Schwingsaitenaufnehmer

Für die Auflösung mit einer einzelnen Schwingsaite wird 1:4,000,000[1] angegeben.

Bei der Kombination von zwei Schwingsaiten zur Kompensation der variierenden Erdschwere (Massenmessung) wird eine Auflösung von 1:2,000,000[2] angegeben.

Durch Abhängigkeit zwischen anliegender Kraft und dem Quadrat der gemessenen Frequenz ist hoch linear. In der Literatur wird eine Abweichung von 0,02 % von der idealen Geraden angegeben.[3]

Die Langzeitstabilität von Schwingsaitenaufnehmern ist eine herausragende Eigenschaft. In der Literatur wird die Abweichung mit 0,01 % pro Jahr angegeben.[3] Schwingsaitenaufnehmer eignen sich also hervorragend für Anwendungen, bei denen eine regelmäßige Nullung entweder nicht möglich ist (Silowaagen, Lagerwaagen), oder nicht sinnvoll (geologische Bewegungen oder Beobachtung von Gebäuden).

Die Grenze für die Messbarkeit dynamischer Kraftverläufe liegt aktuell bei einer Bandbreite von ca. 1000 Hz.

Die Erhöhung der Frequenz der Schwingsaite geschieht nicht durch eine Streckung, sondern durch die bloße Erhöhung der Kraft. Die Verlängerung der Saite ist bei geeigneter Materialwahl sehr klein. Die Bewegungen in den Messelementen sind also auch sehr klein. Im Vergleich dazu benötigt ein Dehnungsmessstreifen einen Weg (Verlängerung des Materials bei gleichzeitiger Verdünnung), um ein Messsignal zu erzeugen.

Unterliegt eine auf Dehnungsmessstreifen basierende Lastzelle häufigen Lastwechseln, so neigt sie zu Materialermüdung und Bruch. Durch den Einsatz einer Schwingsaite sind nur minimale Verformungen der Lastzelle notwendig und Brüche aufgrund von Materialermüdung werden verhindert. Dies ist ein Grund dafür, dass sich auf Müllsammelfahrzeugen Lastzellen auf der Basis von Schwingsaitenaufnehmern durchgesetzt haben.

Ein Schwingsaitenaufnehmer mit einer tiefsten Frequenz von 9000 Hz kann zerstörungsfrei bis 21000 Hz betrieben werden. In der Praxis wird nur die Hälfte dieses Bereichs genutzt, um hohe Überlasten tolerieren zu können.[4]

Ein Schwingsaitenaufnehmer kann zerstörungsfrei bis zum zweifachen seiner Nominallast belastet werden.[5]

Ein Fehler im Aufnehmer führt zu einem Wegfall des Frequenzsignals. Eine vorhandene Saitenfrequenz ist also ein eindeutiger Indikator für eine ordnungsgemäß funktionierenden Aufnehmer.

Die Erregerelektronik eines aktuellen Schwingsaitenaufnehmers verbraucht weniger als 15 mW elektrische Leistung. Durch diese geringe Leistung kommt es auch nicht zu Problemen durch Eigenerwärmung.[4]

Temperatureffekte werde größtenteils dadurch ausgeglichen, dass die Konstruktion, die die Saite hält, aus einem Werkstoff mit gleicher thermischer Ausdehnung gefertigt wird. Für Anwendungen, welche hohe Genauigkeiten erfordern, werden Kalibrationswerte abgespeichert und entsprechend angewendet.

Ein großer Vorteil von Schwingsaitenaufnehmern ist ihre geringe Tendenz zum Kriechen. Da alle verwendeten Werkstoffe entweder metallisch oder kristallin sind, kann das Kriechen auf ein Minimum reduziert werden. Moderne Schwingsaitenaufnehmer sind so konstruiert, dass es im vorgesehenen Messbereich und im nahen Überlastbereich zu keinen plastischen Deformationen (Fließen) kommt.

Die Schwingsaite besitzt an sich keinerlei Querempfindlichkeit, da eine Querbelastung nicht die Spannkraft der Saite ändert. Eine ungeschickte Halterung der Saite kann diese positive Eigenschaft jedoch zunichtemachen.

Die Schwingsaite selbst besitzt keine messbare Hysterese. Die mechanische Halterung der Saite kann diese jedoch herbeiführen. Eine gute Materialwahl und geschickte Konstruktion kann die Hysterese auf einem niedrigen Niveau halten.

Nicht kondensierende Feuchtigkeit hat keinen Einfluss. Kondensierendes Wasser wird durch die Saitenschwingung weggeschleudert. Jedoch kann kondensierendes Wasser zu Kurzschlüssen der messenden Elektronik führen, was durch Lacküberzüge verhindert werden kann. Bei völligem Eintauchen in eine Flüssigkeit kommt die mechanische Schwingung der Saite zum Erliegen.

Das Prinzip der schwingenden Saite ist durch Kernstrahlung nicht beeinflussbar. Die Verwendbarkeit ist durch die Kernstrahlungsempfindlichkeit der verwendeten Elektronik bestimmt.

Da die Saite induktiv zum Schwingen gebracht wird und je nach Messprinzip die Frequenz auch induktiv gemessen wird, können magnetische Wechselfelder einen Einfluss haben. Die elektrische Schlaufe, die schwingende Saite und Elektronik bilden, muss deshalb möglichst klein gehalten werden. Das gelingt sehr gut, indem Elektronik und Saite räumlich nah angebracht werden. In der Praxis bestehen auch Schwingsaitenaufnehmer ohne abschirmendes Gehäuse alle gängigen EMV-Tests.