze wordt in het Autolog systeem in de brugfactor opgenomen.

kwart_buiging


Buiging van staaf in kwart brugconfiguratie.
1 actieve rekstrook in lengterichting. Het rekstrookje meet de verlenging.
Brugfactor: 1

Voordeel: Eenvoudig, pure rek in 1 richting, veel toegepast voor onderzoek / stress analyse.

halve_buiging


Buiging van staaf in halve brugconfiguratie.
2 actieve rekstroken in lengterichting. Het rekstrookje meet de verlenging aan de bovenzijde en stuik aan de onderzijde.
Brugfactor: 2

Voordeel: Temperatuur compensatie


halve_buiging


Buiging halve brugconfiguratie.
1 actieve rekstrook en 1 passieve rekstrook. Het rekstrookje meet de verlenging en dwarscontractie aan de bovenzijde.
Brugfactor: 1 + dwarscontractie

Voordeel: temperatuur compensatie.

vol_buiging


Buiging volle brugconfiguratie.
4 actieve rekstroken in lengterichting. Het rekstrookje meet 2x de verlenging aan de bovenzijde en 2x stuik aan de onderzijde.
Brugfactor: 4

Voordeel: vergroot signaal, optimale compensatie

kwart_trek


Trek van staaf in kwart brugconfiguratie.
1 actieve rekstrook in lengterichting. Het rekstrookje meet de verlenging.
Brugfactor: 1

Voordeel: Eenvoudig, pure rek in 1 richting, veel toegepast voor onderzoek / stress analyse.

halve_trek


Trek in halve brugconfiguratie.
1 actieve rekstrook en 1 passieve rekstrook. Het rekstrookje meet de verlenging en dwarscontractie aan de bovenzijde.
Brugfactor: 1 + dwarscontractie

Voordeel: temperatuur compensatie.

vol_trek


Trek in volle brugconfiguratie.
2 actieve rekstroken en 2 passieve rekstroken. Het rekstrookje meet 2x verlenging en 2x dwarscontractie (1x onderzijde, 1x bovenzijde).
Brugfactor: 2 + 2x dwarscontractie

Voordeel: Optimaal configuratie t.b.v. sensorbouw

halve_torsie


Torsie in halve brugconfiguratie.
2 actieve rekstroken onder 90 graden. Het rekstrookje meet 2x de schuifspanning aan de omtrek van de staaf.
Brugfactor: 2

Voordeel: temperatuur compensatie.


vol_torsie


Torsie volle brugconfiguratie.
2x2 actieve rekstroken onder 90 graden. Het rekstrookje meet 4x de schuifspanning aan de omtrek van de staaf.
Brugfactor: 4

Voordeel: Optimaal configuratie t.b.v. sensorbouw