DE1943137U

DE1943137U - Dehnungsmessvorrichtung.

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Publication number: DE1943137U
Application number: DEC14460U
Authority: DE
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1965-04-26
Filing date: 1966-04-26
Publication date: 1966-07-28
Also published as: LU50947A1; GB1134086A; FR1441616A; BE678784A; CH456984A; ES325947A1

Description

tatentanwHfe "^ ^ 1 9 3 7 fl * 26Λ 66

I.-Ing. R. BGQtz u.
Dipl.-Ing. Lsmprechf

München 22, Steinsdorfst«·. 10

410-11.381G 26.4-1966

Commissariat ä I¹Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Dehnungsmeßvorrichtung

Die Neuerung betrifft ganz allgemein Dehnungsmeßvorrichtungen zur Messung linearer Dehnungen, welche Prüfkörper aus unterschiedlichen festen Stoffen unter der Einwirkung von Wärme erfahren.

Die Neuerung bezieht sich insbesondere auf eine Dehnungsmeßvorri chtungj die ganz speziell für Dehnungsmessungen an bestrahlten Prüfkörpern bestimmt ist, beispielsweise an Prüfkörpern, die mit aus Kernreaktoren kommenden Neutronen bestrahlt wurden. Diese Dehnungsmeßvorrichtung wurde so entworfen, daß sie in eine Strahlenschutzzelle eingebaut werden kann, die von einer Bleiwand mit einer Dicke zwischen 5 und 25 cm umgeben ist, so daß die Vorrichtung fernbedient werden muß.

Die neuerungsgemäße Dehnungsmeßvorrichtung umfaßt eine abdichtbare Meßkammer, die den zu untersuchenden Prüfkörper aufnimmt und einen Anschluß zum Auspumpen der Kammer und Aufrechterhalten eines sehr weitgehenden Vakuums in der Kammer aufweist, ferner eine Heizeinrichtung, die es gestattet, in der Kammer zumindest im Bereich des Prüfkörpers eine nach einem

410-B.I938-3-LH (7)

bestimmten Programm regelbare Temperatur zu erzeugen, und schließlich ein Thermoelement und einen Dehnungsmeßtaster, die in der Kammer angeordnet sind und sowohl die Temperatur 1 des Prüfkörpers als auch seine lineare Dehnung D messen; die Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer einerseits von einem festen Bauteil begrenzt ist, der den Dehnungsmeßtaster aufnimmt, und andererseits durch eine an einem ihrer Enden geschlossene rohrförmige Hülse aus transparentem Quarz, welche an ihrem anderen offenen Ende mit einem ringförmigen koaxialen Zwischenbauteil in Verbindung steht, der zum öffnen der Meßkammer in starrer Verbindung mit der Hülse axial verschiebbar und zum Schließen der Meßkammer an die öffnung des festen Bauteils dichtend anschließbar ist.

Das in der Meßkammer aufrechtzuerhaltende hohe Vakuum kann beispielsweise in der Größenordnung von 10 ^ Torr liegen und das Temperaturprogramm kann Temperaturen zwischen 0 und 1000⁰C umfassen.

Die Meßkammer ist derart gestaltet, daß sie zum Einbringen des Prüfkörpers geöffnet werden kann und es sind Mittel zur Fernbetätigung des öffnens und des Schließens der Meßkammer sowie zum Einführen zumindest eines Teiles der Meßkammer in einen Ofen bzw. zum Herausziehen der Meßkammer aus dem Ofen vorgesehen.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der neuerungsgemäßen Dehnungsmeßvorrichtung werden sich aus der folgenden Beschreibung eines

Ausführungsbeispiels ergeben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine schematische Gesaratdarstellung der Dehnungsmeßvorrichtung gemäß der Neuerung, die das Arbeitsgehäuse und die zusätzlichen Apparaturen erkennen läßt j

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene bzw. geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Dehnungsmeßvorrichtung und ihrer zusätzlichen Bauteile, insbesondere wichtige Einzelheiten der Vorrichtung und Teile der Verschiebemechanismen;

Fig.2A einen vergrößert dargestellten Teil der Fig. 2;

Fig. J einen Querschnitt längs der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2.

Bei dem schematisch in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Dehnungsmeßvorrichtung eine dichte Hülse 1 aus transparentem Quarz, die die Form eines langgestreckten Reagenzrohres hat und an ihrem äußeren Ende la geschlossen ist, während sie mit ihrem anderen offenen Ende Ib mit dem Innenraum eines rohrförmigen Bauteils 2 in Verbindung steht, dessen offenes Ende 2a mit der Quarzhülse verbunden ist und dessen anderes, geschlossenes Ende 2b einen Dehnungstaster 3 aufnimmt. Dieser rohrförmige Bauteil 2 hat einen quergerichteten Anschlußstutzen 2e, der mit einer Pumpenanlage verbunden werden kann, um in der von dem gesamten abgeschlossenen Volumen im Innenraum der Hülse 1 und des Bauteils 2 gebildeten Meßkammer ein sehr hohes Vakuum in

Der Größenordnung von 10 ^ Torr zu erzeugen. Der im Inneren dieser Meßkammer vorhandene Druck kann mittels eines Ionisations-Druckmessers 4 gemessen werden, der an ein Meßgerät angeschlossen ist, das sich außerhalb der aus Blei bestehenden und nicht dargestellten Zellenwand befindet.

Im Inneren der Quarzhülse 1 ist eine Halterung 5 aus Quarz angeordnet, auf die der zu untersuchende Prüfkörper E aufgelegt werden kann; diese Halterung endet an ihrem Ende in einem Anschlagstück 6, an dem sich ein Ende des Prüfkörpers abstützt, während das andere Ende in Berührung mit dem Stirnende eines stangenförmigen, verschiebbaren Übertragungsgliedes 7 aus Siliziumdioxyd in Berührung steht, das sich zwischen dem Dehnungstaster 3 und dem Prüfkörper E erstreckt. Der Dehnungstaster 3 ist ein bekannter Taster, der nach dem Induktionsprinzip arbeitet, ein äußeres Gehäuse 3a und eine Spule aufweist, in der sich ein Tauchkolben 3b verschiebt, der mit dem Übertragungsglied 7 verbunden ist. Eine Feder mit einer Druckkraft von ungefähr 20 g drückt den Tauchkern 3b in Richtung auf den Prüfkörper und sichert so den unmittelbaren Kontakt zwischen dem Prüfkörper und dem Anschlag 6 sowie zwischen dem Übertragungsglied 7 und dem Prüfkörper.

Ein zweites stangenförmiges Übertragungsglied 8 aus Siliziumdioxyd kann zwischen einen geeichten Vergleichsprüfkörper R, der zusammen mit dem zu untersuchenden Prüfkörper E auf dem Träger

angeordnet wird, und dem Gehäuse Ja des Dehnungstasters eingefügt werden; das Gehäuse Ja wird in Richtung auf den Vergleichskörper R durch eine Feder 9 mit einer wesentlich größeren Kraft als sie auf den Tauchkern wirkt, gedrückt ; diese Kraft kann beispielsweise in der Größenordnung von 40 g liegen.

Der Dehnungsmeßtaster 3 kann in Längsrichtung relativ zu dem festen Bauteil 2 mittels eines Einstellantriebes 10 verschoben werden; die jeweilige Einstellage des Tasters wird sehr genau mit Hilfe eines bekannten Mikrometers mit unmittelbarer Ablesung (_nicht dargestellt) bestimmt.

Das Ende der Quarzhülse 1 enthält den Prüfkörper und wird durch einen zylindrischen, an einem seiner Enden 11a offenen Rohrofen 11 beheizt, der die Hülse aufnehmen kann und an seinem anderen Ende 11b durch einen Stopfen 12 aus Asbestgeflecht abgeschlossen ist. Dieser Ofen ist an einem in der Pig. I nicht dargestellten verschiebbaren Schlitten oder Wagen befestigt, der von einem Punkt außerhalb der Bleizelle derart gesteuert werden kann, daß er sich über den Endteil der Quarzhülse der Meßkammer schiebt, und zwar in eine Stellung, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, oder sich in dieser Fig. nach rechts bewegt, um die Quarzhülse der Meßkammer freizugeben.

Das andere Ende Ib der Quarzhülse 1, das sich außerhalb des Ofens befindet, wird mit Hilfe eines ringförmigen Wassermantelkörpers 13 gekühlt, der aus einer Kühlwasserleitung 14

gespeist wird. Diese Kühlung hat den Zweck, eine Bschädigung der Dichtung am Ende Ib der Quarzhülse zu verhindern.

Die Temperatur im Inneren der Meßkammer kann mittels eines Programm-Temperaturreglers 15 geregelt werden, der seinerseits das (nicht dargestellte) Heizelement des Ofens steuert; die Temperatur im Ofen läßt sich mittels eines Thermoelementes l6 irgendeiner bekannten Bauart messen, das den physikalischen Bedingungen der Versuche angepaßt und in unmittelbarer Nähe des Prüfkörpers angeordnet ist. Die Temperaturregelung des Ofens läßt sich leicht aus größerer Entfernung von einem Steuerstand her durchführen.

Der Dehnungstaster 3 ist elektrisch an eine Verstärker-Brücke 17 angeschlossen.

Das Thermoelement 16 und die Verstärker-Brücke 17 sind über elektrische Leitungen l6a und 17a mit Eingangsklemmen l8x und l8y eines Registriergerätes (für X und Y-Werte) bekannter Bauart angeschlossen, das eine Kurve der von dem Dehnungstaster relativ zu dem Tastergehäuse erfaßten Dehnungen D in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur T des Prüfkörpers aufzeichnet. Die gesamte oben beschriebene Anordnung ist im Inneren einer (nicht dargestellten) Bleizelle eingeschlossen, die einen vollkommenen Strahlungsschutz gewährleistet. Die Meß- und Anzeigegeräte sind außerhalb dieser Zelle angeordnet und ein Zangen-Telemanipulator bekannter Bauart dient zum Auflegen des Prüfkörpers E auf seinen Träger 5. Die Steuerung der Verschiebeeinrichtung des Ofens, für die ein Beispiel weiter unten besehrieben

wird, kann von Hand erfolgen, sie läßt sich aber auch von außerhalb der Zelle mittels einer Antriebswelle durchführen, die durch die Zellenwand geschützt hindurchgeführt ist.

Die Pumpeneinrichtung bekannter Bauart umfaßt eine primäre Schaufelpumpe und eine sekundäre Diffusionspumpe mit öl·* Diese Pumpengruppe ist ebenfalls im Inneren der Bleizelle angeordnet; sie kann indessen von außen über eine Bleipanzertür zugänglich sein. Wenn zwischen der Meßvorrichtung und der Pumpengruppe noch ein besonderer Schutz vorgesehen ist.

Die oben beschriebene Dehnungsmeßvorrichtung wird in folgender Weise benutzt:

Wenn kein geeichter Vergleichs-Prüfkörper R vorhanden ist, bleibt das Gehäuse 5a des Dehnungstasters ortsfest an einem Anschlag und die Verschiebungen des Tauchkerns Jb sind genau gleich der Dehnung des Prüfkörpers E. Das von dem Dehnungstaster gelieferte elektrische Signal wird der Verstärker-Brücke 17 zugeleitet, von der ein entsprechendes neues Signal zur Registriervorrichtung l8 gelangt. Andererseits empfängt diese Registriervorrichtung ein Signal von dem Thermoelement l6. Diese beiden Signale ändern sich entsprechend dem programmäßigen Ändern der Temperaturen T, der der Prüfkörper E ausgesetzt wird und die eine Dehnung D des Prüfkörpers in Abhängigkeit von der Temperatur T bewirkt; die Registriervorrichtung l8 zeichnet die Kurve D in Abhängigkeit von T.

Wenn ein geeichter Vergleichsprüfkörper R vorhanden ist, überträgt dieser auf das Gehäuse Ja, des Dehnungstasters seine eigene Dehnung und das Meßergebnis, das der Dehnungstaster selbst liefert, stellt nur noch die relative Lagenänderung des Tauchkernes gegenüber dem Gehäuse des Tatsers dar, d.h. in diesem Falle die Differenz der Dehnungen des Prüfkörpers E und des geeichten Vergleichskörpers R. Man wählt für den Vergleichskörper R ein Material mit bekannten Dehnungseigenschaften; man kann die größte Empfindlichkeit in der Messung dann erzielen, wenn der geeichte Vergleichskörper Dehnungseigenschaften hat, die in der Nähe der Dehnungseigenschaften des Prüfkörpers liegen.

Wenn man insbesondere die durch Bestrahlung bedingten Änderungen der Dehnung will, wählt man einen geeichten Vergleichskörper R, der genau gleich dem Prüfkörper E, aber nicht bestrahlt istj die dann durch die Messung erhaltene Kurve gibt unmittelbar die Änderungen der Dehnungseigenschaften wieder, die auf die Bestrahlung des Prüfkörpers, beispielsweise Neutronen, zurückzuführen sind.

Die neuerungsgemäße Dehnungsmeßvorrichtung ermöglicht eine Meßgenauigkeit von 0,5 Mikron über eine Länge von 2 mm; die Möglichkeit einer Verschiebung des Meßsystems um einen genau meßbaren konstanten Wert gestattet es jedoch, diese Genauigkeit über wesentlich größere Längenbereiche auszudehnen, selbst wenn man die gesamte Kapazität der Vorrichtung mit 12 mm Meßlänge ausnutzt .

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform stellt ein Beispiel der mechanischen Ausbildung der Vorrichtung dar, bei der man unterschiedliche Teile der Vorrichtung, um die für eine zweckmäßige Benutzung der Vorrichtung erforderlichen Strecken gegeneinander längsverschieben kann.

Das Prinzip dieser Vorrichtung ist identisch mit dem Prinzip der schematisch in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und die Bezugszeichen 1 bis 18 bezeichnen in den Fig. 1, 2 und 2A einander gleiche oder ähnliche Bauteile. Bei der folgenden Beschreibung der Fig. 2, 2A und 3 werden deshalb nur noch besondere Merkmale dieser Ausführungsform ausführlich beschrieben.

Der rohrförmige Bauteil 2 und die Quarzhülse 1 sind durch ein koaxiales Verbindungs-Zwisehenrohr 21 lösbar verbunden, das in den Bauteil 2 eingreift und die Quarzhülse an ihrem Ende umfaßt. Dieses Zwischenrohr ist unbeweglich an dem ringförmigen ^assermantelkörper 15 festgelegt, der es umgibt. Die innere Wasserkammer des Wassermantels ist durch Ringdichtungen 22, 23 und 24 abgedichtet. Die gesamte Anordnung 25, die aus dem Zwischenrohr 21 und dem Wassermantelkörper 13 besteht, kann axial verschoben werden; die Kühlwasser-Zu- und Ableitungen bestehen aus nachgiebigen Schläuchen. Beim Verschieben der Anordnung 25 zum Bauteil 2 hin dringt das rückwärtige Ende 21A des Zwischenrohres 21 in den rohrförmigen Bauteil 2 ein, wobei die Abdichtung zwischen der beweglichen Anordnung 25 und dem festen Rohrbauteil 2 durch Ringdichtungen 26, 27 und 28 gesichert ist. Die verschiebbare Anordnung 25 umfaßt weiterhin einen vorderseitigen

Rohrstutzen 13A, der sieh in die öffnung 11a des Ofens einfügen kann, wenn die Dehnungsmeßvorrichtung vollkommen geschlossen ist, entsprechend der Darstellung in Fig. 2, was dem normalen Betriebszustand der Vorrichtung entspricht.

In dem vorderseitigen Endabschnitt des Zwischenrohres 21 ist das rückwärtige Ende Ib der aus Quarz bestehenden Hülse 1 festgelegt, wobei die Abdichtung zwischen diesen beiden Teilen durch Ringdichtungen 29 und 30 erfolgt. Durch das Innere des Zwischenrohres 21 und der Quarzhülse 1 erstreckt sich ein zu den Teilen 1 und 2 koaxiales Rohr 2A, das seinerseits an dem ortsfesten Bauteil 2 befestigt ist und die Übertragungsstange 7 (oder die beiden Übertragungsstangen 7 und 8) umgibt; das freie Ende dieses Rohres 2A trägt den Träger 5 zur Aufnahme des Probekörpers E.

Die bewegliche Anordnung 25 und der Ofen sind derart ausgebildet, daß sie gemeinsam in Längsrichtung nach vorn um eine solche Strecke verschoben werden können, daß das rückseitige Ende 21A des Zwischenrohres 21 den Träger 5 freigibt; diese verschiebbare Anordnung kann auch wieder derart nach rückwärts geschoben werden, daß das Zwischenrohrende 21A sich tief in den ortsfesten Bauteil 2 einschiebt, bis zu der Anschlagstellung, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, und dabei das Quarzrohr 1 mit riach rückwärts nimmt, das dann zwischen der beweglichen Anordnung 25 und dem Ofen erscheint, der in seiner vorgeschobenen Stellung geblieben ist.

- Ii -

Um diese Bewegungen möglich zu machen und sie auch gegenüber dem fest auf eine Konsole JIa eines ortsfesten Gestells Jl angeordneten festen Bauteil 2 durchzuführen, ist die bewegliche Anordnung 25 über Stützen 52 auf einem Wagen 55 festgelegt, der mit Rollen 54 auf horizontalen Längsstangen 55 rollen kann, welche ihrerseits auf einem festen Träger ~$6 angeordnet sind, der starr mit dem Gestell 51 verbunden ist. Der Wagen 55 trägt seinerseits Führungsstangen 57.» auf denen mittels Rollen 58 ein den Ofen 11 tragender Wagen 59 verfahrbar ist.

Die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Wagens 53 können mit Hilfe eines Zahnradantriebes durchgeführt werden, der eine Zahnstange 40 (Pig. 3) antreibt, die starr mit dem Wagen y^ verbunden ist und mit einem Zahnrad 41 im Eingriff steht, dessen Achse 42 entweder durch eine aufsetzbare Handkurbel antreibbar ist, deren Wellenende durch die Bleiwand hindurchführt oder durch einen im Inneren der Schutzwelle angeordneten und von außen steuerbaren Motor. Die Verschiebebewegungen des Wagens 59j der den Ofen trägt, relativ zu dem Wagen 53 können durch irgendeine handbetätigte elektrische oder sonstige Vorrichtung bewirkt werden. Ein Einstellantrieb ist an dem festen Gestell 5I befestigt. Der Dehnungsmeßtaster 5 ist auf Rollkugeln montiert, um seine Längsverschiebung zu erleichtern.

Pur das Einbringen des zu untersuchenden Prüfkörpers schiebt man den Wagen ~^> nach vorn vor, wobei gleichzeitig der Wagen 59 und mit diesem der Ofen mitgenommen werden, bis das rückseitige

Ende 21A des Zwischenrohres 21 den Träger 5 zur Aufnahme des Prüfkörpers freilegt. Man legt den Prüfkörper E auf seinen Träger, indem man diesen Prüfkörper mittels eines hierzu vorgesehenen Telemanipulators bewegt. Das ständige Anliegen der Berührungsflächen zwischen dem festen Anschlag 6 des Trägers 5 und dem Tauchkern 3a des Dehnungsmeßtasters ist durch die innerhalb des Tatsergehäuse angeordnete Andrückfeder gesichert. Man bringt dann die Vorrichtung wieder in ihre Schließstellung, in der die Abdichtung automatisch durch die sich beim Zusammenschieben anlegenden Ringdichtungen gesichert ist. Dann kann man das Vakuum in der Meßkammer herstellen und nacheinander die Temperatur T entsprechend einem vorbestimmten Programm ändern und schließlich die von dem Dehnungstaster gelieferten Dehnungswerte D ablesen bzw. eine stetige Kurve D (T) zeichnen, oder automatisch diese Kurve mittels des Registriergerätes 18 aufzeichnen lassen.

Wie bereits oben erwähnt, können die Meßwerte der Dehnung D entweder Absolutwerte sein oder auch relative Dehnungswerte, die als Differenz gegenüber der Dehnung eines geeichten Bezugskörpers R gemessen wurden.

Sämtliche Handhabungsvorgänge können von einer Steuerstelle außerhalb der abgedichteten Schutzzelle durchgeführt werden.

Wenn man nur die Quarzhülse freilegen will, um diese Hülse auf ihren Zustand zu untersuchen oder sie zu ©Tsetzen, läßt sich der Ofen 11 allein nach vorn schieben, indem man den Wagen 39

auf den Wagen 33 verschiebt, während die bewegliche Anordnung 25 in ihrer äußersten Rückwärtsstellung bleibt, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist; der vordere Teil der Quarzhülse befindet sich dann außerhalb des Ofens und ragt frei aus der Vorrichtung heraus.

Claims

- 14 Schutzansprüche

1. Dehnungsmeßvorrichtung mit einer dicht abschließbaren Meßkammer, die den zu messenden Prüfkörper aufnimmt und einen Anschluß zum Auspumpen der Kammer und Aufrechterhalten eines hohen Vakuums in der Kammer aufweist, ferner ".einer Heizeinrichtung, die es gestattet, in der Kammer zumindest im Bereich des Prüfkörpers, eine nach einem bestimmten Programm regelbare Temperatur zu erzeugen und schließlich einem Thermoelement und einem Dehnungsmeßtaster, die in der Kammer angeordnet sind und sowohl die Temperatur T des Prüfkörpers als auch dessen lineare Dehnung zu messen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer einerseits von einem ortsfesten Bauteil begrenzt ist, der den Dehnungsmeßtaster aufnimmt, und andererseits von einer an ihrem einen Ende geschlossenen rohrförmigen Hülse aus transparantem Quarz, welche an ihrem anderen Ende mit einem koaxialen ringförmigen Zwischenbauteil in Verbindung steht, der zum öffnen der Meßkammer in starrer Verbindung mit der Hülse axial verschiebbar;? und zum Schließen der Meßkammer an die öffnung des festen Bauteils dichtend anschließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Anordnung auf einem bewegbaren Wagen festgelegt ist, der gegenüber dem festen Bauteil parallel zur Achse der Meßkammer verschiebbar ist.

.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Einstellantrieb für den Dehnungsmeßtaster, der am Ende der
Meßkammer angeordnet und von dem gleichen ortsfesten Gestell
getragen ist, wie der ortsfeste Bauteil.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung aus einem elektrischen Rohrofen besteht, der längs der Achse der Meßkammer derart verschiebbar ist, daß er einen Endteil der Quarzhülse umschließt oder sich von diesem entfernt, und der mit einem Programm-Temperaturregler ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung auf einem zweiten relativ zum ersten verschiebbaren Wagen aufgebaut ist, der parallel zur Achse der Meßkammer verfahrbar· ist.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Anordnung aus Hülse und Zwischenbauteil von einem Masserkühlmantel umgeben ist, der über biegsame Schläuche mit Kühlwasser gespeist ist.