DE4309530A1 - Device for dynamic mechanical analysis - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die dynamisch-me chanische Analyse von Probenkörpern mit einer Krafterzeugungs einrichtung, einem Stempel zum Übertragen einer Kraft von der Krafterzeugungseinrichtung auf den Probenkörper, und mit einem Wegaufnehmer zum Messen des Weges des Stempels bei der Kraft übertragung.The invention relates to a device for dynamic me mechanical analysis of specimens with force generation device, a stamp for transmitting a force from the Force generating device on the specimen, and with a Displacement sensor for measuring the path of the stamp with the force transmission.
Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist als solches be kannt. Mit ihr werden mechanische Eigenschaften einer Probe quantitativ in Abhängigkeit von zum Beispiel der Temperatur, Zeit und Frequenz einer aufgebrachten, oszillierenden Belastung bestimmt (DIN 51 005). Bei der dynamisch-mechanischen Analyse wird auf den zu untersuchenden Probekörper eine sich gemäß einer vorgegebenen Zeitfunktion ändernde Kraft (beispielsweise eine sinusförmige Kraft) als sogenannte Erregerfunktion aufge geben. Die aus dieser Kraftaufbringung resultierende Auslenkung (des Probenkörpers bzw. des auf diesen einwirkenden kraftüber tragenden Stempels) enthält Informationen über den Speichermo dul E′ und den dynamischen Verlustfaktor tanδ. Die vorstehend genannte Auslenkung des Probenkörpers ist die sogenannte Ant wortfunktion auf die zeitabhängige Kraftaufbringung (Erreger funktion). The dynamic mechanical analysis (DMA) is as such knows. With it, mechanical properties of a sample quantitatively depending on, for example, the temperature, Time and frequency of an applied, oscillating load determined (DIN 51 005). In dynamic mechanical analysis is on the test specimen to be examined according to force changing a predetermined time function (for example a sinusoidal force) as a so-called excitation function give. The deflection resulting from this application of force (of the specimen or the force acting on it bearing stamp) contains information about the storage mo dul E ′ and the dynamic loss factor tanδ. The above deflection of the specimen is the so-called Ant word function on the time-dependent application of force (exciter function).
Die Antwortfunktion kann dann analysiert werden, um Informatio nen über den Probenkörper zu gewinnen.The response function can then be analyzed to informatio win over the specimen.
Während einer dynamisch-mechanischen Analyse kann die Tempera tur des Probenkörpers verändert werden. Zum Beispiel zeigt eine starke Veränderung des viskoelastischen Verhaltens in einem be stimmten Temperaturbereich einen Übergang im untersuchten Ma terial an. Insbesondere Glasumwandlungstemperaturen lassen sich mit der DMA sehr empfindlich messen. Auch werden sogenannte se kundäre Relaxationsvorgänge sichtbar.During a dynamic mechanical analysis, the tempera structure of the test specimen. For example, one shows strong change in viscoelastic behavior in a be agreed a temperature range a transition in the investigated Ma material. In particular, glass transition temperatures can be measure very sensitively with the DMA. So-called se customer relaxation processes visible.
Untersuchen lassen sich mit der DMA insbesondere Polymere, ke ramische Materialien und Metalle.In particular, polymers, ke ramische materials and metals.
Um die oben definierte Antwortfunktion, also die Auslenkung des Probenkörpers bzw. des kraftübertragenden Stempels zu gewinnen, ist eine genaue Wegmessung erforderlich. Hierzu sind im Stand der Technik bereits Wegaufnehmer bekannt, deren Weg (und somit die Verformung des Probenkörpers) vermessen und an einen Rech ner übertragen wird.The response function defined above, i.e. the deflection of the To win the test specimen or the force-transmitting stamp, an exact distance measurement is required. For this are in the booth Technology already known transducers, their way (and thus the deformation of the specimen) and measured to a rake ner is transmitted.
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine Vorrichtung für die dynamisch-mechanische Analyse von Probenkörpern zu schaffen, die in einfacher Weise eine genaue und wenig störanfällige Weg messung ermöglicht.The invention has for its object a device for to create dynamic mechanical analysis of test specimens, which is in a simple way an accurate and less prone to failure measurement enabled.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei einer Vorrichtung der ein gangs genannten Art dadurch erreicht, daßAccording to the invention, this goal is achieved with a device gangs mentioned achieved in that
- - der Wegaufnehmer zumindest einen Biegearm aufweist, der an einem Ende mit dem Stempel verbunden und am anderen Ende ortsfest gelagert ist, und daß- The displacement sensor has at least one bending arm, which connected at one end to the stamp and at the other end is stationary, and that
- - am Biegearm zumindest ein Dehnungsmesser angeordnet ist, dessen Dehnung als Maß für den Weg des Stempels dient.at least one strain gauge is arranged on the bending arm, whose stretch serves as a measure of the path of the stamp.
Bei einer Kraftübertragung auf den Probenkörper mittels des Stempels verbiegen sich also die Biegearme, welche somit die Funktion von Federelementen haben. Die Verbiegung und somit die Dehnung bzw. Stauchung der Randbereiche des Biegearmes liefert ein direktes Maß für die Auslenkung des Biegearmes aus seiner Ruhestellung und damit für den Weg des Stempels, der wiederum direkt der Verformung des Probenkörpers entspricht.When transmitting force to the specimen by means of the Stamp bend the bending arms, which thus the Have the function of spring elements. The bend and thus the Elongation or compression of the edge areas of the bending arm provides a direct measure of the deflection of the bending arm from its Rest position and thus for the path of the stamp, which in turn corresponds directly to the deformation of the specimen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß der Wegaufnehmer zwei Biegearme aufweist, die in Richtung der Bewegung des Stempels hintereinander angeordnet sind, und daß auf jedem der Biegearme zumindest ein Dehnungs messer angeordnet ist.According to a preferred embodiment of the invention is provided see that the displacement sensor has two bending arms, which in Direction of movement of the stamp arranged one behind the other and that there is at least one stretch on each of the bending arms knife is arranged.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen daß auf jedem der Biegearme zumindest zwei Dehnungsmesser senkrecht zur Stempelbewegung nebeneinander angeordnet sind.According to a further preferred embodiment of the invention it is envisaged that on each of the bending arms at least two Strain gauge next to each other perpendicular to the stamp movement are arranged.
Unter einem "Dehnungsmesser" ist ein Gerät zur Messung der re lativen Verlängerung oder Verkürzung von Bauteilen und Werk stoffen, die diese zum Beispiel unter dem Einfluß einer Last oder einer Temperaturänderung erfahren, zu verstehen. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Dehnungsmesser bekannt, so kann eine Dehnungsmessung mechanisch, elektrisch, optisch und auch piezoelektrisch erfolgen.Under a "strain gauge" is a device for measuring the right latent extension or shortening of components and work substances that, for example, under the influence of a load or experience a change in temperature. In the state Different strain gauges are known in the art, so Strain measurement can be mechanical, electrical, optical and also done piezoelectrically.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind als Dehnungsmesser sogenannte Dehnungsmeßstreifen vorgesehen. Deh nungsmeßstreifen (DMS) sind Streifen zum Messen von Dehnungen bzw. Verkürzungen. Sie bestehen üblicherweise aus einem iso lierenden Träger, auf dem ein elektrischer Widerstand aufge bracht ist. Bei einer Längenänderung ändert sich der Widerstand und dessen Messung entspricht somit einer Messung der Längen änderung. Eine Dehnungsmeßstreifen-Anordnung ist z. B. aus der DE 28 37 448 C2 bekannt. Dort wird auch die im Stand der Technik häufig verwendete Brückenschaltung für die Widerstands messung beschrieben. According to a preferred embodiment of the invention are as Strain gauges are provided. Deh Strain gauges (DMS) are strips for measuring strains or shortening. They usually consist of an iso gelling carrier on which an electrical resistance is applied is brought. If the length changes, the resistance changes and its measurement thus corresponds to a measurement of the lengths modification. A strain gauge arrangement is e.g. B. from the DE 28 37 448 C2 known. There is also in the state of the Technology commonly used bridge circuit for the resistor measurement described.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zur Verwendung in einem dynamisch-mechanischen Analysator vorge sehen, daß die Dehnungsmeßstreifen in einer Brückenschaltung geschaltet sind, die mit Gleichspannung betrieben wird. Mit einer solchen Anordnung, bei der die Dehnung mit vier Deh nungsmeßstreifen, die als Vollbrücke geschaltet sind, gemessen wird, kann bei einem Betrieb mit Gleichspannung eine Filterung, wie etwa bei einer Demodulation einer Trägerfrequenz, entfallen und es ergeben sich bei der dynamischen Wegmessung keine fre quenzabhängigen Phasenfehler.According to a preferred embodiment of the invention Pre-used in a dynamic mechanical analyzer see that the strain gauges in a bridge circuit are switched, which is operated with DC voltage. With such an arrangement in which the expansion with four Deh voltage measuring strips, which are connected as a full bridge, measured filtering can be used when operating with DC voltage, such as a demodulation of a carrier frequency and there are no fre in the dynamic distance measurement sequence-dependent phase error.
Die weiter unten näher beschriebene erfindungsgemäße Anordnung von vier Dehnungsmeßstreifen ermöglicht eine thermisch gute Koppelung der einzelnen Dehnungsmeßstreifen, wodurch thermische Einflüsse auf die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messung weitgehend kompensiert werden können. Die thermisch gute Koppe lung erfolgt insbesondere durch Verbindungsblöcke zwischen den Biegearmen aus gut leitendem Material.The inventive arrangement described in more detail below of four strain gauges enables a thermally good one Coupling of the individual strain gauges, whereby thermal Influences on the sensitivity and accuracy of the measurement can be largely compensated. The thermally good Koppe lung is done in particular by connecting blocks between the Bending arms made of highly conductive material.
Auch ermöglicht eine Anordnung gemäß den Fig. 2 und 3 von je weils zwei Dehnungsmeßstreifen auf zwei Biegeschenkeln, daß störende Einflüsse von eventuell auftretenden Torsionen am Biegearm um die Längsachse keinen negativen Einfluß auf das Meßergebnis haben.Also, an arrangement according to FIGS . 2 and 3 of two strain gauges each on two bending legs enables interfering influences of possibly occurring torsions on the bending arm around the longitudinal axis to have no negative influence on the measurement result.
Auch ist es möglich, die Empfindlichkeit der Messung dadurch zu variieren und auf das gegebene Meßproblem abzustellen, daß die Dicke des Biegearmes entsprechend eingestellt wird. Dabei kann die Empfindlichkeit der Meßanordnung durch gezieltes Verjüngen der Biegearme an bestimmten Teilabschnitten deutlich erhöht werden.It is also possible to increase the sensitivity of the measurement vary and based on the given measurement problem that the The thickness of the bending arm is adjusted accordingly. It can the sensitivity of the measuring arrangement through targeted tapering the bending arms increased significantly at certain sections become.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:Exemplary embodiments of the invention are described below the drawing described in more detail. It shows:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung für die dynamisch-mecha nische Analyse von Probenkörpern; Figure 1 schematically shows a device for the dynamic mechanical analysis of specimens.
Fig. 2-6 unterschiedliche Ausgestaltungen von Wegaufnehmern; und Fig. 2-6 different configurations of displacement transducers; and
Fig. 7 ein Schaltbild für eine Brückenschaltung von vier Dehnungsmeßstreifen. Fig. 7 is a circuit diagram for a bridge circuit of four strain gauges.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung für die dynamisch-mechanische Analyse. Fig. 1 shows a device for the dynamic mechanical analysis.
Eine Krafterzeugungseinrichtung 10 erzeugt eine oszillierende Kraft und weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Solenoid auf, dessen Anker 12 entsprechend einem elektrischen Kraftsignal, welches auf der Leitung 38 eingegeben wird, in Richtung des Pfeiles P1 oszilliert.A force generating device 10 generates an oscillating force and, in the exemplary embodiment shown, has a solenoid, the armature 12 of which oscillates in the direction of arrow P 1 in accordance with an electrical force signal which is input on line 38 .
Die Krafterzeugungseinrichtung 10 ist in einem Schlitten 14 an geordnet, der in einem Rahmen 16 gelagert ist. Die Relativstel lung zwischen dem Schlitten 14 und dem Rahmen 16 ist entspre chend dem Pfeil P2 einstellbar, und zwar mittels eines Schritt motors 18, der seine Steuersignale über eine Leitung 44 erhält.The force generating device 10 is arranged in a carriage 14 , which is mounted in a frame 16 . The Relativstel development between the carriage 14 and the frame 16 is accordingly the arrow P 2 adjustable, by means of a step motor 18 , which receives its control signals via a line 44 .
Bei einer Messung bewegt sich der Schlitten 14 in bezug auf den Rahmen 16 nicht, d. h. in einer einmal mittels des Schrittmotors 18 eingestellten Stellung ist der Schlitten 14 als ortsfest an zusehen und der Anker 12 der Krafterzeugungseinrichtung 10 be wegt sich in bezug auf den Schlitten 14 entsprechend dem Dop pelpfeil P1.During a measurement, the carriage 14 does not move with respect to the frame 16 , ie in a position once set by means of the stepping motor 18 , the carriage 14 can be seen as stationary and the armature 12 of the force generating device 10 moves with respect to the carriage 14 according to the double arrow P 1 .
Die Kraft, die oszillierend entsprechend dem Doppelpfeil P1 von der Krafterzeugungseinrichtung 10 erzeugt wird, wird mittels eines Stempels 22 auf einen zu untersuchenden Probenkörper 24 übertragen. Die Kraftfunktion ergibt sich aus den elektrischen Daten der Krafterzeugungseinrichtung 10, also insbesondere aus dem über die Leitung 38 eingegebenen sogenannten Kraftsignal, welches das Solenoid steuert. Der Stempel 22 führt in Fig. 1 eine oszillierende Bewegung nach unten bzw. oben aus, die zum einen von der Kraft abhängt und zum anderen von den mechani schen Eigenschaften des Probenkörpers 24, insbesondere dessen Speichermodul E′ und dessen dynamischem Verlustfaktor tangδ. Dies ist als solches bekannt.The force which is generated by the force generating device 10 in an oscillating manner in accordance with the double arrow P 1 is transmitted to a sample body 24 to be examined by means of a stamp 22 . The force function results from the electrical data of the force generating device 10 , that is to say in particular from the so-called force signal which is input via the line 38 and which controls the solenoid. The plunger 22 performs an oscillating movement downwards or upwards in FIG. 1, which depends on the one hand on the force and on the other hand on the mechanical properties of the specimen 24 , in particular its storage module E 'and its dynamic loss factor tangδ. This is known as such.
Um die Auslenkung des Probenkörpers 24 zu messen, ist der Stem pel 22 fest mit einem Wegaufnehmer 20 verbunden. Der erfin dungsgemäße Wegaufnehmer 20 wird weiter unten näher erläutert.In order to measure the deflection of the specimen 24 , the stem 22 is firmly connected to a displacement sensor 20 . The displacement transducer 20 according to the invention is explained in more detail below.
Weiterhin zeigt Fig. 1 einen Halter 26 für den Probenkörper 24 und eine Temperiereinrichtung 28, mit der die Temperatur des Probenkörpers 24 gesteuert werden kann. Die Auslenkung des Pro benkörpers ist in Fig. 1 schematisch durch den Pfeil 30 ange deutet. Ein Thermoelement 32 mißt die Temperatur des Proben körpers 24 und ein weiteres Thermoelement 34 mißt die Tempera tur der Temperiereinrichtung 28, so daß die Temperatur des Pro benkörpers 24 steuerbar ist.Furthermore, Fig. 1 shows a holder 26 for the probe 24 and a temperature control device 28, with which the temperature of the sample body 24 can be controlled. The deflection of the sample body is indicated schematically in FIG. 1 by the arrow 30 . A thermocouple 32 measures the temperature of the sample body 24 and another thermocouple 34 measures the tempera ture of the temperature control device 28 , so that the temperature of the pro body 24 is controllable.
Eine Steuerung 42 erzeugt das Kraftsteuersignal, welches über die Leitung 38 zur Krafterzeugungseinrichtung 10 abgegeben wird. Weiterhin nimmt die Steuerung 42 das Wegaufnehmersignal über die Leitung 40 an.A controller 42 generates the force control signal, which is output via line 38 to the force generating device 10 . The controller 42 also accepts the displacement sensor signal via the line 40 .
Eine Steuerung 52 steuert und regelt die Temperiereinrichtung 28. Eine weitere Steuerung 54 steuert über eine Leitung 44 den Schrittmotor 18 und erhält über eine Leitung 46 die Signale des Probenthermoelementes 32. Ein Rechner 56 dient der Überwachung und Auswertung der Messung.A controller 52 controls and regulates the temperature control device 28 . Another controller 54 controls the stepper motor 18 via a line 44 and receives the signals of the sample thermocouple 32 via a line 46 . A computer 56 is used to monitor and evaluate the measurement.
Wie oben bereits erläutert ist, setzt die Krafterzeugungsein richtung 10 das über die Leitung 38 erhaltene elektrische Sig nal in eine Kraft um, die über den Stempel 22 auf den Proben körper 24 übertragen wird. Die vom Wegaufnehmer 20 registrierte Position des Stempels stellt die resultierende Auslenkung der Probe 24 dar. Der weiter unten näher beschriebene Wegaufnehmer gibt das Wegsignal des Stempels 22 sehr empfindlich und auch bei höheren Frequenzen nahezu unverzerrt und ohne Zeitverzöge rung wieder.As already explained above, the Krafterzeugungsein device 10 converts the electrical signal received via the line 38 into a force which is transmitted to the sample body 24 via the stamp 22 . The position of the stamp registered by the displacement sensor 20 represents the resulting deflection of the sample 24. The displacement sensor described in more detail below gives the displacement signal of the stamp 22 very sensitive and almost undistorted even at higher frequencies and without time delay.
Wie oben bereits erläutert ist, ist die Krafterzeugungseinrich tung 10 mittels des Schrittmotores 18 gegen die Probenhalterung 26 vertikal verschiebbar. Damit lassen sich Vorspannungen auf die Proben 24 aufbringen und eine Anpassung an unterschiedliche Probendicken ist leicht möglich.As already explained above, the force generating device 10 is vertically displaceable by means of the stepping motor 18 against the sample holder 26 . Preloads can thus be applied to the samples 24 and adaptation to different sample thicknesses is easily possible.
Die Fig. 2 bis 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Wegaufnehmern 20. Figs. 2 to 6 show various embodiments of transducers 20th
Gemäß Fig. 2 besteht der Wegaufnehmer 20 dieses Ausführungsbei spieles im wesentlichen aus zwei Armen 60, 62. In bezug auf die Richtung der oszillierenden Kraft, die in Fig. 1 durch den Dop pelpfeil P1 angegeben ist, weist der Wegaufnehmer 20 gemäß Fig. 2 einen oberen Biegearm 60 und einen unteren Biegearm 62 auf, d. h. in bezug auf die Längsachse des Stempels 22 (Doppel pfeil P1) ist ein Biegearm 60 näher an der Krafterzeugungsein richtung 10 angeordnet, während der andere Biegearm 62 näher am Probenkörper 24 angeordnet ist. Wie Fig. 2 zeigt, ist das aus den beiden Biegearmen 60, 62 gebildete Federelement auf der einen Seite fest mit dem Schlitten 14 (welcher während einer Messung ortsfest ist) verbunden, während das andere Ende der beiden Biegearme starr mit dem Stempel 22 verbunden ist, der in den Fig. 2 bis 6 schematisch angedeutet und dessen oszillierende Bewegung durch Pfeile dargestellt ist.Referring to FIG. 2, the transducer 20 of this game Ausführungsbei essentially of two arms 60, 62. With respect to the direction of the oscillating force, which is indicated in FIG. 1 by the double arrow P 1 , the displacement sensor 20 according to FIG. 2 has an upper bending arm 60 and a lower bending arm 62 , ie with respect to the longitudinal axis of the punch 22 (double arrow P 1 ), a bending arm 60 is arranged closer to the force generating device 10 , while the other bending arm 62 is arranged closer to the specimen 24 . As shown in FIG. 2, the spring element formed from the two bending arms 60 , 62 is firmly connected on one side to the slide 14 (which is stationary during a measurement), while the other end of the two bending arms is rigidly connected to the punch 22 , which is indicated schematically in FIGS. 2 to 6 and whose oscillating movement is represented by arrows.
Zwischen den beiden Biegearmen 60, 62 ist ein Hohlraum 64 frei.A cavity 64 is free between the two bending arms 60 , 62 .
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Wegaufnehmer 20 gemäß Fig. 2 von oben. Danach sind auf dem oberen Biegearm 60 nebeneinander zwei Dehnungsmeßstreifen 66a, 66b befestigt. Analog sind auf dem unteren Biegearm zwei Dehnungsmeßstreifen angeordnet, von denen in Fig. 2 nur der vordere Dehnungsmeßstreifen 68a gezeigt ist. Aus den Fig. 2 und 3 ist auch die relative räumliche An ordnung der Dehnungsmeßstreifen in bezug auf die Bewegung des Stempels 22 zu entnehmen, d. h. bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Dehnungsmeßstreifen jeweils auf beiden Biegearmen 60 bzw. 62 angeordnet, und zwar so, daß die zwei auf einem Arm angeordneten Dehnungsmeßstreifen jeweils senkrecht zur Bewe gungsrichtung des Stempels nebeneinander und mit im wesent lichen gleichem Abstand zur Längsachse des Bewegungsstempels 22 positioniert sind. FIG. 3 shows a top view of the displacement sensor 20 according to FIG. 2 from above. Then two strain gauges 66 a, 66 b are fastened next to each other on the upper bending arm 60 . Analogously, two strain gauges are arranged on the lower bending arm, of which only the front strain gauge 68 a is shown in FIG. 2. From FIGS. 2 and 3, the relative spatial An is arrangement of the strain gauges with respect to the movement of the punch to remove 22, that in this embodiment two strain gauges are arranged on both the bending arms 60 and 62, respectively, in such a way that the two strain gauges arranged on one arm are positioned perpendicular to the direction of movement of the plunger next to one another and at a substantially equal distance from the longitudinal axis of the movement plunger 22 .
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem auf dem oberen Biegearm 60 zwei Dehnungsmeßstreifen 66a und 70a befestigt sind. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den Wegaufneh mer gemäß Fig. 4 von oben. Danach sind die beiden Dehnungsmeß streifen 66a, 70a senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stempels 22 angeordnet, jedoch mit unterschiedlichem Abstand zur Längs achse des Stempels 22. FIGS. 4 and 5 show another embodiment, wherein on the upper bending arm 60, two strain gauges 66 a and 70 a are mounted. Fig. 5 shows a plan view of the Wegaufneh mer according to FIG. 4 from above. Then the two strain gauges 66 a, 70 a are arranged perpendicular to the direction of movement of the stamp 22 , but at different distances from the longitudinal axis of the stamp 22nd
Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Biegearme, wobei die Biegearme 60, 62 so ausgestaltet sind, daß sie in denjeni gen Bereichen, in denen die Dehnungsmeßstreifen 66a bzw. 68a befestigt sind, Verjüngungen 74, 76 aufweisen zur Erhöhung des Auslenkungs/Dehnungsverhältnisses. In den Verjüngungsbereichen 74, 76 weisen die Biegearme also einen geringeren Durchmesser auf. Fig. 6 shows a preferred embodiment of the bending arms, wherein the bending arms 60 , 62 are designed so that they have tapering 74 , 76 in those areas in which the strain gauges 66 a and 68 a are attached to increase the deflection / Stretch ratio. The bending arms therefore have a smaller diameter in the tapering regions 74 , 76 .
Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Wegaufnehmer 20 gemäß den Fig. 2 bis 6 bewirkt eine Stempelbewegung eine Ver biegung der Biegearme 60, 62 und somit eine Längenänderung der Dehnungsmeßstreifen. Die Dehnungsmeßstreifen sind jeweils in die Randbereiche der Biegearme integriert und ihre Längenände rung ist ein direktes Maß für die Bewegung des Stempels und damit die Auslenkung der Probe 24. In all the described embodiments of the displacement sensor 20 according to FIGS. 2 to 6, a stamp movement causes a bending of the bending arms 60 , 62 and thus a change in the length of the strain gauges. The strain gauges are each integrated into the edge regions of the bending arms and their length change is a direct measure of the movement of the punch and thus the deflection of the sample 24 .
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die jeweils verwendeten mehreren Dehnungsmeßstreifen thermisch gut gekop pelt. Für die Biegearme eignet sich insbesondere ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit. Wie dargestellt ist, wei sen die Biegearme jeweils Verbindungskörper 80, 82 auf, die eine hohe mechanische Stabilität und einen guten thermischen Kontakt zwischen den Dehnungsmeßstreifen gewährleisten. An einem Ende des Wegaufnehmers 20 ist der Verbindungskörper 80 mit dem Schlitten 14 verbunden, während der andere Verbindungs körper 82 am anderen Ende des Wegaufnehmers 20 den Stempel 22 aufnimmt.In the illustrated embodiments, the multiple strain gauges used in each case are thermally well coupled. A material with high thermal conductivity is particularly suitable for the bending arms. As shown, the bending arms each have connecting bodies 80 , 82 which ensure high mechanical stability and good thermal contact between the strain gauges. At one end of the displacement sensor 20 , the connecting body 80 is connected to the carriage 14 , while the other connecting body 82 receives the stamp 22 at the other end of the displacement sensor 20 .
Wenn auf beiden Biegeschenkeln jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen nebeneinander angebracht sind (Fig. 2, 3), kann der Einfluß einer eventuell auftretenden Torsion der Biegearme um ihre Längsachse kompensiert werden.If two strain gauges are attached next to each other on both bending legs (FIGS . 2, 3), the influence of any torsion of the bending arms about their longitudinal axis can be compensated for.
Fig. 7 zeigt eine Brückenschaltung für die Dehnungsmeßstreifen gemäß den Fig. 2 und 3. Die Brücke wird mit Gleichspannung be trieben, so daß eine Filterung, wie sie z. B. bei einer Demodu lation einer Trägerfrequenz auftritt, entfällt. Somit ergeben sich bei einer dynamischen Wegmessung keine frequenzabhängigen Phasenfehler. Ein Abgleichwiderstand RA dient der Einstellung der Meßbrücke. Ein Differenzverstärker 84 nimmt das Brücken signal auf und gibt eine Differenzspannung UA in bezug auf das Massepotential ab. Fig. 7 shows a bridge circuit for the strain gauges according to FIGS. 2 and 3. The bridge is operated with DC voltage, so that filtering, such as. B. occurs in a demodu lation of a carrier frequency, not applicable. This means that there are no frequency-dependent phase errors in a dynamic displacement measurement. A balancing resistor R A is used to set the measuring bridge. A differential amplifier 84 receives the bridge signal and outputs a differential voltage U A with respect to the ground potential.
Claims (5)
- - einer Krafterzeugungseinrichtung (10),
- - einem Stempel (22) zum Übertragen einer Kraft von der Krafterzeugungseinrichtung (10) auf den Probenkörper (24),
- - und mit einem Wegaufnehmer (20) zum Messen des Weges des Stempels (22) bei der Kraftübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Wegaufnehmer (20) zumindest einen Biegearm (60, 62) aufweist, der an einem Ende mit dem Stempel (22) verbunden und am anderen Ende ortsfest gelagert ist, und daß
- - am Biegearm (60, 62) zumindest ein Dehnungsmesser (66, 68, 70, 72) angeordnet ist, dessen Längenänderung als Maß für den Weg des Stempels (22) dient.
- - a force generating device ( 10 ),
- a stamp ( 22 ) for transmitting a force from the force generating device ( 10 ) to the specimen ( 24 ),
- - And with a displacement sensor ( 20 ) for measuring the path of the plunger ( 22 ) in the power transmission, characterized in that
- - The displacement transducer ( 20 ) has at least one bending arm ( 60 , 62 ) which is connected at one end to the punch ( 22 ) and is fixedly mounted at the other end, and that
- - At least one strain gauge ( 66 , 68 , 70 , 72 ) is arranged on the bending arm ( 60 , 62 ), the change in length of which serves as a measure of the path of the punch ( 22 ).
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