DE1281180B

DE1281180B - Extensometer, especially for large extensions on flexible or elastic bodies

Info

Publication number: DE1281180B
Application number: DED46997A
Authority: DE
Inventors: Robert Brien Campbell; Daniel Cecil Edward Fish
Original assignee: Dracone Developments Ltd
Current assignee: Dracone Developments Ltd
Priority date: 1964-04-10
Filing date: 1965-04-09
Publication date: 1968-10-24

Description

Dehnungsmesser, insbesondere für große Dehnungen an flexiblen oder elastischen Körpern Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmesser, insbesondere für große Dehnungen an flexiblen odel elastischen Körpern, bestehend aus einem mit einem Elektrolyten gefüllten Schlauch mit an den Enden desselben dicht schließend eingesetzten Elektroden.Strain gauges, especially for large expansions on flexible or elastic bodies The invention relates to a strain gauge, in particular for large elongations on flexible or elastic bodies, consisting of one with one Electrolyte-filled hose with tightly fitting inserted at the ends of the same Electrodes.

Es ist ein Dehnungsmesser bekannt, der aus einem mit einem Elektrolyt gefüllten und an seinen Enden mit Elektroden versehenen Schlauch aus einem elastomeren Material besteht, wobei als Elektrolyt Kupfersulfat verwendet ist. Der Nachteil dieses bekannten Dehnungsmessers besteht vor allem darin, daß der Elektrolyt bereits nach relativ kurzer Zeit unter Gasblasenbildung in die Poren des Schlauchmaterials eindringt und die Meßvorrichtung unbrauchbar macht. Auch bei Verwendung eines von dem Elektrolyten nicht angreifbaren Materials für den Schlauch kann bei dem bekannten Dehnungsmesser nur eine geringe Lebensdauer erzielt werden, da stets ein gewisser Elektrolytverlust in Kauf genommen werden muß, der zu einer Änderung der Eigencharakteristiken des Dehnungsmessers führt, die bereits nach kurzer Zeit auf Grund der auftretenden Meßungenauigkeiten nicht mehr in Kauf genommen werden können. A strain gauge is known which consists of an electrolyte filled and at its ends provided with electrodes tube made of an elastomer Material consists, with copper sulfate being used as the electrolyte. The disadvantage this known strain gauge consists mainly in the fact that the electrolyte is already after a relatively short time with gas bubbles forming into the pores of the hose material penetrates and makes the measuring device unusable. Even when using one of the electrolyte non-vulnerable material for the hose can with the known Only a short service life can be achieved with strain gauges, since there is always a certain one Loss of electrolyte must be accepted, which leads to a change in the inherent characteristics of the strain gauge, which after a short time due to the occurring Measurement inaccuracies can no longer be accepted.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Dehnungsmessers, insbesondere für große Dehnungen an flexiblen oder elastischen Körpern, der eine im Vergleich zu bekannten Anordnungen sehr große Lebensdauer unter Beibehaltung seiner ursprünglichen Eigencharakteristiken aufweist und dabei eine große Meßgenauigkeit gewährleistet. The aim of the invention is to provide a strain gauge, in particular for large stretches on flexible or elastic bodies, the one in comparison to known arrangements very long service life while maintaining its original Has inherent characteristics and thereby ensures a high level of measurement accuracy.

Ausgehend von einem Dehnungsmesser der eingangs angeführten Gattung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schlauch aus zwei ineinandergeschobenen und dicht aneinanderliegenden Schläuchen aus elastomerem Material gebildet wird, wovon der innere Schlauch aus einem von dem Elektrolyten nicht angreifbaren Material besteht und mit der Lösungsflüssigkeit des Elektrolyten gesättigt ist, und der äußere Schlauch aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material besteht, das vom Elektrolyten angreifbar sein kann. Based on a strain gauge of the type mentioned at the beginning This object is achieved according to the invention in that the hose consists of two tubes made of elastomeric material, pushed into one another and lying close together is formed, of which the inner tube is made of one that cannot be attacked by the electrolyte Material and is saturated with the solution liquid of the electrolyte, and the outer tube is made of a liquid-impermeable material, that can be attacked by the electrolyte.

Durch die Verwendung der beiden Schläuche wird sichergestellt, daß praktisch kein Elektrolytverlust auftritt, da sich der Elektrolyt mit der sich in den Poren des inneren Schlauches befindenden Lösungsfiüssigkeit im Gleichgewicht befindet und das flüssigkeitsundurchlässige Material des äußeren Schlauches einen Verlust an Lösungsflüssigkeit praktisch ausschließt. Auf diese Weise wird eine überaus hohe Konstanz der Eigencharakteristiken des Dehnungsmessers erreicht. Using the two hoses ensures that There is practically no loss of electrolyte, since the electrolyte with the in The liquid solution located in the pores of the inner tube is in equilibrium and the liquid-impermeable material of the outer tube one Virtually eliminates loss of solvent. That way one becomes utterly high constancy of the strain gauge's own characteristics is achieved.

Vorzugsweise besteht der Elektrolyt in bekannter Weise aus einer wäßrigen Lösung von Kupfersulfat. The electrolyte preferably consists of one in a known manner aqueous solution of copper sulfate.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der innere Schlauch aus einem gegenüber Angriffen von Kupfersulfat resistenten, an sich bekannten Silikongummi und der äußere Schlauch aus Naturkautschuk. According to an advantageous embodiment of the invention, there is inner tube made of an intrinsically resistant to attack by copper sulfate well-known silicone rubber and the outer tube made of natural rubber.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält der Elektrolyt 20 Gewichtsprozent Kupfersulfat, zwischen 1,5 und 8 Gewichtsprozent Schwefelsäure und als Rest destilliertes Wasser, und die Elektroden bestehen aus Kupfer. According to a further advantageous embodiment of the invention the electrolyte contains 20 percent by weight copper sulfate, between 1.5 and 8 percent by weight Sulfuric acid and the remainder distilled water, and the electrodes are made of Copper.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Dehnungsmessers in einem praktischen Anwendungsfalle und F i g. 2 einen vergrößert dargestellten Längsschnitt durch ein Ende eines Dehnungsmessers. An embodiment of the invention is shown below with reference to the Drawing explained; in this FIG. 1 is a perspective view of a Extensometer in a practical application and Fig. 2 one enlarged shown longitudinal section through one end of a strain gauge.

F i g. 1 zeigt eine aus elastischem Material bestehende Plane 1, deren Dehnungen gemessen werden sollen. Ein aus einem mit einem Elektrolyten gefüllten Schlauch 2 bestehender Dehnungsmesser ist mittels eines Klebers 3 auf dieser Plane befestigt. An den Enden des Schlauches 2 sind Elektroden 4 und 5 aus Kupferlitze oder Kupferdraht dicht schließend eingesetzt und durch Wickelbünde 6 und 7 festgehalten. F i g. 1 shows a tarpaulin 1 made of elastic material, whose elongations are to be measured. One from one filled with an electrolyte Hose 2 of the existing strain gauge is on this tarpaulin by means of an adhesive 3 attached. At the ends of the tube 2 are electrodes 4 and 5 made of braided copper or copper wire inserted tightly and held in place by winding collars 6 and 7.

Der Schlauch 2 besitzt beispielsweise eine Länge von ungefähr 25,4 cm bei einem Durchmesser von etwa 1,6 mm. Bei der Auswahl des Schlauchmaterials ist darauf zu achten, daß es zur Vermeidung einer störenden Beeinflussung der Meßgenauigkeit eine ausreichende Elastizität aufweist. The hose 2 has a length of approximately 25.4, for example cm with a diameter of about 1.6 mm. When choosing the tubing material Care must be taken to ensure that it does not interfere with the measurement accuracy has sufficient elasticity.

Der Elektrolyt besteht vorzugsweise aus einer wäßrigen Lösung von Kupfersulfat von normaler Laboratoriumsreinheit. The electrolyte preferably consists of an aqueous solution of Copper sulphate of normal laboratory purity.

Normaler Naturkautschuk wird von Kupfersulfat angegriffen, wobei das Kupfer bei einer Anzahl von den Kautschuk zerstörenden Reaktionen als Katalysator wirkt. Ein solchen Angriffen widerstehendes Material ist Silikongummi, der jedoch in gewissem Umfange Elektrolyt durchläßt. Normal natural rubber is attacked by copper sulfate, whereby the copper acts as a catalyst in a number of rubber-destroying reactions works. One such attack-resistant material is silicone rubber, however to a certain extent allows electrolyte to pass through.

Dieser Nachteil der Durchlässigkeit kann behoben werden, wenn ein Schlauch aus Silikongummi bis zur Sättigung mit destilliertem Wasser getränkt und dann in einen etwas weiteren, dicht anliegenden Schlauch aus Naturkautschuk eingesteckt wird. This disadvantage of permeability can be remedied if a Hose made of silicone rubber soaked with distilled water to saturation and then inserted into a slightly wider, tightly fitting hose made of natural rubber will.

Fig. 2 zeigt ein Ende eines derartigen Dehnungsmessers, bei dem der innenliegende Schlauch 8 aus Silikongummi mittels eines Wickelbundes 9 an die Kupferelektrode4 angeschlossen und diese gesamte Anordnung von einem Schlauch 10 aus Naturkautschuk umgeben ist. Der Schlauch 10 gewährleistet somit die erforderliche Dichtheit, und der mit destilliertem Wasser gesättigte innere Schlauch 8 unterbindet ein Durchtreten des Elektrolyten 11 zu dem äußeren Schlauch 10. Fig. 2 shows one end of such a strain gauge in which the inner tube 8 made of silicone rubber by means of a wound collar 9 on the copper electrode 4 connected and this entire arrangement of a hose 10 made of natural rubber is surrounded. The hose 10 thus ensures the required tightness, and the inner tube 8, saturated with distilled water, prevents penetration of the electrolyte 11 to the outer tube 10.

Der Elektrolyt besteht vorzugsweise aus 20 Gewichtsprozent CuSO4, zwischen 1,5 und 8 Gewichtsprozent H2SO4 und destilliertem Wasser. The electrolyte preferably consists of 20 percent by weight CuSO4, between 1.5 and 8 percent by weight H2SO4 and distilled water.

Die Schwefelsäure gibt dem Elektrolyten die erforderliche Leitfähigkeit und verringert die Neigung zur Gasblasenbildung. The sulfuric acid gives the electrolyte the necessary conductivity and reduces the tendency to form gas bubbles.

Die Elektroden 4 und 5 aus Kupferdraht oder Kupferteilen sind an ihren äußeren Enden abgeffacht und in der in Fig. 2 dargestellten Weise an Ausgangsleitungen 12 und 13 gelötet. Dieser Teil der Anordnung ist von einer Ummantelung 14 aus Naturkautschuk umschlossen, welche einerseits an dem äußeren Schlauch 10 mittels eines Wickelbundes 15 und andererseits an der Isolation 16 der Leitung 12 mittels eines Wickelbundes 17 befestigt ist. The electrodes 4 and 5 made of copper wire or copper parts are on their outer ends flattened and in the manner shown in Fig. 2 on output lines 12 and 13 soldered. This part of the arrangement is surrounded by a sheath 14 made of natural rubber enclosed, which on the one hand on the outer tube 10 by means of a wound collar 15 and on the other hand on the insulation 16 of the line 12 by means of a wound collar 17 is attached.

Bei Lösung von Kupfersulfat und Schwefelsäure in Wasser findet folgende chemische Reaktion statt: CuSO4 + H20 + H2SO4 2 CU+-F + 2 SO4--+ 3 H+ + OH-Wenn an die beiden Kupferelektroden eine Spannung angelegt wird, geht das Kupfer von der positiven Anode in Lösung und bildet zweifachpositiv geladene Ionen Cu++, welche zu der negativen Kathode wandern und sich an dieser als metallisches Kupfer anlagern, so daß die Konzentration der Kupferionen konstant bleibt. Da die Kupferionen positiv doppelwertig sind, bewegen sie sich vorwiegend zu den H+-und OH---Ionen. Es kann dabei angenommen werden, daß die SO4-Ionen sich an die positive Anode anlagern und CuSO4 bilden, welches unmittelbar hierauf erneut in Lösung geht. Die Zusammensetzung des Elektrolyten bleibt somit konstant, und es wird kein Gas frei. When copper sulfate and sulfuric acid are dissolved in water, the following takes place chemical reaction instead of: CuSO4 + H20 + H2SO4 2 CU + -F + 2 SO4 - + 3 H + + OH-Wenn If a voltage is applied to the two copper electrodes, the copper goes off the positive anode in solution and forms doubly positively charged ions Cu ++, which migrate to the negative cathode and attach to it as metallic copper, so that the concentration of copper ions remains constant. Because the copper ions are positive are double-valued, they move mainly to the H + and OH --- ions. It can it is assumed that the SO4 ions attach to the positive anode and Form CuSO4, which immediately goes into solution again. The composition of the electrolyte thus remains constant and no gas is released.

Die elektrische Charakteristik des Dehnungs messers bleibt praktisch konstant, solange de Stromfluß so gering ist, daß im Bereich der Anode keine Ansammlung von Kupfersulfat erfolgt. Auct periodische Umkehrungen der Polarität verbesserr die Leistung des Meßgerätes in dieser Hinsicht. The electrical characteristics of the strain gauge remain practical constant as long as de current flow is so low that no accumulation in the area of the anode made of copper sulfate. Also improve periodic reversals of polarity the performance of the meter in this regard.

Das beschriebene Meßgerät hat einen Widerstand von etwa 25000 Ohm. The measuring device described has a resistance of about 25,000 ohms.

Die Verwendung zweier ineinandergeschobeneI Schläuche hat den weiteren Vorteil, daß ohne Ablösung des äußeren Schlauches von dem Meßobjekt eine Auswechslung des inneren Schlauches und der Elektroden erfolgen kann. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, die-Endhalterungen bzw. Wikkelbünde zu lösen und den bisherigen Innenschlauch mit Elektrodenanordnung durch neue Teile zu ersetzen. The use of two interleaved tubes has the additional benefit The advantage is that it can be replaced without detaching the outer tube from the test object the inner tube and the electrodes can be done. To that end it is only required to solve the end brackets or winding collars and the previous Replace inner hose with electrode arrangement with new parts.

Obwohl die Verwendung von Kupfersulfat als Elektrolyt zusammen mit Kupferelektroden auf Grund des in diesem Fall erhaltenen geringen spezifischen Widerstandes des Dehnungsmessers besonders vorteilhaft ist, können auch andere Metallsalzlösungen und Elektrodenmetalle verwendet werden. Im Falle der Verwendung von Kupfersulfat als Elektrolyt können gegebenenfalls auch verschiedene Kunststoffharze als Material für den inneren. Schlauch verwendet werden. Although the use of copper sulfate as an electrolyte along with Copper electrodes due to the low specific resistance obtained in this case of the extensometer is particularly advantageous, other metal salt solutions can also be used and electrode metals can be used. In the case of using copper sulfate As the electrolyte, various plastic resins can optionally also be used as the material for the inside. Hose can be used.

Claims

Claims: 1. extensometer, especially for large expansions on flexible or elastic bodies, consisting of one with an electrolyte filled tube with electrodes tightly inserted at the ends of the tube, characterized in that the hose (2) consists of two nested and hoses (8, 10) lying close to one another are formed from elastomeric material, of which the inner tube (8) consists of one which cannot be attacked by the electrolyte (11) Material consists and is saturated with the solvent liquid of the electrolyte (11) is, and the outer tube (10) made of a liquid-impermeable material exists that can be vulnerable to the electrolyte.

2. strain gauge according to claim 1, characterized in that the Electrolyte (11) consists in a known manner of an aqueous solution of copper sulfate.

3. extensometer according to claim 1 and 2, characterized in that that the inner tube (8) is made of a resistant to attack by copper sulfate, known silicone rubber and the outer tube (10) made of natural rubber.

4. strain gauge according to claim 2, characterized in that the Electrolyte 20 percent by weight copper sulfate, between 1.5 and 8 percent by weight sulfuric acid and the remainder contains distilled water and the electrodes (4, 5) are made of copper.

Documents considered: French patent specification No. 743,944; British Patent No. 826,730; Soviet Inventions Illustrated, Dept. D, December 1962, p.33.