DE1939799A1 - Dehnungsmessvorrichtung - Google Patents

Description

• BESCHREIBUNG Dehnungsme B SVO rrichtung.
• Die Erfindung betrifft eine Dehnungsmessvorrichtung, bei der die infolge der Dehnung auftretende Änderung des elektrischen Widerstandes als Messgrösse dient.
• Es ist bekannt, solche im folgenden als Dehnungsmeßstreifen bezeichneten, einen Widerstandsdraht aufweisenden Dehnungsmessvorrichtungen zu verwenden, um örtliche Beanspruchungen von Gegenständen, die eine bestimmte Verformung erleiden, zu bestimmen. Die Verformung des Gegenstandes hat eine Verformung des Drahtes des an der Oberfläche des Gegenstandes festgeklebten lehnungsmeßstreifens zur Folge; daraus ergibt sich eine Änderung des elektrischen Widerstandes des Drahtes des Dehnungsmessstreifens. Wenn man diese Veränderung des elektrischen Widerstandes des Drahtes misst, kann man daraus die Verformung des Gegenstandes und letzten Endes die entsprechenden örtlichen Beanspruchungen an der Stelle, an der der Dehnungsmeßstreifen festgeklebt ist, berechnen.
• Mit dieser Methode lassen sich unter Verwendung von Dehnungsmeßstreifen ausser Beanspruchungen auch andere Umstände messen, die eine Verformung des zu untersuchenden Gegenstandes hervorrufen, beispielsweise Tempera-tur- oder Druckänd erunge n.
• Die Drähte von Dehnungsmeßstreifen bestehen gewöhnlich aus Metall mit hoher Elastizitätsgrenze; bekannte Dehnung meßatreifen gehen daher genau auf ihre ursprüngliche Länge zurück, wenn die Verformung des Gegenstandes wegfällt. Solche Dehnungsmeßstreifen liefern beispielsweise genaue Messergebnisse von Beanspruchungen während deren Zu- und/oder Abnahme, und dies selbst nach mehreren Lastwechselspielen, bei denen die Beanspruchungen jeweils erst entstehen und wieder verschwinden. Dehnungsmeßstreifen mit dieser Eigenschaft können als umkehrbar hezeichnet werden.
• Im Gegensatz zu diesem Ziel, bei Dehnungsmeßstreifen eine gute Umkehrbarkeit zu gewährleisten, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dehnungsmeßstreifen derart zu gestalten, dass er die grösste von dem Gegenstand, an dem er befestigt ist, erlittens'Verformung festhält. Es soll also ein Dehnungsmeßstreifen mit Gedächtniseffekt geschaffen werden.
• Erfindungsgemäss bestehen die Drähte eines solchen DehnungsmeBstreifens aus einem Metall mit sehr niedriger Elastizitätsgrenze von vorzugsweise weniger als 3 hbar oder einer sehr geringen Dehnung im elastischen Bereich; dieastiielative Dehnung ist vorzugsweise kleiner als 500 ' 10'6. Ein solches Metall erfährt beispielsweise eine bleibende Längung, sobald seine Längung bei ei-ner Zugbelastung etwa-zehn tausendstel seiner ursprünglichen Länge überschritten hat. Nach dem Fortfall der Umstände, die die grösste Längung des Drahts des Dehnungsmeßstreifens hervorgerufen haben ermöglicht es die zurückbleibende ständige Verformung, auf bekannte Weise die grösste Längung leicht zu ermitteln, indem man die Veränderung des elektrischen Widerstandes des Drahtes des Dehnungsmeßstreifens misst. Erfindungsgemässe Dehnungsmeßstreifen lassen sich-daher als irreversible oder nicht umkehrbare Meßstreifen bezeichnen.
• Die zur Herstellung der Drähte für erfindungegemässe DehnungsmeBstreifen verwendeten Metalle sind vorzugsweise reine Metalle im weichgeglühten Zustand, beispielsweise Gold, Silber, Blei, Kupfer, Aluminium oder dergleichen. Legierungen dieser Metalle mit niedriger Elastizitätsgrenze kennen ebenfalls ihren Zweck erfüllen. Die Verwendung erfindungsgemEsserDehnungemeBstreifen ist besonders vorteilhaft, wenn Widörstandsmessungen des Messdrahtes während der Verformung des zu untersuchenden Gegenstandes nicht oder nur sehr schwer durchzuführen sind; dies ist beispielsweise der Ball, bei Gegenständen innerhalb eines Druckgefässes, bewegten Gegenständen wie Geschossen. oder Gegenständen, die sich in einer für den Beobachter gefährlichen. Umgebung befinden.
• Entsprechendes gilt auch für Gegenstände, deren Verformung sehr erheblich ist, oder für Fälle, in denen es nicht gerechtfertigt ist, den Dehnungsmeßstreifen ständig an Wiedergabegeräte angeschlossen zu halten.
• Bei der Herstellung von erfindungsgemässen Dehnungsmeesstreifen wird auf die fertigungstechnischen Erfahrungen mit der Herstellung von Dehnungsmessvorrichtungen, bei denen sich der elektrische Widerstand ändert, zurückgegriffen. Man kann runde-oder flache Drähte von geringem Querschnitt verwenden oder Metallfilme, die durch Lichtdruck oder mit mechanischen Mitteln zugeschnitten sind. Das Metall muss, wie beschrieben, eine möglichst geringe Elastizitätegrenze aufweisen, damit sich auch geringe Extremwerte der Längung nachweisen lassen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Aluminium von handelsüblicher Reinheit im weichgeglühten Zustand verwendet.
• tin anderes kenazeichnendes Merkmal erfindungagemässer flebnungsaeßstreifen besteht darin, dass die Drähte nicht auf ihrer gesamten Länge mit ihrer Unterlage verklebt sind, sondern nur an den Enden der aktiven oder wirksamen Stränge. Die -aktiven Teile der Drähte sind frei beweglich. Die Drahtstränge des Dehnungsmeßstreifens, die eine bleibende Längung erfahren haben, halten diese Längung daher unverändert aufrecht, naohdem die Verformung des au prüfenden Gegenstandes aufgehoben Worden ist.
• Die 9itriindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes; Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform Länge der Linie P-P in Fig. 3; Fig. 3 eine Draufsicht dieser zweiten AusfUhrungeform.
• In Fig. 1 sind die Anschlüsse a und die wirksamen Stränge b eine. Dehnungsmeßstreifens an einem Rahmen c aus üblichem Werkstoff angeordnet. Auf diesem Rahmen o sind die verstärkten Enden d der wirksamen Stränge aufgeklebt. Der Rahmen weist eine zentrale Aussparung e auf, in deren Bereich die wirksamen Stränge freiliegen. Der Rahmen c ist auf seiner dem Draht zugewandten Fläche in den mit strichpunktierten Linien umgrenzten Bersiohen r mit Klebstoff verrrshen. Der Dehnungsmeßstreifen wird an seiner Verwendungsstelle entweder mit seineer gesamten, von den Drähten abgewandten Fläche oder nur itt den Teilfläohen, die den Bereichen f entsprechen am zu untersuchenden Gegenstand festgeklebt. Im Bereich der Aussparung e wird der zu untersuchende Gegenstand durch einen elektrischen Isolator abgedeckt, um jede Berührung zwischen dem l'abt des Dehnungemeßstreifens und dem Gqenstand auszuschliessen, wenn der Gegenstand elektrisoh leitend ist.
• Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform des I findungsgegenstandes ermöglicht es, eine Zusammenziehung oder Stauchung des Gegenstandes, an dei der Dehnungsmeßstreifen festgeklebt ist, zu messen. Diese zweite Ausführungsform ist durch die Verwendung eines zweiteiligen Rahmens gekennzeichnet; von den beiden Teilen c und g dieses Rahmens, an denen die wirksamenDrahtstränge b des Dehnungsmeßstreifens befestigt sind, ist der Teil c ortsfest und der Teil g ihm gegenüber beweglich, aber in sich starr. Im ortsfesten Teil c ist eine Führung h ausgebildet, in der das bewegliche Teil g geführt ist. Der zu prüfende Gegenstand ist mit k bezeichnet.
• Die wirksamen Stränge b des ehnungsmeßstreifens sind Jeweils mit ihrem einen Ende fi as freien Ende des beweglichen Teils g und mit ihrem anderen Ende f2 am ortsfesten Teil c befestigt.
• Der ortsfeste Teil c ist vollständig mit dem Gegenstand k, dessen grösste Stauchung gemessen werden soll, verklebt. Der bewegliche Teil g des Rahmens ist dagegen nur teilweise, nämlich mit der Unterseite seines Endes gl am Gegenstand k befestigt.
• Wenn der Gegenstand k, beispielsweise infolge Zusammendrückung, seine Länge vermindert, nähert sich das Ende gl des beweglichen Teils g des Rahmens dem Bereich f2 des ortsfesten Teils c; gleichzeitig entfernt sich dae freie Ende g2 desbeweglichen Teils g, wobei es in der Führung h geleitet, so dass auf die wirksamen Stränge b ein Zug ausgeübt wird. Die Stränge b registrieren die auftretende Kraft, indem aie sich bleibend längen. Durch nachträgliche Messung des elektrischen Widerstandes der auf diese Weise verformten Stränge kann man auch nach Aufhebung der Zusammendrückung des Gegenstandes nach bekannten Berechnungsverfahren die grösste Amplitude der Zusammendrückung, die der Gegenstand erfahren hat, ermitteln.
• Wenn man mit erfindungsgemässen Dehnungsmeßstreifen Verformungen, die durch eine Temperaturänderung bedingt sind, im nachhinein messen will, muss man ausser der Bauart des Dehnungsmeßstreifens die Art des Metalls seiner Drähte mit Rücksicht auf die Art des zu untersuchenden Gegenstandes so auswählen, dass die Drähte des Dehnungsmeßstreifens immer auf Zug beansprucht sind. Damit dies möglich ist, muss der Dehnungskoeffizient der Drähte des Dehnungsmeßstreifens von demjenigen des zu untersuchenden Gegenstandes abweichen. Um eine Dehnung zu massen, benutzt Man Dehnungameßstreifen der in Pig. 1 dargestellten Bauart mit Drähten mit geringerem Dehnungskoeffizienten; um eine Zusammendrückung zu messen, verwendet man Dehnungsmeßstreifen der in Pig. 2 und 3 dargestellten Bauart und wählt Drähte mit stärkerem Dehnung koeffizienten.
• Zur weiteren Brläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Zahlenbeispiel gegeben: Der Draht des Dehnungsmeßstreifens ist ein Band aus Aluminium von 99,6 s Reinheit im weichgeglühten Zustand und hat einen rechteckigen Querschnitt von 0,02 mm . 1 mm und eine ursprüngliche Länge L ; 0,5 m. Dieser Draht wird durch Zugbeanspruchung schrittweise gedehnt. Nach Jedem Schritt wird die Längung dL des gespannten Drahtes gemessen und dann die Spannkraft aufgehoben, um den zugehörigen elektrischen Widerstand R zu messen. Dabei ergibt sich folgendes: Sobald die relative Dehnung dB/L das Drahte en-geringen Betrag von 300 10 6 überschreitet, bleibt nach Aufhebung der Zugspannung eine ständige Veränderung dR/R des elektrischen Widerstandes des Drahtes zurück. Vergrössert man allmählich den Betrag der relativen Lärmng dL/L über 300 / 10-6 hinaus bis auf einen Betrag von 40 000 . 10-6, bei dem der Draht reisst, dann stellt man fest, dass die Veränderung dR/R der Veränderung dL/L bis auf eine Konstante proportional ist.
• Man erhält somit die folgende, einer Geraden sehr stark angenäberte Versuchskuve: dR/R = 1,6 . (dL/L - 300 . 10-6) Diese Kurve ermöglicht es, die maximale Veränderung dL/L jedes Dehnungsmeßstreifens zu ermitteln, der mit einem identischen Draht hergestellt und einer unbekannten Längung unverworfen iat, indem man in an sich bekannter Weise die Veränderung dR/R seines elektrischen Widerstandes misat, nachdom die Umstände, aus denen sich die längung des Drahtes ergeben haben fortgefallen sind.
• Lus der Bestimmung des Wertes dL/L lassen sich, dem zu untersuchenden Fall entsprechend, verschiedene Intormationen über die örtlichen Beanspruchungen, Temperaturen und Extremwerte der Drücke, denen das Messobjekt ausgesetzt tzrt ableiten.
• Ansprüche

Claims (6)

1. A N S P R Ü C H E 1. Dehnungsmessvorrichtung mit einem sich bei Verformungen des Messobjekts dehnenden und dabei seinen als Messgrasse dienenden elektrischen Widerstand ändernden elektrischen Leiter, dadurch- g e k e-n n z e i c h n e t L dass der Leiter (b) aus einem Metall mit einer Elastizitätegrenze von weniger alS 3 hbarund/oder einer elastischen Dehnung von weniger als 500 . 10 6 besteht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Leiter (b) aus Gold, Silber, Blei, Kupfer, Aluminium oder einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Stoffe besteht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der Leiter an einer am Mesæobjekt festgeklebten Unterlage befestigt ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die einer Dehnung unterworfenen Stränge (b) des Leiters nur mit ihren Enden (f; fl, f2) an der Unterlage (c, g) festgeklebt sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Unterlage (c) ale Rahmen ausgebildet ist und die einer Dehnung unterworfenen Stränge (b) des Leiters die mittige Aussparung (e) dieses Rahmens überspannen teig. 1).
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e- i c h n e t, dass die Unterlage zwei voneinander getrennte, im Abstand voneinander am Messobjekt (k) befestigte Teile (c, g) ,wnfasst und dass die Stränge (b) des Leiters Jeweils-mit ihrem einen Ende an einer gegenUber dem MessobJekt unbeweglichen Stelle (f2) des ersten Teils (c) befestigt sind und mit ihrem anderen Ende an einem sich in Längsrichtung der Stränge an der unbeweglichen Stelle (f2) vorbeierstreckenden freien Arm (g2) des zweiten Teils zu Teils'(g).
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , das am ersten Teil (c) eine Führung (h) ausgebildet ist, in der der freie Arm (g2) des in sich starren zweiten Teils (g) geführt ist.