Průtahoměry

Zařízení na měření deformace pro zkoušení materiálů – klíčová kompetence ZwickRoell

Průtahoměr je zařízení pro měření deformace, které se používá ke sledování prodloužení vzorku při zatěžování. Měření deformací je jedna z klíčových kompetencí ZwickRoell.

Přehled Kontaktní průtahoměry Optické průtahoměry Kritéria výběru Požádat o konzultaci

Snímače deformace můžeme v zásadě rozdělit do dvou hlavních skupin: na kontaktní a bezkontaktní či optické. Kontaktní průtahoměry lze dále rozdělit na nasazovací (clip-on) a raménkové. Bezkontaktní optické průtahoměry zahrnují přístroje založené na videu (běžné optice) a laseru.

	Kontaktní extenzometry		Optické průtahoměry
	Nasazovací průtahoměry (clip-on)	kontaktních raménkových extenzometrů	Průtahoměry pracující na principu videa	Laserové průtahoměry
Použití	Cenově výhodné řešení pro standardizované aplikace s omezenou počáteční měřenou délkou a malým objemem vzorků	Snadno přizpůsobitelné pro různé zkušební aplikace	Snadno přizpůsobitelné pro různé zkušební aplikace S kamerou: snímky lze použít pro další analýzy, například 2D DIC	Speciální technologie pro měření za vysokých teplot
Materiál vzorku	Tuhé vzorky	Všechny	Všechny; včetně vysoce citlivých vzorků a vzorků s vysokou energií při lomu	Kovy, keramika, žáruvzdorné materiály, grafit, sklo
Teplota	Do max. 200 °C	Do max. 360 °C	Do max. 360 °C	Do max. 2 000 °C
Ovládání	Manuální	Lze nastavit od manuálního po automatické	Automatické: žádný vliv obsluhujících osob, vysoká reprodukovatelnost výsledků zkoušek	Automatické: žádný vliv obsluhujících osob, vysoká reprodukovatelnost výsledků zkoušek

Druhy snímačů deformace

Odborné názory na průtahoměry, zařízení na měření deformace

Potřebujete pomoci s výběrem správného průtahoměru pro vaši aplikaci?

Chcete se dozvědět více o našich zařízeních pro měření deformace?

Neváhejte nás kontaktovat.

Co je průtahoměr (extenzometr)?

Průtahoměr je zařízení pro měření deformace, které se používá ke sledování prodloužení vzorku při zatěžování.

Prodloužení materiálu je fyzikální deformace, ke které dochází při zatěžování materiálu, například účinkem síly vyvozované při zkoušce tahem. Kromě deformace způsobené tahovým zatížením slouží průtahoměry také pro stanovení dalších typů deformací při zkouškách tlakem, ohybem, cyklických včetně únavových.
Průtahoměry měří deformaci přímo na vzorku. Tím se eliminují vlivy ostatních komponentů zkušebního systému a zvyšuje se přesnost měření.
Přesné měření deformace je nutné při určování charakteristických hodnot materiálu. Tahový modul pružnosti, Youngův modul, mez kluzu, deformace při přetržení, hodnota r a Poissonovo číslo, to jsou typické charakteristiky stanovené pomocí průtahoměru. Tyto informace jsou nezbytné při porovnávání materiálů. Pomáhají výrobcům určit, zda jsou schopny odolat zatížení, kterému jsou vystaveny při použití k určenému účelu.
Průtahoměry se používají v široké oblasti průmyslových odvětví a u ještě širší škály materiálů. Příkladem jsou kovy, plasty, vlákny vyztužené kompozity, elastomery, fólie, textilie, lana, papír a dřevo.

Kontaktní extenzometry

Kontaktní průtahoměry pro stanovení prodloužení lze dále dělit na raménkové a nasazovací (clip-on).

Raménkové průtahoměry Nasazovací průtahoměry (clip-on)

kontaktních raménkových extenzometrů

Průtahoměry s raménky opatřené břity se po připnutí dotýkají vzorku. Deformace se měří vyhodnocením změny úhlu nebo dráhy součástí raménkového snímače. Technologie raménkového průtahoměru je osvědčená a snadno pochopitelná. Tyto průtahoměry se vyznačují vysokou úrovní modularity, která umožňuje jejich snadné přizpůsobení a manipulaci pro různé testovací úlohy: Od cenově výhodných manuálních průtahoměrů až po plně automatické systémy, které pracují zcela bez vlivu obsluhy nabízející vynikající reprodukovatelnost výsledků zkoušek.

Kontaktní průtahoměr / kontaktní raménkový průtahoměr: schematický diagram

Nasazovací průtahoměry (clip-on)

Nasazovací snímače dráhy typu clip-on jsou cenově výhodným řešením pro standardní zkušební úlohy a pro nižší počet vzorků série zkoušek. Připevňují se přímo na vzorek. Nasazení snímače na vzorek a tím mechanický přenos je krátký a tuhý, čímž je dosaženo vysoké přesnosti měření.

Tyto průtahoměry však mají omezené použití: Vzhledem ke své konstrukci má většina z nich omezenou počáteční měřenou délku a omezenou pracovní dráhu.

Kontaktní průtahoměr / nasazovací průtahoměr (clip-on): schematický diagram

Optické / bezkontaktní průtahoměry

Optické snímače videoXtens a laserXtens jsou založené na kamerovém snímání obrazu. Nijak tedy neovlivňují materiál ani výsledky při měření. Další výhodou bezkontaktních průtahoměrů je, že je lze použít i při testování kritických vzorků až do porušení bez jakéhokoli rizika, že by mohlo dojít k jejich poškození. Počáteční měřená délka je u optických průtahoměrů charakterizována měřicími značkami. U snímačů deformace ZwickRoell, které pracují na principu videa nebo laseru není vyžadováno ruční nastavení měřicích značek.

Optický průtahoměr lightXtens pracuje na bázi světelných diod. Tento průtahoměr je speciálně navržen pro plně automatické měření vysoce tvárných materiálů (elastomery, lana, fólie) nebo vzorků s velkou počáteční měřenou délkou (ocelová lana a prameny)

Videoprůtahoměry Laserové průtahoměry lightXtens

Optické / bezkontaktní průtahoměry: Princip videoprůtahoměru

Proč si vybrat průtahoměr společnosti ZwickRoell?

Snímače deformace patří mezi jednu z našich klíčových kompetencí, která je výsledkem desetiletí zkušeností s aplikačními technologiemi.
Vyvíjíme a vyrábíme je ve vlastní režii společně s našimi dalšími komponenty, což zaručuje plnou kompatibilitu zkušebního systému.
Snímače deformace ZwickRoell jsou navrženy tak, aby překonaly standardní požadavky, protože jejich přesnost je nezbytná pro reprodukovatelné a spolehlivé výsledky zkoušek.

Kritéria výběru

Téměř všechny normy pro tahové zkoušky, například ASTM a ISO, vyžadují přesné měření deformace. Nejvhodnější průtahoměr pro danou aplikaci závisí na požadavcích stanovených normou a na vlastnostech materiálu vzorku.

Zvolení ideálního průtahoměru je založeno na šesti hlavních kritériích. Záleží na splnění požadavků na průtahoměr, jako je jeho přesnost, citlivost, rozsah měření, požadované měřené hodnoty a zkušební teplota, při které bude použit. Klíčovou přidanou hodnotu však představují vlastnosti, jako je snadné ovládání, rychlost zvládnutí obsluhy, rozsah funkcí, náklady na zkoušku a další volitelné možnosti.

Kritéria výběru průtahoměrů: Který průtahoměr anebo zařízení na měření deformace je to správné? Výběr správného průtahoměru záleží na materiálu a tvaru vzorku, normě, kterou je třeba dodržet, podmínkách prostředí, manipulaci i na rozpočtu a nákladech.

Materiál a tvar vzorku

Výběr optimálního průtahoměru začíná posouzením materiálu a tvaru vzorku.

Maximální prodloužení: důležité pro požadovaný měřicí rozsah. Rovněž materiály s malou tažností obvykle vyžadují vyšší úroveň přesnosti.
Citlivost na kontakt: při testování tenkých materiálů nebo materiálů citlivých na kontakt lze minimalizovat vliv na vzorek použitím průtahoměru s ramínky snímače se speciálními břity. Optické průtahoměry představují ideální řešení, protože vůbec nemají žádný vliv na vzorek.
Lomové chování: pro zkoušky prováděné až do lomu vzorku je důležité mít jistotu, že nedojde k poškození průtahoměru. V případě vysokých energií při lomu byste měli používat optické průtahoměry nebo ramínkové snímače s odpovídajícím bezpečnostním mechanismem.
Rozměry vzorku: některé tvary vzorků omezují výběr průtahoměru kvůli jejich extrémní šířce nebo tloušťce.
Tvar vzorku: někdy může vyžadovat speciální řešení. Například součásti nepravidelných tvarů nebo omezující přístup ke vzorku.

Zkušební metoda a normy

Ať už zkoušíte podle průmyslové nebo podnikové normy: zkušební postup a požadované naměřené hodnoty jasně specifikují kritické vlastnosti průtahoměru.

Způsob zatěžování: pro jaký typ zkoušek se průtahoměr používá: tahové, tlakové, ohybové nebo cyklické zkoušky? Některé snímače dráhy lze použít pro všechny čtyři způsoby zatížení a jsou navrženy pro rychlou změnu podle typu zkoušky.
Počáteční měřená délka: obvykle je určena normou. Rozsah měření, který průtahoměr pokrývá, vychází z počáteční měřené délky a maximálního prodloužení vzorku.
Přesnost: pokud jde o přesnost průtahoměru, ta je obvykle uváděna třídou přesnosti nebo stupně podle normy. Ty jsou definovány v kalibračních normách pro průtahoměry na základě naměřených odchylek a rozlišení (ISO 9513, ASTM E83).
Požadované výsledky měření: jaké naměřené hodnoty mají být konkrétní zkouškou vyhodnoceny a jaké jsou vaše požadavky? Například moduly jsou vyhodnocovány už na začátku zkoušky. A to vyžaduje mít nastavenou odpovídající úroveň přesnosti. Tuto úroveň přesnosti lze zajistit kalibrací a vhodným seřízením.
Řízená deformační rychlost (zpětnovazebná regulace) podle metody A1 normy ISO 6892-1: tento typ řízení deformace klade na průtahoměr zvláštní požadavky. Udržování nastavené rychlosti zkoušky vyžaduje rychlou zpětnou vazbu mezi průtahoměrem (aktuální deformací) a řídicí elektronikou (ZwickRoell používá taktovací frekvenci 2 000 Hz).

Zkušební prostředí

Co rozumíme testovacím prostředím a jaký má vliv na průtahoměr?

Zkušební teplota: při zkouškách za různých teplot je nutné použít vhodný průtahoměr. Existují průtahoměry speciálně navržené pro použití v teplotní komoře nebo pro vysokoteplotní pece. I v tomto prostředí jsou schopny dosáhnout velmi vysoké úrovně přesnosti.
Přesnost bezkontaktního optického průtahoměru mohou zhoršit světelné vlivy nebo proudění, např. z klimatizačního systému.
Prach, nečistoty a vibrace, které by mohly ovlivnit zkoušení ve výrobním prostředí, vyžadují robustní průtahoměr s nízkou citlivostí.

Funkčnost

Funkčnost jde ruku v ruce s přidanou hodnotou, průtahoměr toho může nabídnout mnohem více.

Flexibilita: průtahoměr, který je vysoce univerzální z hlediska různých aplikací, typů vzorků nebo funkcí, eliminuje potřebu používat více těchto zařízení.
Vliv operátora: jak důležité je omezení nebo odstranění vlivu operátora pro získání spolehlivých výsledků zkoušek? Práce obsluhy může vést k odchylkám a většímu rozptylu výsledků zkoušek.
Automatizované funkce: mohou výrazně omezit nebo dokonce eliminovat vliv obsluhy. Tím se výrazně zvyšuje opakovatelnost a reprodukovatelnost výsledků zkoušek. Díky automatickým funkcím nejsou nutné žádné zásahy – od automatického změření pracovního prostoru a posuvu do pracovní pozice, až po samotné nastavení počáteční měřené délky a připnutí a odepnutí ramínek snímače.
Přidaná hodnota díky volitelným možnostem: optické průtahoměry zachycují velkou část vzorku pomocí kamery (kamer), a proto mohou z měření získat více informací. Měření lze provádět na více sledovaných bodech, vyhodnocovat deformace v celém poli pomocí 2D obrazové korelace nebo automaticky určit místo lomu, aniž by bylo nutné upnutý vzorek vyjmout.
Možnosti modernizace: poskytují jistotu investic do budoucnosti. Některé průtahoměry pokrývají hned od základu širokou oblast aplikací. Jiné lze v budoucnu snadno přizpůsobit dalším aplikacím díky dalšímu dovybavení.

Ovládání

Uživatelé staví do popředí jednoduché zacházení.

Profil uživatele: kdo se strojem pracuje? Dochází k neustálé obměně pracovníků, kteří provádějí zkoušky bez většího předchozího zaškolení a bez větších, pokud vůbec nějakých, úprav zkušebního postupu? Nebo je to specialista, který chce mít možnost ovládat každou fázi zkušební sekvence velmi flexibilně a s přístupem k široké škále funkcí? Průtahoměr a software lze konfigurovat podle typu uživatele.
Požadavky na školení: automatizované funkce výrazně snižují nároky na školení. To se týká také softwaru s jeho intuitivním ovládáním, přehlednou strukturou a přizpůsobivostí vašim provozním postupům.
Nároky na úpravy: pokud často přecházíte mezi různými aplikacemi, musíte také zvážit náročnost úpravy systému – jak dlouho trvá, může ji provést jeden člověk a může během tohoto procesu dojít k chybám?
Značkování vzorků: podle materiálu vzorku vyžadují optické průtahoměry označkování měřené délky na vzorku (podle druhu materiálu a typu zkoušky), v některých případech nejsou pro optické systémy značky nutné. V takových případech je využívána drsnost povrchu vzorku a software pak pracuje se svými vytvořenými virtuálními měřicími značkami.

Rozpočet a náklady

Pokud jde o náklady, je důležité zaměřit se na další po nákupu.

Pořizovací náklady: i když jsou zpočátku velmi důležité, nízké náklady na provoz průtahoměru (a systému jako celku) mohou rychle kompenzovat vyšší pořizovací náklady.
Náklady na školení závisí na rozsahu požadovaného školení a počtu operátorů, kteří budou systém používat.
Náklady na jednu zkoušku a produktivita zkoušení: čím více času stráví obsluha manipulací se systémem, tím více času je potřeba na provedení zkoušky.
Časová náročnost změny nebo úprav systému: úprava systému kvůli změnám aplikace je časově náročná. Dobrým příkladem je propočet času potřebného při použití teplotní komory. V takovém případě, pokud je schopen změny provést jeden člověk, lze ušetřit spoustu času.
Náklady na opakované testy: další náklady vznikají v důsledku nedostatečné přesnosti a reprodukovatelnosti systému. Pokud je rozptyl výsledků příliš velký, je třeba provést podrobné následné testy. Kromě personálních nákladů vznikají také další náklady na materiál. Vidíme, jak důležitou roli hrají spolehlivé výsledky testů.
Náklady na údržbu: V neposlední řadě jsou důležité i průběžné náklady na údržbu. Ty lze snížit díky dílům s nízkým opotřebením nebo speciální konstrukci pro použití v prašném výrobním prostředí.