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.
Существует два основных типа экстензометров: контактные и бесконтактные .
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.
В некоторых специальных случаях бесконтактные экстензометры начинают приносить преимущества там, где непрактично использовать щуп или контактный экстензометр.
Алазерный 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 камеройCCDи обрабатываются сложнымиалгоритмами. 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.
Авидеоэкстензометр — это устройство, которое способно выполнять измерения напряжения/деформации определенных материалов путем непрерывного захвата 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 специальныминаклейкамиили ручками, которые отличают маркер от цвета и текстуры образца на захваченном изображении). Расстояние в пикселях между эти маркеры на захваченном изображении постоянно отслеживаются в захваченном видео, при этом испытуемый образец растягивается/сжимается. Это расстояние между пикселями можно измерить в реальном времени и сопоставить с калибровочным значением, чтобы получить прямое измерение деформации и, если необходимо, управлять испытательной машиной при контроле деформации.
При правильном значении калибровки и хороших алгоритмах обработки изображений можно достичь разрешения намного меньше одного микрометра (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.
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.
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, позволяющие получить четкую картину оседания территорий.