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延伸計

材料測試所適用的應變量測裝置 - ZwickRoell的核心競爭力

延伸計 是一種 應變量測裝置,用於測量試樣在載荷下的伸長量。 延伸量測是ZwickRoell的核心競爭力之一。

概述 接觸式延伸計 光學延伸計 選擇準則 尋求諮詢

延伸計主要分為兩大類:接觸式非接觸式或光學延伸計接觸式延伸計可進一步分為夾持式及感測器臂延伸計。非接觸式或光學延伸計包含了影像式延伸計以及雷射延伸計。

接觸式延伸計

光學延伸計

夾持式延伸計感測器臂延伸計影像式延伸計雷射延伸計
應用經濟高效的解決方案,適用於設有初始標距及試樣量低的標準應用場合輕鬆適應不同的測試應用

輕鬆適應不同的測試應用

搭載攝影機:影像可用於其他評估目的,如 2D DIC

用於在高溫下測量的特殊技術
試樣材質固有剛性試樣所有所有;包含高度敏感試樣及具高斷裂能的試樣金屬、陶瓷、耐火材料、石墨、玻璃
溫度最高達 200 °C最高達 360 °C最高達 360 °C最高達 2000 °C
操作手動從手動到自動化的可選配置自動:
不受操作員影響,測試結果可再現性高
自動化:
不受操作員影響,測試結果的高度可再現性
延伸計種類

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什麼是延伸計?

延伸計 是一種 應變量測裝置,用於測量試樣在載荷下的伸長量。

  • 材料的延伸是一種物理變形,當受到負載時,如與拉伸測試相關的拉力時,就會發生這種變形。 除了由拉伸負載引起的應變外,延伸計還有助於測定不同類型載荷應用下的壓縮變形或撓度,包括了循環測試 (包含疲勞測試), 壓縮測試彎曲測試等。
  • 延伸計可直接對試樣進行應變測量。 這降低了來自其他測試組件的測量影響,並提高了測試的準確性。
  • 在測定材料特徵值時,需要進行應變測量。拉伸模量、楊氏模量、降伏點斷裂應變r 值及泊松比等為透過延伸計所測得的典型數值。在比較材料特性時,這些資訊是不可或缺的,可以幫助製造商確定該材料是否能承受用於預期用途時所承受的負載。
  • 延伸計可用於各種行業及廣泛的各種材料領域。 包括金屬、塑料、纖維增強複合材料、彈性體、薄膜、紡織品、繩索、紙張和木材等。

接觸式延伸計

用於應變測量的接觸式延伸計可進一步分為感測器臂延伸計夾持式延伸計

感測器臂延伸計 夾持式延伸計

感測器臂延伸計

感測器臂延伸計透過安裝在感測器臂上的刀口直接裝載在試樣上。透過評估感測器臂的角度或行程距離的變化來測量應變。感測器臂延伸計的技術已經過驗證且易於理解。這些延伸計具有極高程度的模組化,可輕鬆根據不同的測試任務進行調整及處理:從經濟高效的手動延伸計到全自動系統,完全不受操作員影響且測試結果具有最大的可再現性。

夾持式延伸計

夾持式延伸計是適用於測試量低的標準測試任務,為其提供經濟、高效的解決方案。其與試樣直接地接觸。測量值從試樣傳輸到感測器臂的時間極短且固定,從而確保高測量準確度

然而,這類延伸計缺乏了靈活性: 從設計的角度來看,其大多數都具有設定的初始標距及有限的行程距離。

光學/非接觸式延伸計

videoXtenslaserXtens 光學延伸計根據影像為基礎,故為非接觸式。 因此,它們對材料特性的測定並無影響。 非接觸式應變計的另一優勢是可在沒有損壞風險的情況下,對關鍵試樣進行直至斷裂點的測試。 光學延伸計的初始標距由標點表示。 還可使用 ZwickRoell 影像式及雷射延伸計,無需手動添加測量標點

光學 lightXtens 延伸計是基於發光二極體的原理運作。 這款延伸計專為全自動測量高延展性材料(彈性體、繩索、箔片)或初始標距較大的試樣(鋼繩及絞線)而設計

影像式延伸計 雷射延伸計lightXtens

為什麼要選擇ZwickRoell延伸計?

  • 延伸計是我們的核心競爭力之一,是我們數十年應用技術經驗的結晶。
  • 我們的延伸計是與其他測試組件一起由工廠內部開發、製造,確保了完整測試系統的相容性。
  • ZwickRoell 延伸計的設計超越了試驗標準要求,這是因為延伸計的準確度對於可再現和可靠的測試結果至關重要。

選擇標準

幾乎所有拉伸測試標準(如ASTM和ISO)都要求進行應變量測。 最適合某個應用的延伸計取決於所規定的要求標準,以及試片的材料性能。

選擇理想的延伸計主要可基於六個標準。這包含了其必須滿足的特性,如準確度、解析度、測量範圍、所需的測量值和使用延伸計時的測試溫度。但其中,關鍵的附加價值是易於操作、減少的學習曲線、廣泛功能範圍、每次測試的成本及更多因增加的選配所提供的附加特性。

材料及試樣形狀
測試順序及試驗標準
測試環境
功能
處理
預算及成本

材料及試樣形狀

選擇最佳延伸計的過程應從材料和試樣形狀開始考量

  • 最大延伸量:對於計算所需的測量範圍而言非常重要。 此外,延展性較小的材料通常需更高的準確度等級。
  • 接觸敏感度:在測試薄或對於接觸極敏感的材料時,使用帶有特殊刀口的感測器臂延伸計可將對試樣的影響降至最低。 光學延伸計提供了理想的解決方案,因其對試樣完全沒有影響。
  • 斷裂行為:這對於直至試樣斷裂的測試而言非常重要,可確保延伸計未受到損壞。 對於高斷裂能量的測試,應使用光學延伸計或具有相應安全機制的感測器臂延伸計。
  • 試樣尺寸:由於試樣寬度或厚度相當極端,一些試樣的尺寸可能會限制延伸計的選擇。
  • 試樣形狀:不同形狀可能具有不同挑戰。 如:不規則狀的組件限制了試樣本身的可及性。

測試順序及試驗標準

無論您是根據行業標準或依據公司標準進行測試:測試順序和所需的測量值都清楚地指示延伸計的關鍵特性。

  • 負載類型:延伸計將被用於什麼測試:拉伸/壓縮/彎曲或循環測試? 部分延伸計可用於所有四種類型的負載,並專為在不同測試類型間快速切換所設計。
  • 初始標距:通常由試驗標準所規定。 延伸計覆蓋的測量範圍基於試樣的初始標距和最大延伸量。
  • 準確度:當提到延伸計的準確度時,試驗標準通常指的是準確度等級或級別。 這些是根據測量的偏差和解析度(ISO 9513、ASTM E83)在延伸計校正標準中所定義的。
  • 所需的測量值:特定的測試需測定哪些測量值,以及您的要求是什麼? 如模量是在測試開始時測定的,因此必須已設置相應的準確度等級。 此準確度等級可以透過適當的校正確保。
  • 符合 ISO 6892-1 方法 A1 的閉環應變率控制:這種類型的應變控制對延伸計提出了特殊要求。 為確保自動調整測試速度,延伸計不斷將當前的應變值反饋給電子設備(在 ZwickRoell為每秒 2000 次)。

測試環境

測試環境為何,它是否會影響延伸計?

  • 測試溫度:在任何溫度條件下進行試驗,皆須使用合適的延伸計。 有專為在溫度箱或高溫爐中使用而設計的延伸計,能夠在這種環境中提供非常高的準確度。
  • 光的影響或氣體對流,如:來自空調系統的溫度會限制非接觸式光學延伸計的精度。
  • 影響測試生產環境的灰塵、污垢和晃動—其需要堅固、低靈敏度的延伸計。

功能

延伸計功能與附加價值密切相關,因其可提供更多廣泛的功能。

  • 靈活性:在不同應用、試樣類型或功能方面具有高度靈活性的延伸計,可節省購置其他多個延伸計的成本。
  • 操作員影響:減少或完全消除操作員影響對於獲得可靠的測試結果有多重要? 操作員的影響可能會導致偏差及離散的測試結果。
  • 自動化功能:透過自動化運作,可減少或甚至屏除操作員的影響。 這大幅提高了測試結果的可重複性及可再現性。 自動化可減少許多非必要干預—從自動測量測試區及對中測量點,到自動設置初始標距長度以及感測器臂的連接與拆卸。
  • 透過選配,增加額外附加價值:光學延伸計可透過相機捕捉到廣泛的試樣範圍,因此能從測量過程中獲得更多訊息。 可以在多個測量點上進行測量,透過2D影像相關性進行全視區的應變評估,或自動判定斷裂位置,從而防止試樣被測試失效。
  • 升級改造方案:為未來投資提供了安全性。 有些延伸計從購置初期便包含了廣泛的應用範圍。 無論未來何時進行升級改造,其他操作員也能輕鬆地適應其附加應用。

處理

易於操作,並將用戶置於優先考量。

  • 用戶設置:是誰在使用機器? 是否經常更換沒有進行充足事先培訓的執行測試員,或如果有對其培訓,該操作員是否對測試程序進行了修改? 還是相對而言,您希望以高度靈活的方式,控制測試序列的每個階段並使用廣泛的功能? 延伸計和軟體可根據用戶類型進行調整。
  • 培訓要求:自動化的功能明顯降低了培訓的要求。 這包括一個操作直觀、結構清楚並能適應您操作程序的軟體程序。
  • 修改所需的工作量:若您經常在各種應用程序間轉換,您還必須考慮修改系統所需的工作量—需多長時間,一個人是否可以完成,過程中是否會出錯等?
  • 試樣標記:根據試樣的不同,光學延伸計在某些情況下需要標記試樣。各種標記方式除了可根據要執行的試樣和測試進行調整,光學系統亦可允許在沒有標記的情況下進行測量。 在這些情況下,利用試樣表面的粗糙度,並透過軟體將虛擬標點標記於試樣。

預算及成本

當談到成本,重要的是需一併考量購置後使用該設備的年份。

  • 購置成本:雖然在投資的初期而言相當重要,但延伸計(及整個系統)的低運行成本可快速補償原先較高的購置成本。
  • 培訓成本取決於所需的培訓量和將投入使用該系統的操作員數量。
  • 每次測試的成本及可能的測試量:操作員操作系統的時間愈長,運行測試所需的時間就愈多。
  • 轉換或編輯測試系統所需的時間:為不同測試應用修改測試系統相當耗時。 一個很好的例子是使用溫度室時所需進行的轉換。 在這種情況下,如果一個人即可進行更改,則可以節省大量時間。
  • 後續測試所需的成本:由於缺乏系統的準確性和可重複性,則會產生額外成本。 若測量值的離散性太大,則後續需要再進一步進行詳細的測試。 除了人員成本,您還可能遇到新的材料成本。 因此,可靠的測試結果在這裡即相當重要。
  • 保養維護成本: 最後,持續定期的保養維護成本也十分重要。其可以透過非耗損性組件,或在粉塵生產環境中,透過特定配置以減少這些成本。
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