CS213848B1

CS213848B1 - Extensometer

Info

Publication number: CS213848B1
Application number: CS34580A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Vandrovec; Jiri Hradecky
Original assignee: Miloslav Vandrovec; Jiri Hradecky
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1982-04-09

Description

Vynález se týká extenzometru sloužícího k měření deformací zkušebních materiálových vzorků, přičemž se měřená deformace převádí na elektrický signál vhodný k dalšímu, případně automatickému zpracování.The invention relates to an extensometer for measuring the deformation of test material samples, wherein the measured deformation is converted into an electrical signal suitable for further or automatic processing.

Kromě běžných známých extenzometrů mechanických a mechanicko-optických a přímým, vizuálním odečítáním měřené deformace se v současné dobš častěji používá extenzometrů s elektrickým výstupním signálem, úměrným měřené deformaci. Nejjednodušším typem takového extenzometru je elektrický odporový tenzometr drátový nebo polovodičový, který se upevňuje lepením přímo na zkoušený vzorek materiálu nebo část zkoušené konstrukce. Závažnou nevýhodou tohoto způsobu měření deformací je závislost elektrického signálu na okolní teplotě a dále skutečnost, že odporový tenzometr nemůže být použit opakovaně pro měření na jiných vzorcích nebo konstrukcích. Kromě toho je příprava měření pracná, zdlouhavá a výsledky měření nemusí být zcela spolehlivé, protože vlastnosti použitého odporového tenzometrů nelze za stejných podmínek exaktně ověřit. Proto se v současné době stále častěji používají extenzometry provedené jako samostatné přístroje, které se vhodnými prostředky upevňují k měřenému vzorku nebo konstrukci a které lze po ekončení jednoho měření použít opakovaně k dalším měřením a které lze individuelně předem ocejchovat, případně seřídit, s pomocí vhodného speciálního zkušebního zařízení. Tyto extenzometry obvykle obsahují dvojici tuhých ramen, které ae vždy jedním ze svých konců připojují ke zkoušenému vzorku, úchylka ramen odpovídající deformaci vzorku se mechanicky převádí na deformaciIn addition to the conventional known mechanical and mechanical-optical extensometers and direct, visual reading of the measured deformation, extensometers with an electrical output signal proportional to the measured deformation are currently more frequently used. The simplest type of such extensometer is an electrical resistance strain gauge, wired or semiconductor, which is attached directly to the test material sample or part of the test structure by gluing. A serious disadvantage of this deformation measurement method is the dependence of the electrical signal on ambient temperature and the fact that the resistance strain gauge cannot be used repeatedly for measurement on other samples or structures. Moreover, the preparation of the measurements is laborious, time consuming and the results of the measurements may not be completely reliable because the properties of the resistance strain gauges used cannot be exactly verified under the same conditions. Therefore, extensometers designed as stand-alone instruments are nowadays increasingly used, which are attached to the measured sample or structure by suitable means and which can be reused for further measurements after completion of one measurement and can be individually calibrated or adjusted individually using suitable special test equipment. These extensometers usually contain a pair of rigid arms that always connect one end to the test sample, the deflection of the arms corresponding to the deformation of the sample is mechanically converted to deformation

213 848 pružného prvku, obvykle ve tvaru plochého pružného pásu, ne němž jsou umístěny měřící elektrické odporové tenzometry, obvykle zapojené do můstku za účelem kompenzace přídavných, například teplotních chyb. Jedním z takových extenzometrů, vhodný zejména pro dynamická měření při vyšších frekvencích, je extenzometr podle patentu DBA číslo 3 789 508 z roku 1974, u něhož jsou obě ramena spojena křížovým pružným závěsem konkrétně provedeným tak, že jeden pružný pás je umístěn ve aměru podél ramen a dva pružné pásy jsou umístěny napřič směru ramen, přičemž elektrické tenzometry jsou umístěny na těchto příčných pružných pásech· Výhodou tohoto uspořádání s křížovým pružným závěsem je vysoká vlastní frekvence extenzometrů, což jej činí vhodným pro měření při únavových zkouškách, nevýhodou tohoto konkrétního provedení je rozměrnost a složitost konstrukce křížového pružného závěsu, nemožnost seřízení deformace elektrických tenzometrů, možnost vzniku chyb měření, v důsledku bočních výchylek ramen a výrobní složitost prostředků omezujících maximální deformaci křížového pružného závěsu a elektrických tenzometrů.213 848 of a resilient element, usually in the form of a flat resilient band, on which the measuring electrical resistance strain gauges, typically connected in the bridge, are accommodated to compensate for additional, for example, temperature errors. One such extensometer, particularly suitable for dynamic measurements at higher frequencies, is the extensometer according to DBA Patent No. 3,789,508 of 1974, in which both arms are connected by a cross elastic hinge specifically designed so that one elastic band is positioned in a direction along the arms and two elastic belts are placed across the direction of the arms and the electric strain gauges are located on these transverse elastic belts · The advantage of this cross-hinge arrangement is the high intrinsic extensometer frequency which makes it suitable for fatigue testing, the disadvantage of this particular embodiment is and the complexity of the design of the cross elastic suspension, the impossibility of adjusting the deformation of electric strain gauges, the possibility of measurement errors due to lateral deflections of the arms and the manufacturing complexity of the means limiting the maximum deformation of the cross Joint hinge and electrical strain gauges.

Uvedené nevýhody při zachování výhod křížového pružného závěsu odstraňuje extenzometr podle vynálezu, jehož podstatou je, že křížový pružný závěs je tvořen měřicím pružným pásem s elek trickými tenzometry umístěným rovnoběžně se směrem ramen a dvojicí nosných pružných pásů umístěných kolmo ke směru ramen a k měřicímu pružnému pásu. Úchyty konců měřicího pružného pásu mohou být přitom provedeny přestavitelně vzhledem k ramenům.These drawbacks, while retaining the advantages of the cross-elastic suspension, are overcome by the extensometer of the invention, which consists in that the cross-elastic suspension consists of a measuring elastic belt with electrical strain gauges disposed parallel to the shoulders and a pair of supporting elastic strips perpendicular to the direction of the arms. In this case, the clamps of the ends of the measuring elastic strip can be adjusted in relation to the arms.

Umístěním měřicího pružného pásu rovnoběžně se směrem ramen se dosáhne jednodušší, méně rozměrné a hmotné konstrukce extenzometrů, vyšší vlastní frekvence a odstranění chyb měření vznikajících případnými bočními výchylkami ramen. Délku měřicího pružného pásu lze přitom volit nezávisle na vzájemné vzdálenosti ramen, čímž se snadněji dosáhne požadovaných měřicích parametrů. Přestavitelným provedením úchytů konců měřicího pružného pásu se navíc umožní plynulé seřízení nulové hodnoty a rozsahu elektrického signálu.Placing the measuring elastic strip parallel to the direction of the arms results in a simpler, less dimensional and massive extensometer design, higher natural frequencies and elimination of measurement errors due to possible lateral deflection of the arms. In this case, the length of the measuring elastic strip can be selected independently of the distance between the legs, which makes it easier to obtain the desired measuring parameters. In addition, the adjustable adjustment of the ends of the measuring elastic strip enables a continuous adjustment of the zero value and the range of the electrical signal.

Další zdokonalení extenzometrů podle vynálezu spočívá v tom, že je vybaven dorazovými prostředky omezujícími maximální deformaci měřicího pružného pásu, které jsou tvořeny dorazovými dvojicemi skládajícími se z dorazového šroubu uloženého v jednom ramenu a z dorazové plochy vytvořené na druhém ramenu, přičemž dorazové dvojice jsou vytvořeny na opačných částech ramen definovaných rovinou nosných pružných pásů.A further improvement of the extensometers according to the invention is provided with stop means limiting the maximum deformation of the measuring elastic strip, comprising stop pairs consisting of a stop screw mounted in one arm and a stop surface formed on the other arm, the stop pairs being formed on opposite the arm portions defined by the plane of the supporting elastic bands.

Výhodou tohoto provedení dorazových prostředků je mimořádná výrobní jednoduchost a navíc možnost přesného seřízení maximální deformace měřicího pružného pásu.The advantage of this design of the stop means is the exceptional manufacturing simplicity and, moreover, the possibility of accurately adjusting the maximum deformation of the measuring elastic strip.

Součástí extenzometrů podle vynálezu mohou byt zdokonalené prostředky ke spojení se zkoušeným materiálovým vzorkem. Zdokonalení spočívá v tom, že vyměnitelné nožové lisy s břitem bočně přesahují ramena a mají v přesahujících částech vytvořeny otvory a zářezy k ucliycení upevňovacích pružných prvků, obemykajících zkoušený vzorek, a v tom, že upevňovací pružný prvek je tvořen tvarovou pružinou, jejíž střední část dotýkající se zkoušeného vzorku je provedena ve tvaru V a boční části tvoří pružné smyčky zakončené háky zapadajícími do otvorů a zářezů v nožových listech s břitem.Extensometers according to the invention may include improved means for connection to the test material sample. The improvement consists in that the exchangeable knife presses with a cutting edge extend laterally over the shoulders and have openings and slots in the overlapping parts to accommodate the fastening resilient elements enclosing the test sample, and in that the fastening resilient element is formed by a shaped spring, of the test sample is V-shaped and the lateral parts form flexible loops terminated by hooks engaging in holes and slits in the knife blade with the cutting edge.

Vytvořením otvorů a zářezů k uchycení upevňovacích pružných prvků přímo v přesahujících částech nožových listů se zjednoduší konstrukce extenzometrů a umožní se použití extenzometrůBy providing holes and slots for attaching fastening resilient members directly in the overlapping portions of the blade, extensometer design is simplified and extensometers can be used

213 848 k měření zkušebních vzorků různého příčného průřezu e tvaru při pouhé výměně nožových listů s vhodně umístěnými otvory a zářezy. Použití popsaného upevňovacího pružného prvku tvořeného tvarovou pružinou je zvlášt výhodné pro zkušební vzorky kruhového příčného průřezu, u nichž zabraňuje nežádoucímu bočnímu posuvu extenzometru vzhledem ke zkoušenému vzorku.213 848 for measuring test specimens of different cross-section e-shape by merely replacing knife blades with suitably positioned holes and notches. The use of the described spring-shaped fastening element is particularly advantageous for test specimens of circular cross-section in which it prevents undesirable lateral displacement of the extensometer relative to the test specimen.

Na připojených výkresech jsou znázorněny dva příklady provedení extenzometru podle vynálezu. Na obr. 1 je znázorněn extenzometr včetně prostředků ke spojení se zkoušeným materiálovým vzorkem kruhového průřezu. Na obr. 2 je znázorněna část extenzometru v provedení s přestavitelnými úchyty konců měřícího pružného pásu. Na obr. 3 je znázorněn půdorys extenzometru s částečným pohledem na měřící pružný pás.Two exemplary embodiments of an extensometer according to the invention are shown in the accompanying drawings. Fig. 1 shows an extensometer including means for connection to a material sample of circular cross-section. FIG. 2 shows a part of an extensometer in an embodiment with adjustable ends of the measuring elastic strip. FIG. 3 is a plan view of the extensometer with a partial view of the measuring elastic strip.

Dvojice rovnoběžných ramen 10 a 20 je vzájemně spojena křížovým pružným závěsem, tvořeným měřicím pružným pásem 22 ^a dvěma nosnými pružnými pásy 31 a 32. Všechny pružné pásy jsou pevně uchyceny vždy jedním koncem na jednom ramenu a druhým koncem na druhém ramenu. Na jednom z konců obou ramen 10 a 20 jsou upevněny nožové listy 40 a 41 dotýkající se svými břity zkoušeného materiálového vzorku 60. Měřené deformace materiálového vzorku, jíž jest podélné prodloužení nebo zkrácení části vzorku mezi břity obou nožových listů 40 a 41, způsobuje vzájemné natočení obou ramen 10 a 20 kolem osy otáčení ležící přibližně v průsečnici rovin proložených měřicím pružným pásem 22 a oběma nosnými pružnými pásy 2i a 22· Tím dochází k pružnému prohnutí všech pružných pásů, deformace měřicího pružného pásu 30 se přitom snímá elektrickými tenzometry 33, umístěnými na jeho povrchu. Elektrické tenzometry 33 jsou obvykle zapojeny do můstku; zapojení je běžně známé a proto na výkresech není znázorněno.The pair of parallel arms 10 and 20 is connected to each other by a cross elastic suspension formed by a measuring elastic band 22 ^and two supporting elastic strips 31 and 32. All elastic strips are fixedly fixed by one end on one arm and the other end on the other arm. At one end of both arms 10 and 20, knife blades 40 and 41 are in contact with their cutting edges of the test material sample 60. The measured deformation of the material sample, which is the longitudinal extension or shortening of a portion of the sample between the blades the two arms 10 and 20 about the axis of rotation lying approximately at the intersection of the planes interspersed with the measuring elastic band 22 and the two supporting elastic bands 21 and 22, thereby causing the elastic bending of all the elastic bands. its surface. Electrical strain gauges 33 are usually connected to a bridge; the wiring is well known and therefore not shown in the drawings.

Úchyty konců měřicího pružného pésu 30 mohou být provedeny buď nepřestavitelně pomocí výstupků 11, příložky 12 a šroubů 13 na ramenu 10 a obdobně na ramenu 20 anebo přestavitelně. Přestavitelně úchyty znázorňuje obr. 2. Jedno z možných provedení se skládá z příložky 12, vložky 14 a podložky 15, mezi nimiž jsou pomocí šroubů 13 sevřeny jednak konec měřicího pružného pásu 22» jednak rameno 10. Otvory v měřicím pružném pásu 30 i v ramenu 10, jimiž prochází šrouby 13, jsou přitom tvarově upraveny tak, že po uvolnění šroubů 13 lze úchyt přestavit podél ramene a měřicího pružného pásu. Tím ae docílí změny délky volné pružící části měřicího pružného pásu 22» důsledkem je změna relativní deformace měřicího pružného pésu a změna rozsahu signálu elektrických tenzometrů 32· Jiné možné provedení přestavitelného úchytu spočívá v upevnění konce měřicího pružného pásu 22 K nástavci 21, spojenému s ramenem 20 jednak poddajnou spojkou 22, jednak stavěcím šroubem 23 a upevňovacím šroubem 24» Přestavením šroubů 23 a 2£ se mění počáteční deformace měřicího pružného pásu 30 a tím seřizuje nulová hodnota signálu elektrických tenzometrů 22·The clamps of the ends of the measuring elastic seal 30 may be made either permanently by means of the projections 11, the shim 12 and the screws 13 on the arm 10 and similarly on the arm 20 or in an adjustable way. An adjustable embodiment of the clamps is shown in FIG. 2. One possible embodiment consists of a shim 12, a shim 14 and a shim 15 between which the end of the measuring band 22 »and the arm 10 are clamped by screws 13. 10, through which the screws 13 pass, are shaped in such a way that after the screws 13 have been loosened, the grip can be adjusted along the arm and the measuring elastic strip. This results in a change in the relative deformation of the measuring elastic seal and a change in the signal range of the electric strain gauges 32. Another possible embodiment of the adjustable clamp is to fasten the end of the measuring elastic band 22 to the extension 21 connected to the arm 20 on the one hand, by the flexible coupling 22, on the other hand by the adjusting screw 23 and the fastening screw 24 »By adjusting the screws 23 and 26, the initial deformation of the measuring elastic band 30 is changed and thus the zero signal of the electric strain gauges 22 is adjusted.

Dorazy omezující vzájemné natočení ramen 10 a 20 a t ím maximální deformaci měřicího pružného pásu 30 jsou tvořeny dorazovými šrouby 16 a 25 uloženými v opačných částech ramen 10 a 20 vzhledem k rovině nosných pružných pásů 31 a 32. Proti každému dorazovému šroubu jsou na druhém ramenu vytvořeny dorazové plochy, například proti dorazovému šroubu 25 tvoří dorazovou plochu volná strana příložky 12 (obr. 1). Každý z dorazových šroubů omezuje natočení ramen Yždy y Jednom směriii velikost maximálního natočení se nastaví seřízením dorazových šroubů.The stops limiting the relative rotation of the arms 10 and 20 and the maximum deformation of the measuring elastic band 30 are formed by stop screws 16 and 25 mounted in opposite parts of the arms 10 and 20 with respect to the plane of the supporting elastic straps 31 and 32. The stop faces, for example against the stop screw 25, form the stop face on the free side of the shim 12 (FIG. 1). Each of the stop screws limits the rotation of the arms Y y y. In one direction, the maximum rotation is set by adjusting the stop screws.

Ke spojení extenzometru se zkoušeným materiálovým vzorkem může být použito tvarové pružiny 20, jejíž střední část 51 dotýkající se zkoušeného vzoru 60 má tvar V a boční čá3tiiA shape spring 20 may be used to connect the extensometer to the test material sample, the center portion 51 of which is in contact with the test pattern 60, having a V-shape and a side section.

213 848 tvoří pružné smyčky 52 a §3, které jeou dále zakončeny háky 54 a 55. Při upevněném extenzometru háky g4 a Q zapadají bud do otvorů £2 nebo zářezů 4g vytvořených v bočních částech nožových listů 41 a 42.213 848 are formed by resilient loops 52 and 34 which are further terminated by hooks 54 and 55. With the extensometer attached, hooks g4 and Q engage either the openings 52 or notches 4g formed in the side portions of the knife blades 41 and 42.

Extenzometr podle vynálezu je určen především k měření deformací zkušebních materiálových vzorků, může však být použit i jinde k měření malých pohybů.The extensometer according to the invention is primarily intended for measuring the deformation of test material samples, but it can also be used elsewhere to measure small movements.

Claims

1. Extensometer, consisting of a pair of rigid, parallel arms, provided at each end with means for connecting to the test sample, the deformation of which is measured, of a cross-elastic suspension between the two arms consisting of a set of elastic bands fixed at one end to one arm and the other end to a second arm, electrical strain gauges disposed on at least one of the elastic bands and stop means limiting relative movement of the arms, characterized in that the cross elastic suspension comprises a measuring elastic band (30) with electrical strain gauges (33) parallel to the direction of the arms (10 and 20) and a pair of supporting elastic bands (31 and 32) located ^H * perpendicular to the direction of the arms (10 and 20) and to the measuring elastic band (30).

Extensometer according to claim 1, characterized in that the ends of the measuring elastic strip (30) to the legs (10, 20) are adjustable relative to the legs (10, 20).

Extensometer according to claim 1, characterized in that the stop means limiting relative movement of the arms are formed by stop pairs consisting of a stop screw (16 and 25) housed in one arm (10 and 20) and a stop surface formed on each other arm ( 20 and 10), the stop pairs being formed on opposite portions of the arms defined by the plane of the supporting elastic bands (31 and 32).