DE102005025608B3

DE102005025608B3 - Extensometer for high temperatures

Info

Publication number: DE102005025608B3
Application number: DE200510025608
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Westerheide; Erhard Haas; Walter Weinschenk; André Schütz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-04
Also published as: WO2006128445A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Längenänderung einer Probe. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei nebeneinander in einer Messebene angeordnete Messstäbe, die in getrennten ersten Lagerungen in einem Lagerblock um parallele erste Drehachsen drehbar gelagert sind, die senkrecht zur Messebene verlaufen. Der Lagerblock ist in einer zweiten Lagerung in einer Aufhängung um eine zweite Drehachse drehbar gelagert, die parallel zu den ersten Drehachsen verläuft. Die Vorrichtung umfasst weiterhin zumindest einen Messsensor zur Erfassung einer Änderung eines Abstandes zwischen den Messstäben. Die Messstäbe sind bei der vorliegenden Vorrichtung aus einem hochtemperaturbeständigen Material mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet. Die ersten Lagerungen und die zweiten Lagerungen sind als Prismenlagerungen ausgebildet. Mit der vorliegenden Vorrichtung lassen sich Messungen bei hohen Temperaturen und hohen Frequenzen durchführen.The present invention relates to a device for measuring a change in length of a sample. The device comprises at least two measuring rods arranged side by side in a measuring plane, which are rotatably mounted in separate first bearings in a bearing block about parallel first axes of rotation, which run perpendicular to the measuring plane. The bearing block is rotatably mounted in a second bearing in a suspension about a second axis of rotation which is parallel to the first axes of rotation. The device further comprises at least one measuring sensor for detecting a change in a distance between the measuring rods. The dipsticks are formed in the present device from a high temperature resistant material with a low coefficient of thermal expansion. The first bearings and the second bearings are designed as prism bearings. With the present device, measurements can be performed at high temperatures and high frequencies.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Längenänderung einer Probe, wobei die Vorrichtung zumindest zwei nebeneinander in einer Messebene angeordnete Messstäbe, einen Lagerblock, in dem die Messstäbe in getrennten ersten Lagerungen um parallele erste Drehachsen drehbar gelagert sind, die senkrecht zur Messebene verlaufen, eine Aufhängung für den Lagerblock, in der der Lagerblock in einer zweiten Lagerung um eine zweite Drehachse drehbar gelagert ist, die parallel zu den ersten Drehachsen verläuft, und einen Messsensor zur Erfassung einer Änderung eines Abstandes zwischen den Messstäben umfasst. Derartige Vorrichtungen sind auch unter dem Begriff Extensometer bekannt.The The present invention relates to a device for measuring a change in length a sample, wherein the device at least two side by side arranged in a measuring plane measuring rods, a storage block in which the measuring sticks rotatable in separate first bearings about parallel first axes of rotation are mounted, which run perpendicular to the measuring plane, a suspension for the bearing block, in which the bearing block in a second bearing about a second axis of rotation is rotatably mounted, which is parallel to the first axes of rotation, and a Measuring sensor for detecting a change a distance between the measuring rods comprises. Such devices are also known by the term extensometer.

In der Werkstoffprüfung ist die Messung des Kraft-Verformungs-Verhaltens erforderlich, um Aussagen zum Dehnungsverhalten, zum Elastizitätsmodul, zum Hystereseverhalten, zur Bruchdehnung und zur Lebensdauer eines Werkstoffes unter thermomechanischer zyklischer oder statischer Beanspruchung zu erhalten. Viele Werkstoffe werden bei ihrem Einsatz mit hohen Temperaturen, wechselnden Temperaturen und/oder hohen Frequenzen belastet. In der Werkstoffprüfung müssen demnach Messsysteme verfügbar sein, die eine Ermittlung von Längenänderungen einer Probe als Basis für die Berechnung der genannten Werkstoffeigenschaften auch bei wechselnden Temperaturen, hohen Temperaturen und/oder hohen Belastungsfrequenzen ermöglichen.In the material testing is the measurement of force-deformation behavior necessary to obtain statements on the expansion behavior, the modulus of elasticity, the hysteresis behavior, the elongation at break and the lifetime of a Material under thermomechanical cyclic or static To receive stress. Many materials are being used with high temperatures, changing temperatures and / or high Frequencies charged. Accordingly, measurement systems must be available in materials testing, the one determination of changes in length a sample as a basis for the calculation of the mentioned material properties even with changing Temperatures, high temperatures and / or high load frequencies enable.

Stand der TechnikState of the art

Neben Messsystemen auf Basis von Dehnmessstreifen sowie berührungslosen optischen Messsystemen werden für die Messung der Längenänderungen auch Extensometer eingesetzt, die einen direkten Kontakt zur Probe erfordern. Bei diesen kontaktierenden Extensometern geben zwei Messstäbe, die über eine reibschlüssige Verbindung direkt an der zu messenden Probe anliegen, die Längenänderung direkt an einen weiter entfernt von der Probe angeordneten Sensor weiter, der eine Abstandsänderung der Messstäbe misst.Next Measuring systems based on strain gauges and non-contact optical measuring systems are used for the measurement of length changes Also used extensometer, which is a direct contact with the sample require. In these contacting extensometers, two dipsticks which pass over one friction Connection abut directly to the sample to be measured, the change in length directly to a sensor further away from the sample Next, the change in distance the measuring sticks measures.

Grundsätzlich besteht bei bekannten Extensometern das Problem, dass diese entweder für die Messung bei hohen Frequenzen oder bei hohen Temperaturen ausgelegt sind. Messungen bei hohen Temperaturen erfordern in der Regel lange Messstäbe, um die Wärmeübertragung auf die Lagerungen und den Sensor zu reduzieren. Durch längere Stäbe steigen jedoch die zu bewegenden Massen, so dass ein Einsatz derartiger Extensometer für Messungen bei hohen Belastungsfrequenzen nicht geeignet ist.Basically exists in known extensometers, the problem that these either for the measurement are designed for high frequencies or at high temperatures. Measurements at high temperatures usually require long dipsticks to the heat transfer to reduce the bearings and the sensor. Go up by longer bars but the masses to be moved, so that use of such Extensometer for Measurements at high load frequencies is not suitable.

Die EP 0697095 B1 beschreibt ein für hohe Temperaturen geeignetes Extensometer, bei dem die beiden Messstäbe kardanisch aufgehängt sind. Um die Anforderungen an hohe Temperaturen zu erfüllen, sind die Messstäbe bei diesem Extensometer vorzugsweise aus keramischen oder faserkeramischen Werkstoffen gebildet. Weiterhin ist das Extensometer mit einer Kühlein richtung versehen, um Teile des Extensometers kontrolliert zu kühlen. Eine derartige Kühlung ist allerdings relativ aufwendig.The EP 0697095 B1 describes an extensometer suitable for high temperatures, in which the two measuring rods are gimbal-mounted. In order to meet the requirements of high temperatures, the dipsticks in this extensometer are preferably made of ceramic or fiber-ceramic materials. Furthermore, the extensometer is provided with a Kühlein direction to control parts of the extensometer controlled. Such cooling is relatively expensive.

Aus der US 4823473 ist ein Extensometer zur Messung der Längenänderung einer Probe bekannt, das zwei nebeneinander in einer Messebene angeordnete Messstäbe aufweist, die in einem Lagerblock in getrennten Lagerungen um parallele erste Drehachsen drehbar gelagert sind, die senkrecht zur Messebene verlaufen. Weiterhin ist eine Aufhängung für den Lagerblock vorgesehen, in der der Lagerblock in einer Lagerung um eine zweite Drehachse drehbar gelagert ist, die parallel zu den ersten Drehachsen liegt. Die Messstäbe bestehen aus einem hochtemperaturbeständigen Material, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ≤ 10^–5 K^–1 aufweist. Die Lagerungen für die Messstäbe und den Lagerblock sind bei dieser Druckschrift als Zapfenlagerungen ausgebildet.From the US 4823473 an extensometer for measuring the change in length of a sample is known, which has two juxtaposed in a measuring plane measuring rods which are rotatably mounted in a bearing block in separate bearings about parallel first axes of rotation which are perpendicular to the measuring plane. Furthermore, a suspension for the bearing block is provided, in which the bearing block is rotatably mounted in a bearing about a second axis of rotation which is parallel to the first axes of rotation. The dipsticks are made of a high temperature resistant material with a coefficient of thermal expansion of ≤ 10 ^-5 K ^-1 . The bearings for the measuring rods and the bearing block are formed in this document as journal bearings.

Die DE 3714185 C3 betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Messung der axialen Dehnung eines Probestabes mit zwei im Abstand und annähernd parallel zueinander angeordneten und gegen den Probestab mittels Federkraft andrückbaren Messstäben, die an jeweils einem Bauteil der Messvorrichtung schwenkbar gelagert sind. Die Messstäbe sind hierbei in einer einfachen Weise mittels Schwenklager, die in Nieten bestehen können, mit dem Gestell verbunden.The DE 3714185 C3 also relates to a device for measuring the axial elongation of a sample bar with two spaced apart and approximately parallel to each other and against the sample rod by means of spring force pressureable measuring rods, which are pivotally mounted on a respective component of the measuring device. The measuring rods are in this case connected in a simple manner by means of pivot bearings, which may consist of rivets, with the frame.

Bei dem Extensometer der US 5083465 A sind die beiden Messstäbe ebenfalls über einfache Drehlagerungen mit einem Lagerblock verbunden, der wiederum an einer Federaufhängung gelagert ist.In the extensometer of the US 5083465 A The two measuring rods are also connected via simple pivot bearings with a bearing block, which in turn is mounted on a spring suspension.

Die US 4939445 zeigt ein Extensometer, bei dem zwei Arme, deren Enden zur Kontaktierung der Probe ausgebildet sind, über ein Drehgelenk miteinander verbunden sind.The US 4939445 shows an extensometer, in which two arms, whose ends are designed to contact the sample, are connected to each other via a hinge.

Die US 4884456 beschreibt ein aufwendig aufgebautes Extensometer, bei dem ein parallelogrammartiger Lagerrahmen für die beiden Messstäbe vorgesehen ist. Die Rahmenteile sind über Biegeverbindungen miteinander verbunden, um eine ungehinderte Bewegung der beiden Messstäbe entlang ihrer Längsachse zu ermöglichen. Auch eine Schwenkbewegung der Messstäbe wird durch Biegeverbindungen ermöglicht.The US 4884456 describes a complex constructed extensometer, in which a parallelogram-like bearing frame is provided for the two measuring rods. The frame parts are connected to one another by means of bending connections, in order to allow unimpeded movement of the two measuring rods along their longitudinal axis. Also one Pivoting movement of the measuring rods is made possible by bending connections.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kontaktierendes Extensometer anzugeben, das einfach aufgebaut und für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist. Das Extensometer soll weiterhin für eine Messung bei hohen Frequenzen geeignet sein oder zumindest auf einfache Weise angepasst werden können.The Object of the present invention is to provide a contacting Specify extensometer that is easy to set up and use is suitable at high temperatures. The extensometer should continue for one Measurement at high frequencies to be suitable or at least simple Can be customized.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The The object is achieved with the device according to claim 1. advantageous Embodiments of the device are the subject of the dependent claims or can be the following description and the embodiments remove.

Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst zumindest zwei nebeneinander in einer Messebene angeordnete Messstäbe, die in getrennten ersten Lagerungen in einem Lagerblock um parallele erste Drehachsen drehbar gelagert sind, die senkrecht zur Messebene verlaufen. Der Lagerblock ist in einer zweiten Lagerung in einer Aufhängung um eine zweite Drehachse drehbar gelagert, die parallel zu den ersten Drehachsen verläuft. Die Vorrichtung umfasst weiterhin zumindest einen Messsensor zur Erfassung einer Änderung eines Abstandes zwischen den Messstäben, die bei der Messung in reibschlüssigem Kontakt mit der Probe stehen. Die beiden Messstäbe sind aus einem hochtemperaturbestän digen Material, vorzugsweise für Temperaturen ≥ 1000° C, mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ≤ 10·10^–6 K^–1 gebildet. Die Vorrichtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die ersten Lagerungen und die zweite Lagerung als Prismenlagerungen ausgebildet sind.The proposed device comprises at least two measuring rods arranged side by side in a measuring plane, which are rotatably mounted in separate first bearings in a bearing block about parallel first axes of rotation, which run perpendicular to the measuring plane. The bearing block is rotatably mounted in a second bearing in a suspension about a second axis of rotation which is parallel to the first axes of rotation. The apparatus further comprises at least one measuring sensor for detecting a change in a distance between the measuring rods, which are in frictional contact with the sample during the measurement. The two measuring rods are made of a high temperature-resistant material, preferably for temperatures ≥ 1000 ° C, formed with a low coefficient of thermal expansion of ≤ 10 · 10 ^-6 K ^-1 . The device is characterized in particular by the fact that the first bearings and the second bearing are designed as prism bearings.

Durch die Wahl von Prismenlagerungen für die Lagerung der Messstäbe und des Lagerblocks besteht nur ein punktueller Kontakt zu den Messstäben. Die beiden Messstäbe weisen hierbei unabhängig von der Temperatur jeweils einen gleich bleibenden Abstand an den Positionen der Lagerung auf, da der Wärmeübergang durch den nur punktuellen Materialkontakt in der Prismenlagerung minimiert ist, so das eine Erwärmung des Lagerblocks durch die Wärmeleitung in den Stäben nahezu ausgeschlossen werden kann. Eine Verklemmung oder Änderung der Position aufgrund einer erhöhten Wärmeleitung durch die Stäbe in die Lagerung und damit eine Verfälschung des Messergebnisses kann daher nicht auftreten. Dies gilt auch für Einflüsse wechselnder Temperaturen. Die Messstäbe selbst sind aufgrund der Prismenlagerung spielfrei gelagert. Die spielfreie Lagerung bietet insbesondere Vorteile bei einer Lastumkehr, d. h. bei Messungen an Proben unter zyklischer Beanspruchung. Auf der anderen Seite bietet die Wahl einer Prismenlagerung den Vorteil eines einfachen, robusten und somit störungsunempfindlichen Aufbaus des Extensometers.By the choice of prism bearings for the Storage of the measuring rods and the bearing block is only a point contact with the measuring rods. The two measuring rods have this independent from the temperature in each case a constant distance to the Positions of storage on, as the heat transfer through the only punctual Material contact in the prism storage is minimized, so one thing warming of the bearing block by the heat conduction in the bars can almost be excluded. A deadlock or change the position due to an increased Heat conduction through The bars in the storage and thus a falsification of the measurement result therefore can not occur. This also applies to influences of changing temperatures. The measuring sticks themselves are stored without play due to the prism bearing. The backlash-free storage offers particular advantages in load reversal, d. H. for measurements on samples under cyclic loading. On On the other hand, choosing a prism bearing offers the advantage a simple, robust and thus interference-resistant construction of the extensometer.

Das vorliegende Extensometer ist unempfindlich gegenüber Veränderungen der Probenoberfläche infolge hoher Temperaturen, bspw. durch Verzunderung, und kann aufgrund der kompakten Bauweise bei geeigneter Wahl der Dimensionen der Messstäbe auch für Messungen bei hohen Frequenzen eingesetzt werden. Hierzu werden Messstäbe aus einem Leichtbaumaterial, d.h. vorzugsweise mit einer Dichte von ≤ 4 g/cm³, gewählt und/oder die Messstäbe in Leichtbauweise ausgeführt. Unter der Ausführung in Leichtbauweise ist hierbei die geometrische Gestaltung der Stäbe zu verstehen, die dann nicht aus einem Vollmaterial gebildet sind, sondern ein entsprechendes Leichtbauprofil aufweisen, bspw. in Form eines dünnwandigen Rohres oder mit einer unterbrochenen Tragstruktur ausgebildet sind. Für eine Messung bis zu einer Frequenz von 100 Hz sind die Messstäbe hierbei so ausgebildet, dass ihre Eigenfrequenz deutlich oberhalb von 100 Hz liegt. Vorzugsweise wird die Länge der Stäbe hierbei sehr kurz, beispielsweise zwischen 100 mm und 180 mm gewählt. Aufgrund der Wahl aus einem Material mit geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten in Kombination mit den Prismenlagerungen kann trotz dieser kurzen Stäbe eine Messung bei Temperaturen oberhalb von 1000° C erfolgen. Auch die Wahl des Messsensors muss hierbei selbstverständlich so erfolgen, dass dieser den Temperaturen standhält, denen er während der Messung ausgesetzt ist. Vorzugsweise wird hierbei ein kapazitiver Messsensor eingesetzt.The present extensometer is insensitive to changes in the sample surface due to high temperatures, for example by scaling, and can also be used for measurements at high frequencies due to the compact design with a suitable choice of the dimensions of the measuring rods. For this purpose, measuring rods made of lightweight construction material, ie preferably with a density of ≦ 4 g / cm ³ , are selected and / or the measuring rods are made of lightweight construction. Under the design in lightweight construction here is the geometric design of the rods to understand, which are then not formed of a solid material, but have a corresponding lightweight profile, for example. Are in the form of a thin-walled tube or formed with an interrupted support structure. For a measurement up to a frequency of 100 Hz, the measuring rods are designed so that their natural frequency is well above 100 Hz. Preferably, the length of the bars is chosen to be very short, for example between 100 mm and 180 mm. Due to the choice of a material with a low coefficient of thermal expansion in combination with the prism bearings can be carried out at temperatures above 1000 ° C despite these short rods a measurement. Of course, the choice of the measuring sensor must also be such that it withstands the temperatures to which it is exposed during the measurement. Preferably, in this case a capacitive measuring sensor is used.

Als geeignete Materialien für die Messstäbe sind bspw. keramische Materialien, Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid geeignet. Vorzugsweise besteht auch der Lagerblock aus einem derartigen Material mit geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, wie bspw. einem keramischen Material.When suitable materials for the measuring rods are For example, ceramic materials, alumina or silicon carbide suitable. Preferably, the bearing block consists of such Low thermal expansion material, such as For example, a ceramic material.

Durch die Wahl einer sich selbst justierenden doppelten spielfreien Prismenlagerung in Kombination mit den genannten Materialien wird ein universeller Einsatz des vorliegenden Extensometers ermöglicht. Das Extensometer ist aufgrund seines einfachen Aufbaus sehr robust und kostengünstig herzustellen. Es eignet sich bei geeigneter Wahl der Materialien für die Messung der Verformung einer Probe unter mechanischer Beanspruchung bei hohen Temperaturen von bis zu 1600° C und hohen Frequenzen bis oberhalb von 100 Hz. Gegebenenfalls kann eine Erwärmung des Lagerblocks durch Strahlungs- und Konvektionswärme durch den zusätzlichen Einbau von Wärmeschutzblechen verringert werden. Das Extensometer ist besonders für die Vermessung von Proben unter wechselnden Bedingungen geeignet, wie sie bspw. bei thermomechanischen Ermüdungsversuchen (Zyklierung der Temperatur und/oder der mechanischen Belastung) oder bei vorgegebenen Lastzyklen, bspw. der Überlagerung von low-cycle-fatigue (lcf) und high-cycle-fatigue (hcf) vorliegen. Durch die spielfreie Lagerung ist die Genauigkeit der Messsignale hoch. Damit kann das Extensometer auch zur Steuerung von Prüfmaschinen, bspw. durch Vorgabe einer zu erreichenden Längenänderung, verwendet werden. Bei nicht spielfreier Lagerung würde dies durch geringe Ungenauigkeiten bei der Richtungsumkehr (von Stauchung zu Dehnung oder umgekehrt) erschwert oder unmöglich gemacht. Die Spielfreiheit der Lager wird durch den vorliegenden Aufbau des Extensometers auch bei Temperaturänderungen aufrechterhalten.By choosing a self-adjusting double play-free prism bearing in combination with the materials mentioned a universal use of the present extensometer is possible. The extensometer is very robust and inexpensive to produce due to its simple construction. It is suitable with a suitable choice of materials for measuring the deformation of a sample under mechanical stress at high temperatures of up to 1600 ° C and high frequencies to above 100 Hz. Optionally, a heating of the bearing block by radiation and convection by the additional heat Installation of heat shields can be reduced. The Extensometer is particularly suitable for the measurement of samples under changing conditions, such as those in thermomechanical fatigue tests (cyclization of temperature and / or mechanical stress) or given load cycles, eg. The superposition of low-cycle fatigue (lcf) and high cycle fatigue (hcf). The play-free storage, the accuracy of the measuring signals is high. Thus, the extensometer can also be used to control testing machines, for example by specifying a length change to be achieved. In non-clearance storage this would be made difficult or impossible by small inaccuracies in the direction reversal (from compression to elongation or vice versa). The backlash of the bearing is maintained by the present design of the extensometer even with temperature changes.

In bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Vorrichtung sind die Gleitflächen der Prismenlagerung zusätzlich mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen, um einen geringeren Anpressdruck der Messstäbe an die Probe realisieren zu können. Weiterhin kann der Lagerblock weitere Prismenlagerungen aufweisen, in denen die Messstäbe ebenfalls gelagert werden können. Durch geeignete Anordnung dieser weiteren Prismenlagerungen lässt sich dann der Abstand der Messstäbe stufenweise einstellen, um unterschiedliche Messlängen wählen zu können.In preferred embodiments of the present device are the sliding surfaces the prism bearing in addition provided with a friction-reducing coating to a lower contact pressure the measuring sticks to be able to realize the sample. Furthermore, the bearing block can have further prism bearings, in which the dipsticks can also be stored. By suitable arrangement of these further prism bearings can be then the distance of the dipsticks set stepwise to select different measuring lengths can.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Die vorliegende Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:The The present device will now be described with reference to an exemplary embodiment in conjunction with the drawings without limiting the scope of the claims Protected area explained again by way of example. Hereby show:

1 ein Beispiel für die Ausgestaltung der Prismenlagerung für die Messstäbe im Lagerblock in zwei Schnittdarstellungen; 1 an example of the configuration of the prism support for the measuring rods in the bearing block in two sectional views;

2 ein Beispiel für die Ausgestaltung der Prismenlagerung des Lagerblocks in der Aufhängung in zwei Schnittdarstellungen; 2 an example of the design of the prism support of the bearing block in the suspension in two sectional views;

3 eine Gesamtdarstellung des Extensometers ohne Messsensor; und 3 an overall view of the extensometer without measuring sensor; and

4 ein Beispiel für einen Lagerblock mit zusätzlichen Prismenlagerungen zur gestuften Einstellung von Tastabständen. 4 an example of a storage block with additional prism bearings for gradual adjustment of Tastabständen.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Im vorliegenden Beispiel wird eine Ausgestaltung des vorgeschlagenen Extensometers beschrieben, die eine Messung bei hohen Temperaturen von bis zu 1650° C und hohen Frequenzen von mindestens 100 Hz ermöglicht.in the Present example will be an embodiment of the proposed Extensometers described a measurement at high temperatures up to 1650 ° C and high frequencies of at least 100 Hz.

3 zeigt eine Gesamtdarstellung dieses Extensometers, bei der allerdings der hierbei eingesetzte kapazitive Messsensor nicht dargestellt ist. Das Extensometer weist die beiden Messstäbe 1 auf, die mit ihren in der Figur sichtbaren Spitzen an einer zu messenden Probe angelegt werden. An den gegenüberliegenden Enden der Messstäbe 1 sind diese mit dünnen Stiften 2 durchbohrt. Diese Stifte 2 sind fest mit den Messstäben 1 verbunden, bspw. in entsprechende Bohrungen der Messstäbe 1 eingeklebt. Die Stifte 2 bilden die Drehachsen, um die die Messstäbe 1 drehbar sind. Die dünnen Stifte 2 werden durch Federn 4 in einer Prismenaufnahme 3 des Lagerblocks 5 gehalten. Damit sind diese Stifte 2 und indirekt auch die Messstäbe 1 spielfrei im Lagerblock 5 gelagert. 1 zeigt hierzu eine Detaildarstellung einer derartigen Prismenlagerung in zwei Schnittansichten von vorne und von der Seite. 3 shows an overall view of this extensometer, in which, however, the capacitive measuring sensor used here is not shown. The extensometer has the two measuring rods 1 which, with their tips visible in the figure, are applied to a sample to be measured. At the opposite ends of the dipsticks 1 These are with thin pins 2 pierced. These pens 2 are stuck with the measuring rods 1 connected, for example, in corresponding holes of the dipsticks 1 glued. The pencils 2 form the axes of rotation around which the measuring rods 1 are rotatable. The thin pins 2 be through feathers 4 in a prism holder 3 of the storage block 5 held. So these are pens 2 and indirectly also the measuring rods 1 free of play in the warehouse block 5 stored. 1 shows a detail of such a prismatic bearing in two sectional views from the front and from the side.

Auf den beiden Messstäben 1 wird je ein Teil eines kapazitiven Messsensors im Bereich zwischen dem Lagerblock 5 und den an der Probe anliegenden Spitzen der Messstäbe 1 angebracht. Die Position des Messsensors auf den Messstäben 1 ist je nach gewünschter Messgenauigkeit und erforderlicher Temperaturbeständigkeit frei wählbar.On the two measuring rods 1 is ever a part of a capacitive measuring sensor in the area between the bearing block 5 and the tips of the dipsticks adjacent to the sample 1 appropriate. The position of the measuring sensor on the measuring rods 1 is freely selectable depending on the desired measurement accuracy and required temperature resistance.

Der Lagerblock 5, in dem sich die Prismenlagerung mit der Prismenaufnahme 3 für die Stifte 2 und damit für die Messstäbe 1 befindet, ist in ähnlicher Weise wie die Messstäbe 1 in einer Prismenlagerung 6 einer Wippe 7 drehbar gelagert. Dadurch wird ein Längenausgleich der Messstäbe 1 ermöglicht. 2 zeigt diese Prismenlagerung 6 des Lagerblocks 5 in zwei Schnittdarstellungen von vorne und von der Seite.The storage block 5 , in which the prism bearing with the prism receiver 3 for the pins 2 and thus for the measuring rods 1 is in a similar way to the dipsticks 1 in a prism storage 6 a seesaw 7 rotatably mounted. This will cause a length compensation of the dipsticks 1 allows. 2 shows this prism storage 6 of the storage block 5 in two sectional views from the front and from the side.

Die Wippe 7 ist an einer Halterung 8 einseitig drehbar befestigt und wird durch Federn 9 gegen einen Anschlag gedrückt. Die Federn 9 bestimmen je nach Auslenkung die Anpresskraft der Messstäbe 1 gegen die Probe. Weiterhin ist in der 3 noch eine Justageeinheit 10 zu erkennen, die der Justage der Messstäbe 1 vor Beginn der Messung dient. Diese Justageeinheit 10 kann im vorliegenden Beispiel abgenommen werden.The seesaw 7 is on a bracket 8th one-sided rotatably mounted and is by springs 9 pressed against a stop. The feathers 9 determine depending on the deflection of the contact pressure of the dipsticks 1 against the sample. Furthermore, in the 3 another adjustment unit 10 to recognize the adjustment of the dipsticks 1 before starting the measurement. This adjustment unit 10 can be removed in this example.

In einer alternativen Ausgestaltung wird die Anpresskraft der Messstäbe 1 an die Probe nicht über Federn sondern über ein oder mehrere Gewichte definiert eingestellt. Hierzu können die in der 3 dargestellten Haltestifte für die Federn 9 genutzt werden. Das Gewicht wird an einem dünnen Seil befestigt, das um einen dieser Haltestifte geführt und am anderen Haltestift befestigt wird.In an alternative embodiment, the contact pressure of the measuring rods 1 set to the sample not via springs but via one or more weights defined. For this purpose, in the 3 illustrated retaining pins for the springs 9 used who the. The weight is attached to a thin rope, which is guided around one of these retaining pins and attached to the other retaining pin.

Um die Anforderungen an die hohen Temperaturen und hohen Frequenzen zu erfüllen, werden im vorliegenden Beispiel Messstäbe 1 aus Aluminiumoxid als dünnwandige Rohre mit einer Länge im Bereich zwischen 100 bis 180 mm ausgeführt. Der Lagerblock 5 wurde aus einem keramischen Material hergestellt, das ebenfalls einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Durch die Wahl des Lagerblocks 5 aus einem derartigen Material wird der Einfluss von Temperaturwechseln auf die Messung zusätzlich verringert. Mit dem dargestellten Extensometer konnte eine Messgenauigkeit von < 0,1 μm erzielt werden.In order to meet the requirements for high temperatures and high frequencies, measuring bars are used in the present example 1 made of aluminum oxide as thin-walled tubes with a length ranging between 100 to 180 mm. The storage block 5 was made of a ceramic material, which also has a very low coefficient of thermal expansion. By choosing the storage block 5 Such a material additionally reduces the influence of temperature changes on the measurement. With the illustrated extensometer, a measurement accuracy of <0.1 μm could be achieved.

Das gesamte Extensometer lässt sich auch in Vakuum, in Schutzgas, unter Druck sowie in Kammern einsetzen, die unter erhöhter Temperatur stehen. Die maximale Temperatur wird durch die Wahl der Konstruktionsmaterialien und die elektrischen Zuleitungen für den oder die Messsensoren bestimmt. Die Weiterverarbeitung der Messsignale erfolgt in bekannter Weise wie bei Extensometern gemäß dem Stand der Technik.The entire extensometer leaves also in vacuum, in inert gas, under pressure and in chambers use under increased Temperature stand. The maximum temperature is determined by the choice of Construction materials and the electrical leads for or the measuring sensors determined. The further processing of the measuring signals takes place in a known manner as Extensometers according to the state of the technique.

Während in dem Beispiel der 1 bis 3 der Lagerblock 5 für jeden der Messstäbe 1 eine doppelte (d.h. beidseitige) Prismenlagerung aufweist, kann ein derartiger Lagerblock auch mit weiteren Prismenlagerungen versehen sein. Dies ist schematisch in 4 angedeutet, die die parallel gegeneinander versetzten Prismenaufnahmen 3 der Prismenlagerungen mit eines derartigen Lagerblocks 5 zeigt. Durch eine derartige Anordnung der Prismenlagerungen lassen sich die Messstäbe 1 in unterschiedlichem Abstand zueinander einsetzen, so dass die Messlänge in Stufen, beispielsweise in Stufen von 5 mm bis zu einer maximalen Messlänge von 50 mm, eingestellt werden kann.While in the example of the 1 to 3 the storage block 5 for each of the dipsticks 1 has a double (ie double-sided) prism support, such a bearing block can also be provided with further prism bearings. This is schematically in 4 indicated that the parallel offset prism shots 3 the prism bearings with such a bearing block 5 shows. By such an arrangement of the prism bearings, the measuring rods can be 1 at different distances from each other, so that the measuring length can be adjusted in stages, for example in steps of 5 mm up to a maximum measuring length of 50 mm.

Unter Messlänge wird hierbei der Abstand der beiden Spitzen der Messstäbe auf der Probe verstanden.Under measuring length Here, the distance between the two tips of the measuring rods on the Sample understood.

11: Messstäbedipsticks
22: Stiftepencils
33: Prismenaufnahmeprism support
44: Federfeather
55: Lagerblockbearing block
66: Prismenlagerungprism storage
77: Wippeseesaw
88th: Halterungbracket
99: Federfeather
1010: Justageeinheitadjustment unit

Claims

Device for measuring the change in length of a sample with - at least two measuring rods arranged side by side in a measuring plane ( 1 ), - a storage block ( 5 ), in which the measuring rods ( 1 ) in separate first bearings ( 3 ) are rotatably mounted about parallel first axes of rotation which are perpendicular to the measuring plane, - a suspension ( 7 ) for the storage block ( 5 ), in which the storage block in a second storage ( 6 ) is rotatably mounted about a second axis of rotation, which runs parallel to the first axes of rotation, and - a measuring sensor for detecting a change in a distance between the measuring rods ( 1 ), - where the measuring rods ( 1 ) consist of a high temperature resistant material with a thermal expansion coefficient of ≤ 10 · 10 ^-6 K ^-1 and - the first bearings ( 3 ) and the second storage ( 6 ) are formed as prism bearings.

Device according to claim 1, characterized in that the measuring rods ( 1 ) consist of a light construction material and / or are made in lightweight construction.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring rods ( 1 ) have a natural frequency which is at least a factor of 1.2 above 100 Hz.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring rods ( 1 ) have a length of ≤ 200 mm.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bearing block ( 5 ) consists of a material with a thermal expansion coefficient of ≤ 10 · 10 ^-6 K ^-1 .

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bearing block ( 5 ) consists of a lightweight material.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that sliding surfaces of the prism bearings ( 3 . 6 ) have a coating for reducing friction.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bearing block ( 5 ) further prism bearings ( 3 ), which provides a stepwise adjustment of a distance between the measuring rods ( 1 ) enable.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the prism bearings ( 3 . 6 ) on both sides of the measuring rods ( 1 ) or of the warehouse block ( 5 ) ( 3 ) for rod-shaped axes ( 2 ) connected to the measuring rods ( 1 ) or the storage block ( 5 ) are connected and form the axes of rotation.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the measuring sensor is a capacitive sensor which on the measuring rods ( 1 ) is attached.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the high-temperature-stable material of the measuring rods ( 1 ) is suitable for temperatures of ≥ 1000 ° C.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that a contact pressure of the measuring rods ( 1 ) to the sample via spring elements ( 9 ) is adjustable, the suspension ( 7 ) with a fixed support ( 8th ) connect.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that a contact pressure of the measuring rods ( 1 ) is adjustable to the sample via one or more weights, which is the contact pressure on at least one deflection element on the suspension ( 7 ) or a fixed support ( 8th ) on the measuring rods ( 1 ) transfer.