Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Diskutiere Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1 im Controller/Regler, Fahrerinformation, Elektronik Forum im Bereich Diskussionen; AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1 Hallo Schwipp, du hast recht, es würde prinzipiell 1 DMS reichen. Das Signal ist in der beschriebenen...
Hochsitzcola

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Hallo Martin,

Dabei interessiert Dich doch nur die Stauchung, und die sollte auf beiden Seiten parallel verlaufen, wenn gestaucht wird, dann auf beiden Seiten.
Also müssen die beiden DMS so geschaltet werden in der Brücke, das sich deren Signale bei gleichzeitiger Stauchung addieren. :confused:!?

Gruß Schwipp
Hallo Schwipp,
du hast recht, es würde prinzipiell 1 DMS reichen. Das Signal ist in der beschriebenen Vollbrücke aber am höchsten, da so alle 4 Widerstände eine Widerstandsänderung erfahren und so die Brücke am stärksten verstimmt wird. Wenn sie richtig beschaltet ist, die Widerstandsänderungen sich also addieren, nicht aufheben. Die Beschaltung ist entsprechend unterschiedlich je nach dem, ob ich Zug/Druck oder Biegung erfassen will.

Hallo Martin,
Wozu brauchst Du 4 DMS, 2 DMS, einer für Dehnung, einer auf der anderen Seite für die Stauchung der Rahmenstange hätten es doch getan, die anderen beiden hätte ich durch feste Widerstände ersetzt.
Die Ergänzungswiderstände müssten sehr exakt sein, da sonst der Nullpunkt irgendwo liegen würde. Weiterer Vorteil der Vollbrücke ist die Temperaturkompensation, da ja alle 4 DMS die gleiche Temperaturänderung sehen und damit die gleiche Widerstandsänderung, was nach aussen dann die Meßbrücke nicht verstimmt.(Was bei mir ja leider graue Theorie ist)

Gruß
Martin
 
Schwipp

Schwipp

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Hallo Hochsitzcola,
ach ja, verstehe, das ist ja auch Sinn der Brückenschaltung, die Temperaturdrift wegzubekommen.

So, habe das Bild wiedergefunden und zubereitet. Du siehst eine stramme geradlinige Kette, und darüber drei starr miteinander verbundene Rollen, maßstabsgetreu. Vom oberen Bild bis zum unteren Bild werden die drei Rollen um insgesamt 1,5 mm nach rechts verschoben, die unterste Stellung ist mit 1,5 mm Verschiebung der Rollen die ungünstigste Stellung der Rollen, wenn die Rollen weiter verschoben werden, wird deren Abstand zur Kette wieder geringer. Wenn Du ganz nach unten scrollst, siehst Du in der Mitte einen Strich zwischen einer Rolle und der Kette, der Strich ist nur 0,14 mm lang. Ist das Prinzip nun klarer?

Wenn man nun über 1,5 mm hinausschiebt, wird der Abstand wieder geringer. Die Periode des Höhenschlags ist also 3 mm.

Wenn man alle 2 Sekunden eine Umdrehung der Pedale macht, bewegt sich die Kette pro Sekunde und 250 mm. Geteilt durch eine Periode von 3 mm ergibt eine Signal-Oszillationsfrequenz von 250/3 = rund 80 Hz. Das kann man elektrisch gut wegfiltern, ohne die Reaktionszeit des Systems für den Radfahrer überhaupt bemerkbar zu reduzieren. Ich würde sagen, wenn man alles oberhalb von 20 Hz wegfiltert, wäre das System immer noch schnell genug in seiner Reaktionszeit.

Gruß Schwipp
 

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Reinhard

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Du siehst eine stramme geradlinige Kette, und darüber drei starr miteinander verbundene Rollen [...]
Die Kette wird im Normalbetrieb (gleichmäßiges Treten) wohl nicht absolut gradlinig laufen und um etliche mm hoch-/runterschwenken. Wie willst Du dabei ordentliche Ergebnisse bekommen?
 
Schwipp

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Die Kette wird im Normalbetrieb (gleichmäßiges Treten) wohl nicht absolut gradlinig laufen und um etliche mm hoch-/runterschwenken. Wie willst Du dabei ordentliche Ergebnisse bekommen?
Hallo Reinhard,
so hast Du sicherlich recht - aber die Zeichnung ist natürlich verkehrt herum. Ich hatte mir nicht die Mühe gemacht, dass alles nocheinmal neu zu zeichnen. Die Rollen liegen unten und drücken die Kette mehrere Millimeter nach oben. Ich glaube nicht, dass sich einzelne Glieder der Kette plötzlich nahe der Sensors - auch nicht Dir zuliebe :) - wenn ich trete, freiwillig nach oben bewegen.
Wenn die Kette aber locker ist und auch nach oben und unten schlackert, hat sie keinen Zug und der Sensor gibt kein Gas - das soll er ja auch. Kann auch sein, dass dieses Schlackern hochfrequent ist und dann elektrisch weggefiltert wird. Man wird sehen. in mein Mercedes-Benz Hybridbike habe ich eine Kette eingebaut, die bestimmt über 50 cm Länge schlackern kann. In der Nabe hinten - vom Zug der Kette gesteuert - befindet sich der Drehmomentsensor. Ich merke aber nicht, dass der Motor irgendwie ruckeln würde bei schlagender Kette. Dazu ist die elektronische Schaltung wahrscheinlich viel zu langsam ausgelegt.

Die freie Länge der Kette jetzt schon nur noch 21 cm. Das ist etwas mehr als die Schmalseite einer DIN A4 Seite. Wenn ich die Kette über diese Strecke zusätzlich durch ein Plastikrohr zum Sensor hin- und wegführe, das gibt es ja auch kommerziell zum Schutz vor Verschmutzungen, oder zusätzlich ein paar Unterstützungsrollen von unten einführen, dann schlägt da bestimmt nichts mehr mit Kraft, jedenfalls nicht mit drei Kilopond nach unten. Denkbar wäre auch, den Rücklauf der Kette etwas zu spannen, und diese am Sensor messbare Spannung elektronisch zu kompensieren. Der Vorteil einer Papierlösung ist doch, dass sie erst einmal funktioniert :D.

Das Problem müsste HochsitzCola Martin doch auch haben: Wenn er auf holpriger Straße fährt, gibt es Stöße und folglich Biegungen im Rahmen, die dann von DMS gemessen werden?!

Gruß Schwipp
 
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Hochsitzcola

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Hallo Reinhard,

Das Problem müsste HochsitzCola Martin doch auch haben: Wenn er auf holpriger Straße fährt, gibt es Stöße und folglich Biegungen im Rahmen, die dann von DMS gemessen werden?!

Gruß Schwipp
Hallo Schwipp,

ich habe selbst gestaunt, wie wenig Schotter und Schlaglöcher auf die Meßtechnik wirken. Das ist das Schöne, daß wirklich nur Stauchung ein Signal gibt. Biegung durch die Gewichtskraft gibt kein Signal, da in diesem Fall die DMS in der neutralen Faser liegen, Querbiegung gibt kein Signal, da sich in diesem Fall die Widerstandsänderungen aufheben, wie schon in meinem vorigen Beitrag beschrieben. Torsion gibt ein minimales Signal (Verwindung des Rahmens beim treten) daher ja auch das wirklich nur geringe asymetrische Verhalten zwischen rechter und linker Pedale.
Ich denke, daß deine Konstruktion schon funktionieren kann, ich hatte ja auch anfangs einen mechanischen Sensor im Kettentrieb, ich mußte ihn nur windig aufhängen, da ich eine Kettenschaltung habe und somit die Kette ja je nach Gangwahl woanders läuft. Bei der Nabenschaltung ist das wesentlich einfacher und robuster anzubauen. Eine gewisse Geräuschentwicklung ist aber doch zu erwarten...

Gruß
Martin
 
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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Hallo Martin,
Danke für die Antwort.
Sehe ich richtig: Du hast an der Rahmenstrebe oben drauf, unten drunter, vorndran und von hintendran je einen DMS aufgeklebt??????????? wie lang sind diese einzeln?
Könntest Du mir eine Typ-Nummer verraten?
Denn wenn das so gut geht, dann frage ich mich, warum ich das nicht nachbaue.
Ich bin nicht fixiert auf irgendwelche Ideen, die mal hatte.
Gruß Schwipp
 
Hochsitzcola

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Sehe ich richtig: Du hast an der Rahmenstrebe oben drauf, unten drunter, vorndran und von hintendran je einen DMS aufgeklebt??????????? wie lang sind diese einzeln?
Könntest Du mir eine Typ-Nummer verraten?
Hallo Schwipp,

ich habe die DMS wie auf der angefügten Skizze geklebt. Die Numerierung ist analog der Skizze mit dem Zug/Druck-Stab. Die DMS haben 120 Ohm. Das eingentliche Meßgitter ist ca. 3,5 x 3,5 mm, die Trägerfolie ca. 10 x 8 mm, also viel kleiner als auf meiner Skizze gemalt. Den Typ weiß ich nicht, da waren keine Infos bei :(. Vor dem Kleben habe ich den Rahmen bis aufs blanke Metall abgeschliffen. Ein Foto macht leider keinen Sinn mehr, da ich die DMS inzwischen versiegelt habe.
Ich habe ein primitives Billigrad mit Stahlrahmen, kann sein daß bei einem hochwertigen Rad der Rahmen steifer ausgelegt ist und damit weniger Dehnung im Material entsteht, das würde das ganze natürlich erschweren. Bei meßtechnischen Anwendungen schwächt man den Materialquerschnitt im Bereich der DMS gern, damit eben dort lokal mehr Dehnung entsteht, siehe auch die beiden zum Langloch aufgefrästen dicken Bohrung bei deiner China-Wägezelle. Da hilft nur ausprobieren...

Gruß
Martin
 

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Hallo Martin,
das ist ja irre !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Nur eine so kleine Fläche, da ist die Dehnung ja höchstens ein paar Mikrometer!!
Schätze, wenn der aktive Bereich, doppelt solang wäre, wäre auch das Signal doppelt so groß.
Den DMS2 hast du ja nur deswegen, wenn ich recht verstanden habe, damit die Drift in der Brückenschaltung sich kompensiert.
Gruß Schwipp
 
Hochsitzcola

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Schätze, wenn der aktive Bereich, doppelt solang wäre, wäre auch das Signal doppelt so groß.
Hallo Schwipp,

nein, das geht nicht, wie ich schon geschrieben habe, hängt die Höhe des Signals nur vom Material des DMS ab. Der sog. k-Faktor beschreibt wieviel mechanische Dehnung wieviel spezifische Widerstandänderung hervorruft: Delta R/R=k*Delta l/l=k*epsilon. Wenn du die "Länge" des DMS verdoppelst, verdoppelst du automatisch auch seinen Widerstand, damit bleibt der Quotient aus Widerstandsänderung zu Ausgangswiderstand immer konstant.

Den DMS2 hast du ja nur deswegen, wenn ich recht verstanden habe, damit die Drift in der Brückenschaltung sich kompensiert.
Der DMS2 misst die Querdehnung. Zur Erklärung: wenn du einen Zylinder aus Knetgummi senkrecht auf den Tisch stellst und von oben drauf drückst, wird er haupsächlich kürzer, aber er wird auch im Durchmesser größer. Der DMS 1 erfasst die Verkürzung der Länge und der DMS 2 die Vergrößerung des Durchmessers.
Das Ganze ist hier recht schön erklärt.
Willst du bei den Ebay-Angeboten zu den DMS mitsteigern? Ich habe auch Interesse, wäre blöd wenn wir uns gegenseitig hochbieten.

Gruß
Martin
 
Schwipp

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

....Danke für Antwort,
nee, kein mitsteigern, fahre morgen in Urlaub UND habe in China diese Wiegeeinheit für 8 Euro incl. Versand bestellt, mal sehen...
 
Schwipp

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Hallo Martin,
Wenn du die "Länge" des DMS verdoppelst, verdoppelst du automatisch auch seinen Widerstand, damit bleibt der Quotient aus Widerstandsänderung zu Ausgangswiderstand immer konstant.
hm, das macht mir nix,...., :confused: , denn wenn ich doppelten Widerstand habe, weil ich jeweils zwei DMS in Reihe schalte, in einer Vollbrücke, kann ich auch doppelte Brückenspannung anlegen, ohne dass das der einzelne DMS merkt.
Sagen wir mal: man könnte das Spiel gut bis 20 V treiben, 20 V aus der Pedelec Akku Spannung gewonnen.
Und dann habe ich auch das doppelte Signal.
Was ist daran falsch oder kontraproduktiv?
Sicher wird das Signalrauschen dann etwas größer, aber man könnte doch tiefpassfiltern, maximal so 10 Hz müsste doch reichen.
Unter 1 KOhm ist das Ganze doch eigentlich immer noch relativ niederohmig.
Gruß, Schwipp
 
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Hochsitzcola

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Sagen wir mal: man könnte das Spiel gut bis 20 V treiben, 20 V aus der Pedelec Akku Spannung gewonnen.
Und dann habe ich auch das doppelte Signal.
Hallo Schwipp,

ja, die Speisespannung zu erhöhen ist die einzige Möglichkeit, das Signal zu erhöhen. Das hat halt seine Grenzen, man will ja schließlich nicht den Rahmen heizen...
Ich wünsch dir erst mal einen Schönen Urlaub, halt uns bzgl. deines Projektes auf dem Laufenden!

Gruß
Martin
 
Schwipp

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Hallo Martin,
bin nun zurück, da es doch zu nass und kalt wurde.
Inzwischen ist meine 8€-Wiegeeinheit aus China angekommen. Ich messe zwischen den vier Anschlussdrähten jeweils 285, 285, 284, 284 Ohm mit Digivoltmeter, (daraus errechne ich circa 360 Ohm pro DMS), aber diagonal messe ich 350 und 395 Ohm über die Brücke, wie kann das sein?
Gruß Schwipp
 
Broadcasttechniker

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AW: Drehmoment Sensor, Fragen Teil 1

Denk' mal an Zuleitungswiderstände.
Ist ne schöne Netzwerkaufgabe, zum Glück nicht komplex.
 
Hochsitzcola

Hochsitzcola

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Ich messe zwischen den vier Anschlussdrähten jeweils 285, 285, 284, 284 Ohm mit Digivoltmeter, (daraus errechne ich circa 360 Ohm pro DMS), aber diagonal messe ich 350 und 395 Ohm über die Brücke, wie kann das sein?
Gruß Schwipp
Hallo Schwipp,

es müssen eigentlich alle 4 Widerstände gleich sein. An den Speiseanschlüssen und den Signalanschlüssen ergibt sich der Brückenwiderstand, der sich über die vom Broadcasttechniker angeregte Netzwerkaufgabe wieder zum Wert des Einzelwiderstands zusammenkürzt. Die Zuleitungswiderstände haben sicherlich Einfluß, sollten aber nicht in der Größenordnung von 10 Ohm liegen...
Letztendlich auch egal, da die unterschiedlichen Widerstände letzendlich nur eine Nullpunktsverschiebung bewirken. Das kannst du mit einer Gleichspannungsquelle (max. 10V) und einem Multimeter (mit mV-Meßbereich) nachmessen. Es kann auch sein, daß der Nullpunkt absichtlich auf der Hälfte des Meßbereichs liegt, dh. z.B, Vollausschlag bei Druck 0V, unbelastet 5V und Vollausschlag Zug 10V (bei entsprechender Verstärkung). Sollte ggf. im Manual stehen...
Ich habe meinen Aufbau gerade wieder rückgebaut, da jetzt bei der kalten Jahreszeit die Temperaturdrift doch zu groß wurde:(. (aus der warmen Garage in die kalte Welt) Ich versuche jetzt das Bionx-Prizip mit DMS auf der Hinterradachse nachzubauen. Dabei sollte das Verhältnis von Temperaturdrift zu Signalhöhe beim Treten in besserem Verhältnis stehen. Dazu muß ich aber erst neue DMS besorgen....
Ich habe vorher noch Messungen über den Signalverlauf beim Treten gemacht, bei Interesse kann ich die mal hochladen.

Gruß
Martin
 
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Hallo Martin,

ich würde mich über die Messung freuen!!!!!!!!!!!

Gruß
Natha
 
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ich würde mich über die Messung freuen!!!!!!!!!!!
Hallo Natha,

hier drei Bildchen. Einmal die Temperaturdrift, eine Übersicht über zwei Fahrten von ca.300m mit mehreren Beschleunigungsvorgängen auf ca 20 km/h einmal mit Motor einmal ohne. Dann noch ein Zoom in die Übersicht von ca. 20s Länge.
In der Übersicht sieht man zu Anfang, daß das Aufsteigen wirklich sogut wie keine Signaländerung bewirkt, über die ganze Fahrt hinweg sieht man auch die überlagerte Temperaturdrift.

Gruß
Martin
 

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Hochsitzcola

Hochsitzcola

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Hallo Zusammen!

Ich habe nun meine Hinterradachse mit DMS bestückt. An die Achse habe ich in der Mitte zwei parallele Flächen geschliffen auf die ich die DMS geklebt habe. Das Gewinde habe ich geschlitzt, um die Kabel nach aussen zu führen. Das ganze habe ich wegen der beengten Platzverhältnisse in der Nabe als Halbbrücke ausgeführt, die Ergänzungsschaltung habe im im Kästchen vom Meßverstärker untergebracht. In dieser Konstellation reicht die geringste Verstärkungseinstellung um auf 3V Ausgang für Vollgas zu kommen, so daß die Temperaturdrift keine Rolle mehr spielt:D.
(Bei den DMS am Rahmen brauchte ich die höchste Verstärkungseinstellung, da hat man das Gras wachsen gehört...)
Anbei zwei Bildchen von der präparierten Achse.

Gruß
Martin
 

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Christian

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Meinen Respekt, Martin. Du betreibst hier mit Beharrlichkeit echte Pionierarbeit. :)

Gruß,

Christian
 
Schwipp

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Hallo Martin,
sehr schön!
Was misst Du vornehmlich, die Verbiegung der Achse oder deren Torsion?
Warum kann man die DMS nicht direckt auf die runde Achse kleben? Der aktive vom DMS erfasste Bereich ist nur ein kleiner Teil des Umfangs. Oder wolltest Du die Biegung der Achse durch Schwächung erhöhen?
Gruß Schwipp
 
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