Экстензометр

Экстензометр — это устройство, которое используется для измерения изменений длины объекта. ^{[ 1 ]} Это полезно для измерения напряжения и деформации и испытаний на растяжение. Его название происходит от «удлинитель-метр». Его изобрел Чарльз Хьюстон, который описал его в статье в Журнале Института Франклина в 1879 году. Позже Хьюстон передал права компании Fairbanks & Ewing, крупному производителю испытательных машин и весов.

Типы

Существует два основных типа экстензометров: контактные и бесконтактные .

Контакт

Контактные экстензометры используются уже много лет и также подразделяются на две дополнительные категории. Первый тип контактного экстензометра называется прикрепляемым экстензометром. Эти устройства используются в приложениях, где требуется высокоточное измерение деформации (большинство испытаний на основе ASTM). Они бывают разных конфигураций и могут измерять смещения от очень малых до относительно больших (от менее 1 мм до более 100 мм). Их преимуществом является более низкая стоимость и простота использования, однако они могут воздействовать на небольшие/деликатные образцы.

Для автоматизированного тестирования прикрепляемые устройства были в значительной степени заменены цифровыми экстензометрами с «сенсорной рукой». Они могут автоматически наноситься на образец с помощью моторизованной системы и давать гораздо более повторяемые результаты, чем традиционные зажимные устройства. Они уравновешены и поэтому оказывают незначительное влияние на образец. Лучшая линейность, уменьшенный шум сигнала и синхронизация с соответствующими данными о силе являются большими преимуществами из-за отсутствия аналого-цифровых преобразователей и связанных с ними фильтров, которые добавляют временные задержки и сглаживают необработанные данные. Кроме того, эти устройства могут оставаться на образце до тех пор, пока он не выйдет из строя, и измерять очень большие удлинения (до 1000 мм) без потери точности. Эти устройства обычно имеют разрешение 0,3 мкм или выше (устройства самого высокого качества могут считывать значения всего 0,02 мкм) и обладают достаточной точностью измерения, чтобы соответствовать классам 1 и 0,5 стандарта ISO 9513.

Бесконтактный

В некоторых специальных случаях бесконтактные экстензометры начинают приносить преимущества там, где непрактично использовать щуп или контактный экстензометр.

Лазер

А лазерный экстензометр — это экстензометр, способный выполнять измерения деформации или удлинения определенных материалов, когда они подвергаются нагрузке в машине для испытания на растяжение. Принцип работы заключается в освещении поверхности образца лазером , отражения от поверхности образца затем принимаются ПЗС-камерой и обрабатываются сложными алгоритмами . При использовании лазерного экстензометра нет необходимости наносить маркировку на образец, что существенно экономит время лабораторий по испытанию материалов.

Могут быть достигнуты разрешения менее одного микрометра (обычно 0,1 мкм ) и удлинение до 900 мм, что делает эти устройства пригодными для самых сложных испытаний.

Лазерные экстензометры используются в основном для материалов, которые могут повредить традиционный экстензометр с зажимом или когда масса прикрепляемого устройства влияет на свойства материала из-за физического прикрепления к образцу.

Лазерные экстензометры также можно использовать для испытаний при повышенных или отрицательных температурах.

Видео

Изображение камеры видеоэкстензометра, измеряющего два линейных маркера

А видеоэкстензометр — это устройство, способное выполнять измерения напряжения/деформации определенных материалов путем непрерывной регистрации изображений образца во время испытания с использованием устройства захвата кадров или цифровой видеокамеры, подключенной к ПК. ^{[ 2 ]} Образец испытуемого материала обычно вырезается определенной формы и маркируется специальными маркерами (обычно специальными наклейками или ручками, отличающими маркер от цвета и текстуры образца на захваченном изображении). Расстояние в пикселях между этими маркерами на захваченное изображение постоянно отслеживается в захваченном видео, при этом испытуемый образец растягивается/сжимается. Это расстояние между пикселями можно измерить в режиме реального времени и сопоставить с калибровочным значением, чтобы получить прямое измерение деформации и, если необходимо, управлять испытательной машиной при контроле деформации.

разрешения намного меньше одного микрометра При правильном значении калибровки и хороших алгоритмах обработки изображений можно достичь (мкм). Правильное значение калибровки также зависит от калибровочного образца, который обычно представляет собой специально протравленный материал с высокой точностью. Для калибровки сначала делаются снимки калибровочного образца в тех же условиях испытаний, которые будут использоваться для нового образца.

Видеоэкстензометры используются в основном для материалов, которые могут повредить традиционный контактный или цифровой экстензометр с «щупом». В некоторых приложениях видеоэкстензометр заменяет механические измерительные приборы, но в основном это прикрепляемые устройства.

При измерении модуля упругости пластика с рабочей длиной 50 мм в соответствии с ISO 527 требуется точность 1 мкм. Некоторые видеоэкстензометры не могут достичь этого, тогда как для производственных испытаний лучше использовать автоматизированную моторизованную цифровую экстензометрию, чтобы избежать необходимости вручную наносить метки на образец операторами и тратить время на настройку и настройку системы. Обратите внимание, что некоторые видеоэкстензометры с трудом достигают приемлемых результатов при использовании для измерения деформации в температурных камерах.

Видеоэкстензометры являются проверенным решением для применений, требующих высокой точности и бесконтактного измерения деформации. В некоторых тестовых приложениях они превосходят другие технологии, такие как лазерное спекл, благодаря способности измерять деформацию в широком диапазоне. Это позволяет определять такие измерения, как модуль упругости, а также деформацию при разрушении.

Изменение условий окружающего освещения во время испытания может повлиять на результаты испытания, если видеоэкстензометр не использует соответствующие фильтры как для осветительной матрицы, так и для объектива. Системы с этой технологией устраняют все эффекты условий окружающего освещения.

Горное дело

В горнодобывающей промышленности экстензометры используются для измерения смещений на отбойниках/отвалах. График смещения в зависимости от времени позволяет инженерам-геотехникам определить, неизбежны ли разрушения стен. В случае сложных отказов используется дополнительное оборудование, такое как радар или лазерное сканирование, позволяющее проводить трехмерный и, в конечном итоге, четырехмерный анализ.

Подземные воды и водоносные горизонты

Экстензометры можно использовать для измерения уплотнения водоносных горизонтов, а также их расширения. ^{[ 3 ]} Эргометры могут предоставить важные данные о глубине, скорости и степени уплотнения. Можно отметить эти последовательные данные, дающие четкую картину оседания территорий.

Стандарты

Стандартная практика ASTM E83 для проверки и классификации экстензометров
ASTM D4403 Стандартная практика для экстензометров, используемых в горных породах

См. также

Ссылки

^ «Автоматические экстензометры.(ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ)» . Передовые материалы и процессы . АСМ Интернешнл. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 6 мая 2012 г.
^ Флакон, Гилберт. «Видеоэкстензометры. (Tech Spotlight)» . Передовые материалы и процессы . Передовые материалы и процессы. Архивировано из оригинала 9 апреля 2016 года . Проверено 6 мая 2012 г.
^ Проседание земли в Калифорнии. «Экстензометры и уплотнение» .

Хьюстон, Чарльз. «Влияние продолжающейся и постепенно возрастающей нагрузки на железо», Журнал Института Франклина , Vol. 107, № 1, январь 1879 г., стр. 41–44.

Дальнейшее чтение

Испытание на растяжение под редакцией Дж. Р. Дэвиса. 2-е изд. Парк материалов, Огайо: ASM International, 2004. стр. 77–82. ISBN 0-87170-806-X . Испытание на растяжение , с. 82, в Google Книгах.

[Auto_extensometer-1] «Автоматические экстензометры.(ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ)» . Передовые материалы и процессы . АСМ Интернешнл. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 6 мая 2012 г.

[2] Флакон, Гилберт. «Видеоэкстензометры. (Tech Spotlight)» . Передовые материалы и процессы . Передовые материалы и процессы. Архивировано из оригинала 9 апреля 2016 года . Проверено 6 мая 2012 г.

[3] Проседание земли в Калифорнии. «Экстензометры и уплотнение» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]