- Czym jest ekstensometr i do czego się go używa
- Cechy budowy ekstensometrów Epsilon
- Podstawowe parametry ekstensometru
- Sposób współpracy ekstensometru z maszyną wytrzymałościową
- Podsumowanie – jak wybrać ekstensometr
Czym jest ekstensometr i do czego się go używa?
Ekstensometry są czujnikami służącymi do dokładnego pomiaru tych cech materiałów, które mają kluczowe znaczenie dla szerokiego zakresu projektów inżynieryjnych – samolotów, systemów energetycznych, urządzeń medycznych, samochodów i konstrukcji cywilnych itd.
Ekstensometry mierzą zamianę długości próbek 
materiałów w wyniku ich rozciągania, ściskania lub odkształceń ścinających. Badane próbki poddawane są działaniom sił najczęściej przy użyciu maszyny wytrzymałościowej. Odkształcenie próbki jest wyznaczane przez stosunek zmiany jej długości w trakcie badania do jej pierwotnej długości początkowej. Rezultat uzyskany w trakcie próby rozciągania ma kluczowe znaczenie do wyznaczenia takich parametrów materiału jak: moduł sprężystości wzdłużnej (Younga), granica plastyczności, wydłużenie całkowite lub wydłużenie do zerwania. Przy użyciu ekstensometru możliwe jest uzyskanie pełnej charakterystyki typu naprężenie-odkształcenie dla badanego materiału.
Zestaw dwóch ekstensmetrów lub jednego tzw. dwuosiowego wykorzystuje się do jednoczesnego pomiaru odkształceń liniowych próbki – wydłuż osi jej rozciągania oraz zmiany jej odkształceń poprzecznych. Zestawienie tych pomiarów pozwala wyliczyć tzw. współczynnik Poissona dla materiału badanej próbki. Kilka z oferowanych modeli ekstensometrów umożliwia także pomiar odkształceń w wyniku skręcania próbki.
Ekstensometry mierzą odkształcenie lub przemieszczenie bezpośrednio na powierzchni badanej próbki. W rezultacie zapewniają one znacznie dokładniejsze i bardziej powtarzalne pomiary niż te oparte na ruchu ramy maszyny wytrzymałościowej. Pomiar ekstensometrem eliminuje błędy spowodowane ugięciami w systemach obciążnikowych lub elementach napędowych maszyny wytrzymałościowej. Epsilon oferuje ponad 30 typów ekstensometrów dedykowanych do różnych rodzajów testów oraz materiałów. Bardzo często konstrukcja ekstensometrów spełnia wymagania metrologiczne wskazane przez normy branżowe, określające poszczególne rodzaje badań wytrzymałościowych. Ekstensometry są urządzeniami wielokrotnego użytku i służą przez lata. Sprawia to, że ich wykorzystanie jest często bardziej ekonomiczne w porównaniu z naklejanymi jednorazowymi tensometrami lub zaawansowanymi systemami optycznymi.
Cechy budowy ekstensometrów Epsilon
Ekstensometry Epsilon mają zastosowanie głównie w trakcie wyznaczania podstawowych właściwości fizycznych materiałów w próbach np. rozciągania, zrywania lub testach cyklicznych realizowanych za pomocą maszyn wytrzymałościowych. W układach pomiarowych ze sprężeniem zwrotnym chwilowa wartość sygnału otrzymywanego z ekstensometru może stanowić dodatkowy czynnik sterujący przebiegiem badania.
Większość dostępnych ekstensometrów osiowych Epsilon charakteryzuje się dokładnością w klasie 0,5 wg ISO 9543 lub B1 wg ASTM. Taka dokładność pozwala na wyznaczenie pełnej krzywej charakterystyki badanych materiałów, zawierającej np. granice plastyczności, sprężystości, moduł Younga lub wartość odkształcenia do zerwania próbki..
Pomiar wartości naprężenia w trakcie testów materiałowych z wykorzystaniem ekstensometru polega na odczycie wartości podawanego przez niego napięcia, która jest proporcjonalna do uzyskiwanego odkształcenia badanej próbki. Ekstensometry tensometryczne Epsilon są przetwornikami elektromechanicznymi, zbudowanymi na bazie pełnego mostka Wheatstone’a. Gdy ramiona ekstensometru poruszają się podczas pomiaru odkształcenia próbki materiału, analogowy sygnał wyjściowy ekstensometru proporcjonalnie się zmienia. Wartość odczytywanego napięcia jest przekształcana w kontrolerze maszyny wytrzymałościowej, elektronice kondycjonującej sygnał lub oprogramowaniu do akwizycji danych na wynik cyfrowy w jednostkach fizycznych np. naprężenia.
W trakcie pomiaru kontroler maszyny lub układ elektroniczny kondycjonujący sygnał dostarcza do czujnika napięcie zasilania (wzbudzenia) ramion mostka Wheatstone’a ekstensometru. Rezystancja mostka używanego w ekstensometrach Epsilon to najczęściej 350 Ω. Napięcie wzbudzenia wynosi zwykle 5 lub 10 V. Dopuszczalne jest także stosowanie napięcia z zakresu wartości pomiędzy 2,5 a 12 V (DC lub AC).
Sygnał wyjściowy ekstensometru otrzymany w miliwoltach (mV), jest proporcjonalny do napięcia wzbudzenia. Z tego powodu skalibrowana moc wyjściowa ekstensometru jest często wyrażana w jednostkach miliwoltów na wolt (mV / V). Pełen zakres sygnału wyjściowego może wynosić od 1-4 mV / V. Zazwyczaj, gdy jest to wymagane wartość ta może być skonfigurowana do określonego poziomu. Przykładowo ekstensometr z wyjściem skalibrowanym w pełnym zakresie pomiarowym 2,345 mV/V będzie miał maksymalny napięciowy sygnał wyjściowy 23,45 mV, jeśli napięcie zasilania (wzbudzenia) mostka wynosi 10,00 V.
Podstawowe parametry ekstensometru
Czym jest długość bazy pomiarowej?
Długość bazy pomiarowej ekstensometru to odległość między początkowymi punktami pomiarowymi ekstensometru na testowanej próbce materiału. Najczęściej są to punkty w których ostrza lub pręty pomiarowe dotykają powierzchni próbki.
W przypadku badań zgodnych z normami ISO lub ASTM wymagania dotyczące wartości baz pomiarowych ekstensometrów są już zawarte w tych normach. Ponadto wiele norm branżowych określa geometrię i wymiary próbek oraz pasującą długość bazy pomiarowej ekstensometru. ekstensometru.
Czym jest zakres pomiarowy?
Zakres pomiarowy ekstensometru to zdolność pomiarowa ekstensometru przy rozciąganiu (+) lub ściskaniu (-) w procentach odkształcenia: maksymalnego rozciągnięcia lub maksymalnego ugięcia. Jeżeli zakres pomiarowy jest określony w procentach odkształcenia to stanowi on stosunek wartości maksymalnego wydłużenia do długości bazy pomiarowej ekstensometru. Maksymalne wydłużenie, przemieszczenie lub ugięcie czujnika może być też wyrażone w bezwzględnych jednostkach długości np. milimetrach
Określając zakres pomiarowy wymagany dla danego zastosowania należy oszacować maksymalne wartości odkształcenia lub wydłużenia, które trzeba zmierzyć. Chodzi tu najczęściej o oczekiwane wydłużenie przy pęknięciu próbki lub przy przekroczeniu granicy plastyczności. W przypadku prowadzenie badań zgodnie z wybraną normą wymagana jest także weryfikacja zakresu pomiarowego z jej ewentualnymi zapisami. Notę techniczną Epsilon na temat doboru zakresu pomiarowego można pobrać tutaj.
Sposób współpracy ekstensometru z maszyną wytrzymałościową
Większość ekstensomerów wyposażonych jest w wyjścia pomiarowe mostka tensometrycznego lub wyjście analogowe, tzw. „high level” (zwykle ±10 V lub 0-10 V). W przypadku potrzeby użycia ekstensometru z maszyną wytrzymałościową, powinna być ona wyposażona w elektronikę do obsługi tego typu czujnika. Najczęściej są to dedykowany karty, kontrolery lub układy kondycjonowana sygnału. Ponadto kontroler maszyny wytrzymałościowej będzie musiał zasilić mostek ekstensometru napięciem wzbudzającym oraz następnie przetworzyć i wzmocnić jego sygnał wyjściowy. Epsilon może dostarczyć ekstensometrem ze złączem pasującym do większości popularnych na rynku systemów do badania materiałów. W przypadku starszych maszyn wytrzymałościowych lub niestandardowych układów badawczych akwizycja sygnału z ekstensometru może być realizowana na podłączonym przez specjalny interfejs komputerze PC.
Podsumowanie – jak wybrać ekstensometr
Najpierw trzeba określić jaka baza pomiarowa i zakres pomiarowy są odpowiednie dla planowanych zastosowań. Często do testowania różnych próbek wymaganych jest kilka baz pomiarowych o różnych długościach. Pomagają w tym opcjonalne adaptery do zmiany długości bazy pomiarowej. Ponadto próbki mogą wymagać kilku różnych zakresów pomiarowych. W niektórych przypadkach może to wymagać użycia kilku ekstensometrów. Należy unikać sytuacji, gdy krytyczna część pomiaru zawiera się w kilku procentach zakresu pomiarowego urządzenia. Każdą taką sytuację należy rozważać indywidualnie, mają na uwadze inne czynniki niż tylko dostępny zakres pomiarowy ekstensometru, ale także np. rozdzielczość kontrolera maszyny wytrzymałościowej. Kolejnym czynnikiem wymagającym określenia jest zakres temperatur w których próbki będą testowane. Dodatkowo przy wyborze modelu czujnika istotne jest w jakim środowisku ma się on znajdować (komora, naczynie kriogeniczne, środowisko wysokiej wilgotności powietrza itp). Ostatnim krokiem jest uzgodnienie sposobu podłączenia ekstensometru do kontrolera maszyny lub systemu akwizycji danych.
Po wyborze odpowiedniego ekstensometru należy określić, w jaki sposób będzie kalibrowany ekstensometr i maszyna wytrzymałościowa oraz w jaki sposób będzie weryfikowana dokładność całego łańcucha pomiarowego. Prawie wszystkie oferowane ekstensometry Epsilon są wyposażone w moduł kalibracji elektrycznej za pomocą rezystora bocznikowego. Służy on do podstawowej kalibracji dwupunktowej. Warto jednak rozważyć weryfikację systemu pomiaru odkształceń korzystając z kalibratora.
Powrót do Informacje i wsparcie techniczne