Wie funktioniert eine Wägezelle?
Erklärung: Aufbau & Funktion

Eine Wägezelle besteht aus einem Federkörper und einem Dehnungsmessstreifen "DMS". Der Federkörper kann aus Aluminium, legiertem Stahl oder auch Edelstahl bestehen. Diese Metalle haben verschiedene Materialeigenschaften und beeinflussen wesentlich das Verhalten, den Anwendungsbereich sowie die Funktion der Wägezelle. Der Federkörper verformt sich durch Belastung, bzw. durch die auf die Wägezelle einwirkende Kraft. Es gibt verschiedene Arten von Kräften – siehe Krafteinwirkungen auf eine Wägezelle.

Der Dehnungsmessstreifen ist mit dem „Federkörper“ fest verbunden (verklebt). Das bedeutet: Streckt oder staucht sich das Material, passiert das gleiche mit dem DMS der Wägezelle. Durch diese Verformung verändert sich der Widerstand des Dehnungsmessstreifens.

Wer sich für den genauen Aufbau einer Wägezelle interessiert findet dies unter diesem separaten Link. Aufbau einer Wägezelle

Das Verhalten eines Dehnungsmessstreifens kann man anhand eines einfachen Beispiels erklären: Ein Dehnungsmessstreifen (bzw. der Widerstand eines Dehnungsmessstreifens) verhält sich im Grunde wie ein Wasseschlauch. Staucht man einen Wasserschlauch, so dass sich der Querschnitt erhöht (die Fläche wird größer), kann mehr Wasser durchfließen. Wird der Schlauch gestreckt, verringert sich der Querschnitt (die Fläche wird kleiner) und es kann weniger Flüssigkeit hindurchfließen. Dieses physikalische Phänomen macht sich der DMS zu Nutze und verändert mit seiner Form auch seine elektrische Leitfähigkeit. Hier spricht man vom elektrischen Widerstand (Wasser und Strom verhalten sich proportional zueinander). Mit Änderung des elektrischen Widerstands, verändert sich auch das elektrisch gemessene Signal am Ausgang der Wägezelle.

Es gibt verschiedene Anordnungen von Dehnungsmessstreifen. Je nach verwendeter Messbrücke und Anwendungsgebiet der Wägezelle, werden die DMS auf der Wägezelle bzw. auf dem Federkörper angebracht.
Was ist eine Messbrücke?
Als Messbrücke wird eine nach dem Wheatstoneschen Prinzip zur Messung von elektrischen Widerständen ohmscher Art angelegte Messeinrichtung für DMS Widerstände bezeichnet.

Eine Wägezelle mit DMS arbeitet elektromechanisch und wird durch eine Verformung des s.g. Federkörpers beeinflusst. Durch diese Verformung ändert sich der elektrische Widerstand des Dehnungsmessstreifens. Durch diese Widerstandsänderung verändert sich auch das Ausgangssignal. Es entsteht ein s.g. Messwert. Mit Hilfe von DMS Messverstärkern lassen sich die Messwerte beliebig weiterverarbeiten und in physikalischen Einheiten wie Kraft (Newton) oder Gewicht (Kilogramm) umwandeln.

In Kurzform lautet die Antwort auf: Wie funktioniert eine Wägezelle?

Eine Wägezelle funktioniert elektrisch durch eine Widerstandsänderung des Dehnungsmesstreifens, der fest mit dem Federkörper (Wägezelle) verbunden ist.

Ja eine Wägezelle ist eine besondere Form der Kraftaufnehmer.

Kraftaufnehmer werden unterschieden. Eine Wägezelle ist eine besondere Form der Kraftaufnehmer. Wir beziehen uns nur auf DMS Kraftaufnehmer, bzw. DMS Wägezellen. Diese nehmen, wie in der "Funktion einer Wägezelle" beschrieben, die auf den Federkörper wirkenden Kräfte auf und wandeln sie in ein elektrisches Signal um. Mehr über Kraftaufnehmer erfahren?
Zu den Kraftsensoren.

Was sind kraftkompensierte Messzellen und wie funktionieren diese? Bei kraftkompensierten Wägezellen spricht man auch von elektromagnetisch kompensierten Messzellen. Diese Wägezellen arbeiten grundsätzlich auch elektromechanisch, allerdings wird das Ausgangssignal der kraftkompensierten Wägezellen nicht ohmsch ermittelt sondern induktiv mit Hilfe eines Elektromagneten. Die Wägezelle ist im Inneren wie eine Balkenwaage aufgebaut, die auf der einen Seite die Kraft aufnimmt (eine Gewichtskraft wirkt auf die Wägezelle ein) und auf der Gegenseite wirkt eine Magnetspule. Diese ist im Ruhezustand "ausgeglichen" und wird über eine Art Hebel im Inneren der kraftkompensierten Wägezelle mit Hilfe eines zweiten Magneten im Ruhezustand gehalten. Durch Belastung der kraftkompensieren Wägezelle, verändert sich die induktive Last der Spule und dadurch erhöht sich die Stromstärke. Diese Veränderung führt zu einer Änderung des Ausgangssignals. Da sich Stromstärke und Gewichtskraft proportional zueinander verhalten, lassen sich auf diese Weise kleinste und feinste Messergebnise erzielen. Anwendungsbereiche von kraftkompensierten Wägezellen in Waagen sind: Kontrollwaagen, Abfüllwaagen, Microwaagen und Analysewaagen.

BOSCHE Wägetechnik hat sich auf DMS Wägezellen spezialisiert. Diese sind preiswerter und lassen sich auf Grund ihrer Bauformen im Sondermaschinenbau und Waagenbau besonders gut einsetzen.