DE1648366C2

DE1648366C2 - Procedure for the automatic determination of the maximum force and the work of fracture in the strength test of foils, thin plates and papers

Info

Publication number: DE1648366C2
Application number: DE19671648366
Authority: DE
Inventors: Bernhard 6703 Limburgerhof Grassl; Wolfgang Dr. 6710 Frankenthal Retting
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1967-05-19
Filing date: 1967-05-19
Publication date: 1974-12-12
Also published as: DE1648366B1

Description

Die Fig. 1 gibt als Blockschaltbild eine bevorzugte Anordnung zur Ausführung des Verfahrens wieder. Der vom GeberΛ( gelieferte Impuls gelangt 50 über den Ladungsverstärker LV an die Eingänge F 1 shows, as a block diagram, a preferred arrangement for carrying out the method. The impulse supplied by the encoder (50) reaches the inputs F via the charge amplifier LV

Für vergleichende Untersuchungen der Festigkeit des Integrators IR mit dem zugehörigen Meßkondenvon Kunststoffolien, dünnen Platten und Papieren sator Kl und des Höchstwert- bzw. Höchstspanunter Berücksichtigung ihrer Verwendung für Ge- nungsanzeigers HR mit seinem Meßkondensator K 2. braudisgüter liefert die biaxiale Durchstoßprüfung Die auf dem Weg über den Integrator IR erhaltene geeignete charakteristische Kennwerte. Man mißt bei 55 Spannung an Punkt L ist ein Maß für die bis zum dieser Prüfmethode mit einer Deformationsgeschwin- Bruch der Probe insgesamt aufgewendete Arbeit; die digkeit von mehreren Metern pro Sekunde die bis auf dem We& über den Höchstwertanzeiger erhaltene zum Anriß der Probe benötigte Schldigungskraft und Spannung an Punkt (J ist ein Maß für die größte, dadurch Integration die Schädigungsarbeit. Während bei aufgewendete Kraft. In der dargestellten Ausfühdie Kraft ein Maß für die Festigkeit des Materials 60 rüngsform erfolgt die wahlweise Wiedergabe beider darstellt, sagt die gemessene Arbeit etwas über die gemessener Größen über einen zwischen den Punk-Zähigkeit des Werkstoffs aus. Bei Kunststoffen wer- ten L-G-E angeordneten Umschalter an einem geden beide Größen zweckmäßig in Abhängigkeit von meinsamen Anzeigegerät A. Gegebenenfalls wird zuder Temperatur gemessen, da kennzeichnende Daten sätzlich die Kraft-Weg-Kurve oszillographiert. Die bei diesen Stoffen auf Grund von Zäh-Spröde-Über- 65 Schaltzustände des Integrators IR und des Höchstgängen häufig stufenförmig ansteigen, wenn die Tem- wertanzeigers HR werden durch die Schalteinrichperatur bestimmte Werte überschreitet. tung T mit den Ausgängen M, S, H und / und dieFor comparative investigations of the strength of the integrator IR with the associated measuring condensers of plastic foils, thin plates and paper sator Kl and the maximum value or maximum chip, taking into account their use for the HR indicator with its measuring capacitor K2 Suitable characteristic values obtained via the integrator IR. Measurements are made at 55 Tension at point L is a measure of the total work expended up to this test method with a deformation rate fracture of the sample; the tensile strength of several meters per second the damage force and tension at point (J is a measure of the greatest, thus integration, of the damage work a measure of the strength of the material 60 rüngsform occurs selectively reproducing represents both the measured work says something about the measured quantities over a between the punk toughness of the material. for plastics th LGE advertising arranged switch on a Geden both sizes appropriate depending on the common display device A. If necessary, the temperature is measured, since the characteristic data is also oscillographed on the force-displacement curve. The 65 switching states of the integrator IR and the maximum gear often increase in steps for these substances due to the viscous-brittle-excess switching states, when the temperature indicators are HR by the switching device temperature exceeds certain values. device T with the outputs M, S, H and / and the

Es ist bekannt, die Schädigungsarbeit und -kraft mit dieser verbundenen Differenziereinrichtung D ge-It is known that the damage work and force with this connected differentiating device D

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steuert. Einzelheiten der Schaltungsteile sind in den fenweise schaltbaren, aus gemischten Dekaden aufge-Fig, 2 bis 5 wiedergegeben. — Es zeigt Fig. 2 die bauten Widerstandes R veränderbar ausgeführt.
Differenziereinrichtung D, welche in Verbindung mit Die aus Halbleiterelementen aufgebaute Schalteinder in Fig. 3 wiedergegebenen Schalteinrichtung T richtung Γ gemäß Fig. 3 ist so ausgelegt, daß sie beden Integrator IR und den Höchstwertanzeiger HR 5 teits durch eine kleine Spannung geöffnet wird, die beeinflußt bzw. sperrt Die Schaltung des aus Halb- gegenüber dem Gesamtimpuls vernachlässigt werden leiterelememen aufgebauten Höchstwertanzeigers ist kann. Sie ist ferner so beschaffen, daß sie nach einder Fig.4 unu die des Integrators der Fig.5 zu ent- maligem öffnen zunächst für alle weiteren Impuls», nehmen, wobei jeweils mit gleichen Buchstaben be- gesperrt bleibt. Die Wirkung eines Störiropulses vor zeichnete Punkte der Schaltungseinheiten entspre- io der Messung, der die folgende Registrierung verhinchend dem Blockschaltbild in F i g. I miteinander dem würde, kann durch einen Schalter unterbunden verbunden sind. Die Speisespannung liegt für jede werden, der die Schalteinrichtung T bis kurz vor dem dieser elektronischen Schaltungseinheiten an den Auftreffen der Probe auf den sie zerstörenden Dorn Punkten C+ und C-. Bei der Bestimmung der sperrt. Diese Forderung wird praktisch durch den Schädigungsarbeit wird vorausgesetzt, daß die Defor- 15 elektromechanischen oder elektrooptischen Schalter mationsgeschwindigkeit der Probe in der Stoßrich- S 4 erfüllt, der an der Fallapparatur angebracht und tung konstant ist Die Schädigungsarbeit erhält man dessen Höhenlage gegenüber dem Dorn mit Geber X, dann durch zeitliche Integration des Kraftimpuises vorzugsweise einer piezoelektrischen Kraftmeßdose, mittels des Integrators mit dem Meßkondensator K1. justierbar ist. — Zwischen dem Schalter S 4 und der Für Kondensatoren gilt bekanntlich, daß ihre Span- 20 Schalteinrichtung T kann ein elektrisches Verzögenung mit dem Zeitintegral des angelegten Ladestro- rungsglied eingefügt werden Jas eventuelle schnelle mes zunimmt. Demzufolge ist zur Bestimmung der Prellungen eines mechanischen Schalters unwirksam bis zum Bruch der Probe aufgewendeten Arbeit der macht. — Für andere als mechanische Schaltmittel, vom Geber X gelieferte Kraftimpuls in dnen Strom- z. B. eine lichtelektrische Schranke, isi ein solches impuls umzuwandeln und damit der Kondensator 35 Verzögerungsglied entbehrlich. — Beim Rückführen K1 fortlaufend zu laden. Die Spannung des Meß- de:, Probenhalters im Fallrahmen in die obere Auskondensators wird an einem Voltmeter des hochoh- gangslage und das damit verbundene Öffnen des migen Anzeigegeräts A abgelesen oder mit bekannten Schalters S 4 wird zweckmäßig die gesamte aus Inte-Mitteln aufgezeichnet. grator, Höchstwertanzeiger und Schalteinrichtung T Bei der Ausführung der Integration des Kraftim- 3° besiehende elektronische Einrichtung wieder in ihren pulses sind folgende Verhältnisse bzw. Schwierukei- Ausgangszustand versetzt.controls. Details of the circuit parts are shown in figs. - It shows Fig. 2, the built resistance R executed changeable.
Differentiating means D which in conjunction with the built up of semiconductor elements Unlock Indian in Fig. 3 reproduced switching device T Γ direction of FIG. 3 is designed so that it beden integrator IR and the peak value indicator HR 5 is teits opened by a small voltage that affects or . blocks The circuit of the maximum value indicator, which is made up of half and total impulses, is neglected. It is also designed in such a way that, according to one of FIG. 4 and the integrator of FIG. 5, it is initially opened for all further impulses, whereby the same letters are blocked in each case. The effect of a disturbance pulse in front of the points of the circuit units drawn according to the measurement, which prevents the following registration from the block diagram in FIG. I would be connected to each other that can be prevented by a switch. The supply voltage is for each one of the switching device T until shortly before that of these electronic circuit units at the impact of the sample on the destructive mandrel points C + and C-. In determining the locks. This requirement is practically due to the damage work, it is assumed that the deformation 15 electromechanical or electro-optical switch meets the mation speed of the sample in the shock direction S 4, which is attached to the fall apparatus and device is constant X, then by integrating the force pulse over time, preferably a piezoelectric load cell, can be adjusted by means of the integrator with the measuring capacitor K 1. - Between the switch S 4 and the capacitors it is known that their voltage switching device T can be fitted with an electrical delay with the time integral of the charging disruption element applied, and any rapid mes increases. Accordingly, the work expended in determining the bruises of a mechanical switch is ineffective until the specimen breaks. - For other than mechanical switching means, the force pulse supplied by the encoder X in thin current, e.g. B. a photoelectric barrier, such a pulse is to be converted and thus the capacitor 35 delay element is unnecessary. - To load continuously when returning K 1. The voltage of the measuring de :, sample holder in the drop frame in the upper discharge condenser is read on a voltmeter of the high-voltage position and the associated opening of the moderate display device A or with known switch S 4 the entire information is expediently recorded from the Internet. grator, maximum value indicator and switching device T In the implementation of the integration of the electronic device relating to the force 3 ° back into its pulse, the following conditions or difficulties are offset from the initial state.

ten zu überwinden. Die zur Steuerung des Auflade- Nach dem Einreißen gleitet der Probekörper mit Vorganges benötigten Transistoren lassen nur einen der am Rand eingespannten Folie noch eine kurze begrenzten Ladestrom zu. Da die Aufladung auf die Zeit über den Dorn mit dem Geber X und übt dabei höchste Spannung in einer Zeit möglich sein muß, 35 eine kleine Kraft auf diesen aus. Der zu integrierende die klein ist gegen die kürzeste vorkommende Im- Impuls fällt daher nicht völlig ab, sondern zeigt einen pulsdauer, ergibt sich auch für die Kapazität der Ausläufer, der bei der Integration nicht mit erfaßt Speicherkondensatoren eine obere Grenze. Anderer- werden soll. Die Integration ist also möglichst exakt seits müssen für eine Ablesung des Meßkondensators im Augenblick des Einreißens der Folie zu unterbreeinige Sekunden zur Verfügung stehen, so daß die ao eher*. Dies geschieht durch die der Schalteinrich-Ablesevorrichtung einen sehr hohen EingangsviHer- tung T vorgeschaltete Differenziereinrichtung D aus stand haben muß. Diese Forderung wird durch Ver- Halbleiterelementen, die den steileren Impulsabfall wendung eines mit Feldeffekt-Transistoren bestück- beim Einreißen in einen negativem Impuls verwanten Ableseverstärkers mit sehr hohem Eingangs- delt, der die Schalteinrichtung T wieder sperrt. Das widerstand von etwa 10¹³ Ohm erfüllt. — Da ferner 45 eigentliche Differenzierglied I ist in Fig. 2 durch der Integrator IR schon auf kleinste Spannungen an- eine unterbrochene ellipsenförmige Linie wiedergegcsprechen soll, würde eine unbeabsichtigte Verschie- ben. Es bewirkt beim Folienbruch am Eingang der bung des Nullpunktes bereits nach einigen Sekunden zugehörigen Verstärkerstufe V eine negative Spaneinen Integralwert !'eiern, der den Meßbereich weit nung, die eine positive Spannungsflanke am Ausübersteigt. Daher muß der Integrator IR vor und 50 gang M zur Folge hat. — Der Augenblick des Spernach dir höchstens einige Millisekunden dauernden rens der Schalteinrichtung Γ kann gegebenenfalls auf eigentlichen Messung durch die Schalteinrichtung T dem Oszillogramm der Kraft-Deformations-Kurve gesperrt werden. Da außer einer Nullpunktverschie- durch einen kleinen positiven Impuls sichtbar gebung des Integrators gegebenenfalls auch Störim- macht werden, der als Zacke auf der oszillopraphierpulse die Integration und den Höchstwertanzeiger 55 ten Kurve erscheint. Zweckmäßig <vird diese Diffe- HR bet rnflussen können, ist auch letzterer durui die ren/iereinrichtungD wahlweise abschaltbar ausge-Schalteinrichtung T zeitweise zu sperren. — Die führt, so d">ß man für bestimmte Messungen auch die Empfindlichkeit des Integrators ist mittels eines stu- ganze Kurve integrieren kann.th to overcome. The transistors required to control the charging After the tearing of the test specimen slides with the process, only one of the foil clamped at the edge still allows a short, limited charging current. Since it must be possible to charge to the time via the mandrel with the transmitter X and thereby exert the highest voltage at a time, a small force must be exerted on the latter. The one to be integrated, which is small compared to the shortest occurring impulse, does not drop completely, but rather shows a pulse duration that also results in the capacitance of the tail, which during the integration is not included in the storage capacitors an upper limit. Other- should be. The integration is therefore as exact as possible, on the other hand, seconds must be available for reading the measuring capacitor at the moment the film tears, so that the ao rather *. This happens because the switching device reading device must have a very high input differential T upstream differentiating device D from. This requirement is met by semiconductor elements that use the steeper pulse drop of a reading amplifier with a very high input delt that is equipped with field effect transistors when it breaks into a negative pulse and that blocks the switching device T again. The resistance of about 10 ¹³ ohms is met. Since the actual differentiating element I is furthermore 45 in FIG. 2, the integrator IR is supposed to reflect an interrupted elliptical line even for the smallest voltages, an unintentional shifting would occur. If the foil breaks at the entrance to the exercise of the zero point, after a few seconds the associated amplifier stage V causes a negative span, an integral value! Therefore, the integrator must have IR before and 50 M results. - The moment when the switching device Γ rens, which lasts at most a few milliseconds, can optionally be locked to the actual measurement by the switching device T on the oscillogram of the force-deformation curve. Since, in addition to a zero point shift, a small positive pulse from the integrator may also generate interference, which appears as a spike on the oscillographic pulse, the integration and the maximum value indicator 55th curve. Can rnflussen appropriate <bet vird this differential HR is also the latter durui the ren / iereinrichtungD option for deactivating out-switching device T to block temporarily. - This leads so that for certain measurements the sensitivity of the integrator can also be integrated by means of a whole curve.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

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ι

to measure with a case apparatus, in which the incorporated claim: strained specimen is destroyed by a cathedral that

contains a load cell as a transmitter. If you measure

Method for the automatic determination of the deformation path of the specimen with a maximum displacement force and the work of fracture in the case of the strength giver or with constant and known deformability testing of foils, thin plates and patency with the help of the deformation time, in which a specimen by means of such a way one can determine the desired values from the force an electrical force transmission containing the shock-displacement or force-time curve. It is known that the body is stressed, the force of which is proportional to the connection of the transducers to a Osnales electrical output signal via a Zillograph, which is fed either externally, more strongly to an integrating device and, for example, by a light barrier (magazine Kunst-Höchstwertspeicher and Höchststoff 50 [I960], p. 493, Fig. 6) or by means of the measuring force and fracture work indicated, the pulse itself can be triggered. It is further characterized by the combination of the following, integrating the measured curves with electronic gender characteristics that means, and it was proposed

a) a switch (S 4) a switching device (T) to set the integrator so that it switches off at the first drop in force shortly before the start of the load on the specimen (material specimen is put into a switching state I, which hung 8 [1966], p . 57).

Integrator (IR) and maximum value memory The invention is based on the object that for

(HR) can be switched on, ao damage work expended on each sample and

b) to determine the beginning increase of the measuring signal from -kraft directly from the electrical output signal of the amplifier (LF) at a certain of the force-measuring device and to convert the inte-force the switching device (T) into a grated value for exactly comparative tests to switching state II, the integrator IJR) .

and maximum value memory (HR) switched on, as this task is achieved according to the invention

c) the one between amplifier (LK) triggers that

and switching device (T) arranged dif- _{a) a viewer a} switching device shortly before

reference element (D) at the first measurement of _{the start of} loading of the test specimen in

The pulse emitted by the _{test body shifts the} switching state I, the integrator

making means (T) in a switching state III 30 _U nd maximum value memory can be switched,

offset, in which the switching device (T) _{b) the be} gi _nne nde rise of the measurement signal from the

locks and by a new impulse to amplifier at a certain force the

next not reopened-1 switching device can be switched to switching state II

The present invention applies a method _{of integrator and} maximum value _memories

ren for the automatic determination of the maximum force 35 turns on

and the work of fracture during the strength test _{c) that of one between} amplifier and switching

of foils, thin plates and papers, with device arranged differentiator with

to which a test specimen was released by an electrical _{first crack on the specimen}

between force transducer containing shock bodies in _{the case of the} switching device in a switching

is steady, whose electric level _m , proportional to the force, is offset, in which the switching device's output signal via an amplifier is an _{m and a new one} , _ls

Integrating device and a maximum value storage _{can not be opened again} .

rather is fed, and maximum force and fracture work are displayed. In the following description, the invention

45 in connection with the drawings.

iautert.