Labor

9.1.1 Z

B

Der zentrische Belastungsversuch ergab eine auf- und absteigende Pyramide (Abbildung 26).

Abbildung 26: Zentrischer Belastungsversuch

34

Leichte Schwankungen in den Stufen der Pyramide werden höchstwahrscheinlich durch das Beladen mit Gewichten verursacht. Diese These wird durch die stärkeren Schwankungen bei höheren Gewichten (instabilerer Aufbau auf dem Adapter) unterstrichen.

Der aufsteigende Ast der Pyramide wurde weiter verarbeitet und von jeder Stufe wurde der Mittelwert gebildet. Dieser ergibt dann, mit dem Gewicht als zweiter Achse, einen linearen Zusammenhang und somit eine Gerade mit der Formel y= 29,82x + 44,28.

(Abbildung 27) 44,28 mV ist die Spannung wenn nur das Eigengewicht der Adapterplatter Druck auf die Messzelle ausübt. Die Steigung von 29,82x sagt aus, dass bei einer Erhöhung der Gewichtskraft von einem Kilogramm auf den Penetrologger 29,82 mV mehr vom Spannungssensor geliefert wird.

Abbildung 27: Zentrischer Belastungsversuch: Zusammenhang Belastung - Spannung y = 29,82x + 44,28

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

Spannung / mV

Gewicht / kg

Zusammenhang Belastung - Spannung

Mittelwert Spannung Linear (Mittelwert Spannung)

35

9.1.2 A

A

Tabelle 4: Belastungsschritte analoge Anzeige <20kg

Belastungsschritte g mV % kg

0,0 0,0 38 3 0,00

535,3 535,3 54 4 0,53

5082,0 5617,3 205 15 5,59

5080,3 10697,6 360 24 10,79

5084,9 15782,5 509 35 15,78

5077,9 20860,4 660 44 20,85

Tabelle 4 zeigt die Belastungsschritte. In der ersten Spalte findet sich das neu hinzugefügte Gewicht, in der Zweiten die Summe der Belastung in Gramm. Die dritte Spalte zeigt die bei der gegebenen Belastung gemessenen mV. In der vierten Spalte findet sich der von der analogen Anzeige abgelesene Prozentwert. In der letzten Spalte wurde aus der gemessenen Spannung das Gewicht errechnet welches sich ergibt wenn, wie in 9.1.1 errechnet, 29,82 mV per Kilogramm angesetzt wird. Die Basisspannung ergibt sich unter anderem aus dem Gewicht welches sich unterhalb des Sensors befindet.

Ab 20 kg wurde der Penetrologger auf den Boden gedrückt (siehe 8.4), somit ergeben sich keine Gewichtsmessungen für diesen Bereich (Tabelle 5). Jedoch kann über den zentrischen Belastungsversuch auf ein Gewicht zurückgerechnet werden. Für 100 % auf der Anzeige ergibt sich somit eine Belastung von rund 50 kg. Die Basisspannung ist bei diesen Messungen kleiner, da sich das unter dem Messensor befindliche Gewicht als Zug auswirkt und somit die gemessene Spannung verkleinert. Das in der rechtesten Spalte angeführte Gewicht ist mit 29,82 mV per Kilogramm errechnet.

Tabelle 5: Belastungsschritte analoge Anzeige >20kg

Belastungsschritte mV % kg

0 18 1 0,00

610 40 19,84

900 60 29,56

1200 80 39,62

1500 100 49,68

Tabelle 5 ergibt eine Grafik die einen linearen Trend aufweist (Abbildung 28). Da eine Grundspannung von 38,3 mV vorhanden ist, zeigt die Anzeige auch ohne Belastung rund 3 % an. Bei einer Belastung bei welcher das Material unterhalb des Sensors als Zugelement fungiert, und eine Grundspannung von 18,4 mV angezeigt wird, steht die Nadel der analogen Ablese bei rund 1%. Dass die Linie nicht ganz geradlinig abläuft liegt an der eingeschränkten Möglichkeit der Ablesung. Bei größeren Schritten bzw. höheren Werten ist diese Ungenauigkeit nicht mehr so ausschlaggebend.

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Abbildung 28. Zusammenhang mV - % analoge Anzeige

Abbildung 29: analoge Anzeige, Zusammenhang kg - mV

Interessant ist, dass sich wiederum ein linearer Zusammenhang zwischen Gewicht und angezeigter Spannung ergibt (Abbildung 29). Die Steigung von 29,84 mV per Kilogramm ist bis auf 0,02 mV der in Kapitel 9.1.1 entsprechend. Da es sich bei Abbildung 29 jedoch nur um den unteren Randbereich der in Kapitel 9.1.1 untersuchten Gewichtsbandbreite handelt kann diese Übereinstimmung als Validierung für die in den oberen Kapiteln erhaltenen Daten angesehen werden.

y = 14,99x

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

0 20 40 60 80 100

Spannung / mV

Prozent / %

Analoge Anzeige

mV

Linear (mV)

y = 29,84x + 38,3

0 100 200 300 400 500 600 700

0 5 10 15 20 25

Spannung / mV

Gewicht / kg

Zusammenhang Gewicht - Spannung

Zusammenhang kg - mVLinear (Zusammenhang kg - mV)

37

9.1.3 G

<> G

Tabelle 6: Ergebnisse Belastung (Zug)

Basisspannung in mV 18,5

Länge

in m Zusammenstellung

Gewicht in g

Gewicht samt Konus und Adapter

in g Berechnet Gemessen Differenz

0,5 0,5 387,8 493,7 3,8 3,8 0,0

1 1 710,4 816,3 -5,8 -5,9 0,1

1,5 1+0,5 1098,2 1204,1 -17,4 -17,8 0,4

2 2 1369,6 1475,5 -25,5 -25,9 0,4

2,5 2+0,5 1757,4 1863,3 -37,1 -37,5 0,4

3 2+1 2080,0 2185,9 -46,7 -47,0 0,3

3,5 2+1+0,5 2467,8 2573,7 -58,2 -59,3 1,1

4 2+1+1 2790,4 2896,3 -67,9

4,5 2+1+1+0,5 3178,2 3284,1 -79,4 -80,5 1,1

5 2+1+1+0,5+0,5 3566,0 3671,9 -91,0

In Tabelle 6 ist die Zusammenstellung der Versuchsdurchführung angeführt. Diese ergibt für jede Länge ein gewisses Gewicht. Die berechnete Spannung ergibt sich aus der Basisspannung minus der Spannung welche durch das Gewicht des Gestänges induziert wird. Zur Berechnung wurden wieder die 29,82 mV per Kilogramm angesetzt. In der letzten Spalte findet man die Differenz zu der gemessenen Spannung. Diese hält sich in einem akzeptablen Rahmen. Hier muss angemerkt werden, dass auf Grund der Versuchsdurchführung auch schon gemessen wurde, während das Gestänge noch in Schwingung war. Da keine extra Aufbauten für diesen Versuch durchgeführt wurden, war keine Aufhängung des Instrumentes möglich, welche jedwede Schwingung unterbunden hätte. Jedoch zeigt dieser Versuch, wie in Abbildung 30 ersichtlich, dass auch im Zugbereich ein linearer Zusammenhang herrscht. Auch wenn der lineare Trend etwas von dem der zentrischen Belastung abweicht, was höchstwahrscheinlich auf die Versuchsdurchführung zurückzuführen ist, ist das Ergebnis als solches befriedigend.

Als Schlussfolgerung dieses Versuches kann für die Auswertung 29,82 mV/ kg auch im negativen Spannungsbereich der Messungen angesetzt werden. Der lineare Zusammenhang ist eindeutig gegeben.

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Abbildung 30: Zusammenhang Spannung – Gewicht

9.1.4 K

Da die Dehnmessstreifen des Kraftaufnehmers in der Mitte des Messblockes liegen, wirkt die sich unterhalb befindliche Masse als Zugkraft. Die in Kapitel 0 gemessenen 18,5 mV tatsächlicher Basisspannung ergibt sich aus der theoretischen Basisspannung und der Verminderung eben um die Masse, welche am Dehnmessstreifen zieht. Da in Kapitel 9.1.2 der Penetrologger auf den Kopf gestellt wird, verursacht eben diese Masse nun einen Druck und erhöht die theoretische Basisspannung auf eine gemessene Basisspannung (Offset) von 38,3 mV. Da jeweils die gleiche Masse auf den Messstreifen wirkt und, wie im vorhergehenden Kapitel beschrieben, die Spannung per Kilogramm im Zug als auch Druckfall gleichzusetzen ist, kann somit die theoretische Basisspannung berechnet werden. Utheor=(Uzug+Udruck)/2. Somit ergeben sich 28,4 mV als theoretische Basisspannung.

y = -30,11x + 18,5 -100

-80 -60 -40 -20 0 20

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Spannung / mV

Gewicht / kg

Zusammenhang Spannung - Gewicht

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