DE2543126C2 - Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen - Google Patents
Vorrichtung zur Messung von LängenänderungenInfo
- Publication number
- DE2543126C2 DE2543126C2 DE19752543126 DE2543126A DE2543126C2 DE 2543126 C2 DE2543126 C2 DE 2543126C2 DE 19752543126 DE19752543126 DE 19752543126 DE 2543126 A DE2543126 A DE 2543126A DE 2543126 C2 DE2543126 C2 DE 2543126C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- spiral springs
- titanium
- length
- oxidation
- flat sides
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003064 anti-oxidating Effects 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003078 antioxidant Effects 0.000 claims 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N TiO Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000004078 cryogenic material Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001929 titanium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen eines insbesondere
auf Tieftemperivtur gekühlten Körpers mit einem U-förmigen Federelement, das zwei elastische, jeweils
als spitzwinkliges, gleichschenkliges Dreieck gestaltete Biegefedern aus Titan oder einer Titanlegierung mit
gleichmäßiger Randfaserdehnung enthält, auf deren Flachseiten mindestens je ein Dehnungsmeßstreifen
aufgeklebt oder aufgeschweißt ist, und das ein starres Verbindungselement vorgegebener Länge aus Titan
oder einer Titanlegierung enthält, an dessen Stirnseiten die Biegefedern eingespannt sind, und das an den freien
Enden seiner Biegefedern mit dem Körper mechanisch verbunden ist.
Für Werkstoffe, die in Einrichtungen der Tieftemperaturtechnik
verwendet werden sollen, sind in vielen Fällen vorbestimmte Festigkeitswerte bei statischen,
dynamischen und stoßartigen Beanspruchungen erforderlich. Es müssen deshalb die Grenzen der Belastbarkeit
dieser Werkstoffe ermittelt werden, und diese Grenzwerte sind dann bei der Dimensionierung und
Gestaltung der Einrichtungen zu berücksichtigen.
Zur Bestimmung dieser Grenzwerte kann man eine Spannungsanalyse des Werkstoffs der Einrichtung
vornehmen. Spannungen in einem Werkstoff sind jedoch nicht direkt meßbar. Es werden deshalb
beispielsweise Dehnungsmeßstreifen zur Bestimmung von Längenänderungen bei Beanspruchungen des zu
untersuchenden Werkstoffes verwendet. Nach dem Hookeschen Gesetz läßt sich nämlich die Spannung in
einem Werkstoff mit Hilfe seines Elastizitätsmoduls aus seiner Längenänderung berechnen. Ferner kann auch
der temperaturabhängige Elastizitätsmodul des Werkstoffes eines Werkstückes aus der mittels eines
Dehnungsmeßstreifens registrierten Längenänderung des Werkstücks bestimmt werden, die sich unter
Einwirkung einer vorbestimmten Kraft ergibt. Da beispielsweise metallische Werkstoffe einen verhältnismäßig
hohen Elastizitätsmodul haben, der mit tieferer Temperatur zunimmt, sind die bei den zulässigen,
üblichen Beanspruchungen auftretenden Längenänderungen entsprechend klein. Es sind deshalb empfindliche
Meßtechniken erforderlich.
Für Messungen bei Raumtemperatur können solche kleineren Längenänderungen verhältnismäßig einfach
mit Hilfe optischer, elektrischer oder magnetischer Meßwertverstärker sehr genau ermittelt werden. Im
Falle tiefer Temperaturen, beispielsweise nahe dem absoluten Nullpunkt, sind jedoch diese Verfahren sehr
kompliziert und erfordern einen verhältnismäßig großen Aufwand. Sie werden im allgemeinen nur dann
angewandt, wenn sehr hohe Meßgenauigkeiten erforderlich sind, wie z. B. für die Ermittlung des differentiellen
linearen oder kubischen thermischen Dilatationskoeffizienten eines Werkstoffes.
Auf dem Gebiet der Tieftemperaturmaterialprüfung ist es bekannt, zur Ermittlung der mechanischen
Spannungen eines tiefgekühlten Probekörpers die zu messenden Längenän.derungen mittels mechanischer
Gestänge zunächst auf Raumtemperatur zu übertragen und dann mit Hilfe üblicher Meßwertverstärker zu
bestimmen. Ein solches Verfahren ist jedoch, insbesondere bei Langzeitmessungen, mit verhältnimäßig großen
Meßfehlern behaftet, da das Übertragungsgestänge thermischen Schrumpfungen unterliegt, insbesondere
dann, wenn zur Kühlung des Probekörpers verflüssigte Gase verwendet werden, deren Flüssigkeitsspiegel
innerhalb vorbestimmter Grenzwerte schwankt.
Bei Messungen mit Dehnungsmeßstreifen, die auf den Probekörper aufgeklebt sind, treten diese Schwierigkeiten
nicht auf. Die Meßwertübertragung erfolgt nämlich über elektrische Leitungen. Bei diesen Meßverfahren
kann der Einfluß der Meßleitungen auf das Mcßsignal kompensiert werden.
Bei Überdehnung des Probekörpers werden jedoch die auf ihm aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen beschädigt
oder zerstört. Es sind deshalb Dehnungsmeßvorrichtungen entwickelt worden, die auf den zu untersuchenden
Probekörper aufgesetzt werden können und die sich bei Überdehnung der Oberfläche von dieser
ablösen.
Eine entsprechende Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen eines auf Tieftemperatur gekühlten
Probekörpers ist beispielsweise aus der Veröffentlichung »Advances in Cryogenic Engineering«, Vol. 7
(1962), S. 433 bis 439, bekannt. Diese Vorrichtung enthält ein etwa U-förmig gestaltetes Rahmenelement, das zwei
annähernd parallele Schenkel enthält, die an den Stirnseiten eines senkrecht dazu starren, quaderförmigen
Verbindungselementes angeschraubt sind. Die freien Enden der Schenkel mit einem durch die Länge
des Verbindungselementes vorgegebenen Ausgangsabstand können an dem zu untersuchenden Probekörper
angeklemmt werden. Als Schenkel sind jeweils eine elastische, als spitzwinkliges, gleichschenkliges Dreieck
geformte Biegefeder gleichmäßiger Randfaserdehnung vorgesehen. Auf einer der beiden Flachseiten jeder
Biegefeder ist ein Dehnungsmeßstreifen angeordnet. Die Biegefedern und das Verbindungselement können
aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen. Diese Materialien sind unmagnetisch und deshalb auch für
Messungen bei hohen Magnetfeldern geeignet. Ferner behalten sie bei tiefen Temperaturen gute elastische
Federeigenschaften. Darüber hinaus ist ihre spezifische Dichte und sumit ihre abzukühlende Masse verhältnismäßig
klein, so daß ein entsprechend geringer Kühlmittelbedarf und eine entsprechend kurze Abkühlzeit
erforderlich sind.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich die auf solchen
Biegefedern aus Titan oder einer Titanlegierung aufgebrachten, beispielsweise aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen
insbesondere nach einer Abkühlung auf tiefe Temperaturen ablösen können. Auch Lei mechanischen
Beanspruchungen der Biegefedern schon bei Raumtemperatur, bei denen die Metalloberfläche der
Biegefedern gedehnt oder gestaucht wird, kann die innige Verbindung zwischen dem Metalluntergrund und
dem Dehnungsmeßstreifen unterbrochen werden. Es besteht dann die Gefahr, daß die Meßergebnisse
entsprechend verfälscht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die bekannte Meßvorrichtung dahingehend zu verbessern, daß diese
Schwierigkeiten nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird für eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die
Flachseiten der metallisch blanken Biegefedern mit einer dünnen oxydationshindernden Schicht versehen
sind.
Die Vorteile dieser Maßnahme bestehen insbesondere darin, daß bereits bei Raumtemperatur die Ausbildung
einer Titanoxydschicht auf den Teilen aus Titan oder Titanlegierungen verhindert wird. Diese Oxydschicht
hat nämlich einen vom Titanmetall verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten, so daß sie bei Abkühlung
auf tiefe Temperaturen leicht vom Metalluntergrund abplatzen kann. Durch die oxydationshindernde
Schicht wird so eine gute Haftgrundvorbereitung erreicht und eine ausreichende Adhäsion eines Klebers
auf der Metalloberfläche ermöglicht.
Als Schichtmaterial kann vorteilhaft Rein-Aluminium oder Gold vorgesehen sein, das im Hochvakuum auf den
Biegefedern auf elektrostatischem Wege abgeschieden ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen
wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren F i g. 1 und 2 eine Meßvorrichtung gemäß der Erfindung
schematisch veranschaulicht ist.
Die in F i g. 1 als Teilschnitt dargestellte Meßvorrichtung enthält zwei gleichgroße, dreiecksförmige Biegefedern
2 und 3, deren Gestalt aus F i g. 2 näher hervorgeht. Diese Biegefedern sind jeweils an ihrem einen Ende
einseitig an einem starren, quaderförmigen Verbindungselement 5 lösbar befestigt, vorzugsweise zwischen
den Stirnflächen dieses Verbindungselementes und entsprechenden Halteplatten 7 bzw. 8 mittels einer
Schraube 9 und einer Mutter 10 fest eingespannt. In ihrer Ausgangslage sind die Biegefedern parallel
zueinander in einem durch die Länge L des Verbindungselementes S vorbestimmten Absland io angeordnet.
Auf den freien Flachseiten der beiden Biegefedern 2 und 3 ist jeweils ein Dehnungsmeßstreifen fest
angebracht, beispielsweise aufgeklebt oder aufgeschweißt. Die Dehnungsmeßstreifen sind in der Figur
nur angedeutet und mit 12 bis 15 bezeichnet. Eise Übersicht über verschiedene Bauformen solcher Dehnungsmeßstreifen
ist beispielsweise in der Zeitschrift »messen + prüfen«, Juli/August 1975, S. 326, gegeben.
Die im Querschnitt U-förmig ausgebildete Meßvorrichtung
kann an den beiden freien Enden 17 bzw. 18 ihrer beiden Biegefedern 2 und 3 an einem auf
Längenänderungen zu untersuchenden, in der Figur nicht dargestellten Probekörper befestigt werden. Bei
Längenänderungen des Probekörpers gegenüber dem Ausgangsabstand L0 der beiden freien Enden der
Biegefedern werden diese entsprechend deformiert, entweder auseinandergebogen oder aufeinander zu
gebogen. Hierbei wird jeweils eine der Flachseiten jeder Biegefeder gedehnt, während die gegenüberliegende
Flachseite gestaucht wird. Diese Dehnungen und Stauchungen rufen ein entsprechendes Signal der
Dehnungsmeßstreifen in Form einer Widerstandsänderung hervor. Fließt dabei durch die Dehnungsmeßstreifen
ein Strom, so liefert die entsprechende Änderung des Spannungsabfalls über dem betreffenden Dehnungsmeßstreifen
eine Aussage über die mechanische Längenänderung der betreffenden Flachseite. Mit einer
geeigneten elektrischen Schaltung der einzelnen Dehnungsmeßstreifen, insbesondere mit einer Brückenschaltung,
erhält man ein der Längenänderung des Probekörpers entsprechendes Signal.
Die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung kann vorteilhaft mittels einer entsprechenden Klemmvorrichtung
an dem Probekörper so befestigt werden, daß sie sich bei Bruch, Überdehnung oder übermäßiger
Stauchung dieses Körpers von diesem lösen kann. Hierzu können beispielsweise die äußeren Enden 17 und
18 der beiden Biegefedern mit Kerben 19 bzw. 20 versehen sein, in die entsprechende Teile einer an dem
Probekörper befestigten Klemmvorrichtung eingreifen können.
Da sich das Verbindungselement 5 gegen andere entsprechende Elemente beliebiger Länge L austauschen
läßt, kann der Ausgangsabstand L0 zwischen den beiden Enden der Biegefedern entsprechend vorgegeben
werden.
In Fig.2 ist eine Seitenansicht der Meßvorrichtung
nach F i g. 1 veranschaulicht. In der Figur sind deshalb entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern
versehen. In der dargestellten Ansicht ist nur eine der beiden Biegefedern, nämlich die Biegefeder 2 nach
F i g. 1, zu erkennen. Die Biegefeder hat im wesentlichen die Form eines spitzwinkeligen, gleichschenkeligen
Dreiecks gleicher Dicke und ist über die kurze Grundseite hinaus zu einem rechteckigen Befestigungsteil
verlängert, das zwischen einer Stirnseite des Verbindungselementes 5 und einer entsprechenden
Halteplatte 7 mittels einer Schraube 9 lest eingespannt ist. Das freie Ende 17 der Biegefeder ist hammerförmig
aufgeweitet, um eine sichere Befestigung der Meßvorrichtung an dem Probekörper, beispielsweise mittels
einer in der Figur nicht näher ausgeführten Klemmvorrichtung, zu ermöglichen. Die Biegefeder dehnt sich bei
Auslenkung aus der Ausgangslage über ihre gesamte Dreiecksfläche gleichmäßig aus. Es ist somit nicht
erforderlich, auf ihren Flachseiten die Dehnungsmeßstreifen, von denen in der Figur der Dehnungsmeßstreifen
12 dargestellt ist, entsprechend dem Meßort einzujustieren.
Für Messungen nahe dem absoluten Nullpunkt eignet sich als Material für die Biegefedern sowie für den
Verbindungskörper vorteilhaft Titan oder eine Titanlegierung. Diese Materialien überziehen sich jedoch leicht
mit einer Oxydationsschicht, so daß bei einem Aufkleben der Dehnungsmeßstreifen auf diesen Biegefedern
der innige Koniakt zwischen dem Dehnungsmeßstreifen und der Oberfläche der Biegefeder
unterbrochen werden kann. Es ist deshalb vorteilhaft, metallisch blanke Titanoberflächen herzustellen und mit
einer oxydationshindernden dünnen Schicht zu überziehen. Als Schichtmaterial kann zweckmäßig Gold oder
Rein-Aluminium verwendet werden, das beispielsweise im Hochvakuum auf der Biegefeder nach bekannten
Verfahren wie beispielsweise der Kathodenzerstäubung abgeschieden wird. Diese Materialien oxydieren nicht
so leicht und haften fest an dem Titan, so daß bei einem Aufkleben der Dehnungsmeßstreifen auf diesen Schichten
nicht die Gefahr besteht, daß der innige Kontakt zwischen dem Dehnungsmeßstreifen und der Oberfläche
dieser Schicht bzw. der Titanoberfläche verlorengehl.
Neben dem Hauptanwendungsgebiet, der Materialprüfung bei tiefen Temperaturen bis in die Nähe des
absoluten Nullpunkts, kann die Dehnungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhaft auf anderen
Anwendungsgebieten der Tieftemperatur- und Supraleitungstechnik wie beispielsweise für supraleitende
ίο Kabel oder große Supraleitungsmagnetc zur Überwachung
von Schrumpfungsvorgängen verwendet werden Ferner kann diese Dehnungsmeßvorrichtung auch füi
Einrichtungen auf Raumtemperatur oder noch höherer Temperaturniveaus vorgesehen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen eines insbesondere auf Tieftemperatur gekühlten
Körpers mit einem U-förmigen Federelement, das zwei elastische, jeweils als spitzwinkliges,
gleichschenkliges Dreieck gestaltete Biegefedern aus Titan oder einer Titanlegierung mit gleichmäßiger
Randfaserdehnung enthält, auf deren Flachseiten mindestens je ein Dehnungsmeßstreifen aufgeklebt
oder aufgeschweißt ist, und das ein starres Verbindungselement vorgegebener Länge aus Titan
oder einer Titanlegierung enthält, an dessen Stirnseiten die Biegefedern lösbar eingespannt sind,
und das an den freien Enden seiner Biegefedern mit dem Körper mechanisch verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flachseiten der metallisch blanken Biegefedern (2, 3) mit einer
dünnen oxydationshindernden Schicht versehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungskoeffizienten der oxydationshindernden
Schichten und der Biegefedern (2,
3) wenigstens annähernd gleich sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydationshindernden
Schichten aufgedampft oder aufgespritzt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydationshindernden
Schichten im Hochvakuum auf elektrostatischem Wege auf den Biegefedern (2, 3) abgeschieden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daii als Schichtmaterial
Rein-Aluminium oder Gold vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752543126 DE2543126C2 (de) | 1975-09-26 | Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752543126 DE2543126C2 (de) | 1975-09-26 | Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2543126B1 DE2543126B1 (de) | 1977-03-17 |
DE2543126C2 true DE2543126C2 (de) | 1977-10-27 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Todoroki et al. | Application of electric potential method to smart composite structures for detecting delamination | |
EP0237598B1 (de) | Piezoresistives Kraftmesselement sowie dessen Verwendung zur Ermittlung von auf ein Bauteil einwirkenden Kräften | |
EP0313132A2 (de) | Vorrichtung zur mehrkanaligen Messung schwacher Magnetfelder | |
DE2543126C2 (de) | Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen | |
DE3740189A1 (de) | Vereisungsfuehler | |
DE2749836B2 (de) | Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen | |
DE2543126B1 (de) | Vorrichtung zur Messung von Laengenaenderungen | |
DE1904268U (de) | Spannungsmessbruecke aus metallfolie zur messung von belastungen in bauwerken od. dgl. | |
CH426308A (de) | Verfahren zum Messen mechanischer Kräfte oder Verschiebungen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens | |
DE2619897C3 (de) | Vorrichtung zum Prüfen des Korrosionszustandes von Gegenständen aus einer Nickellegierung | |
DE3317782C2 (de) | ||
DE2417232A1 (de) | Einrichtung zur zerstoerungsfreien messung und erkennbarkeit von ermuedungszustaenden an bauteilen | |
DE1939799A1 (de) | Dehnungsmessvorrichtung | |
DE3215100A1 (de) | Messeinrichtung zur erfassung mehrachsiger dehnungs- oder druckzustaende | |
DE2837945C2 (de) | Dehnungsgeber | |
DE1282301B (de) | Vorrichtung zum Messen von Wegen | |
DE2658324C2 (de) | Verfahren zur Messung von statischen Betriebsbeanspruchungen an Bauteilen des schweren Maschinen- oder Apparatebaues | |
DD276150A5 (de) | Druckmesswertwandler unter verwendung eines dickfilmwiderstands | |
DE3009742A1 (de) | Geber zum messen mechanischer kraefte | |
DE10124552B4 (de) | Vorrichtung zum Messen von geometrischen Abmessungen eines Werkstücks, insbesondere Meßschieber oder Schieblehre | |
CH314688A (de) | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von ferromagnetischen Materialien | |
DE3808346A1 (de) | Wegaufnehmer | |
WO2008145292A1 (de) | Vorrichtung, messanordnung und verfahren zur messung von langsam ablaufenden bewegungen eines probestücks | |
DE29705314U1 (de) | Vorrichtung zum Untersuchen der Genauigkeit von Meßinstrumenten | |
DE4211131A1 (de) | Dilatometer |