Extensometer

Ein Extensometer sollte immer dann verwendet werden, wenn eine präzise Dehnungsmessung erforderlich ist, die nicht allein aus der Traversenverschiebung zuverlässig abgeleitet werden kann. Die Traversenverschiebung umfasst Beiträge aus der Maschinenkonformität, dem Greifersitz und der Laststrangverformung – all dies kann die wahre Probendehnung erheblich überschätzen, insbesondere bei steifen Materialien oder bei geringen Dehnungswerten. Extensometer sind unerlässlich für die Bestimmung des Elastizitätsmoduls, der Streckgrenze und anderer dehnungsabhängiger Eigenschaften und werden von den meisten Materialprüfstandards, einschließlich ISO 6892-1, ASTM E8/E8M und ISO 527, gefordert. Als Faustregel gilt: Wenn Ihr Testergebnis von einer genauen Spannungs-Dehnungs-Kurve abhängt, sollte ein Extensometer verwendet werden.

Die Messlänge ist der definierte Referenzabstand zwischen den beiden Kontaktpunkten eines Extensometers an einer unbelasteten Probe. Die Dehnung wird als die Änderung dieser Länge geteilt durch die ursprüngliche Messlänge berechnet. Viele Prüfstandards legen eine erforderliche Messlänge relativ zu den Probenabmessungen fest – zum Beispiel verwendet ISO 6892-1 typischerweise eine proportionale Messlänge von 5,65√S₀. Die Auswahl der richtigen Messlänge für Ihre Probe und Ihren Standard ist entscheidend für die Erzielung konformer, vergleichbarer Ergebnisse.

Ob ein Extensometer vor dem Bruch entfernt werden sollte, hängt vom Material und der Art des Versagens ab. Bei duktilen Materialien mit allmählichem Versagen kann das Extensometer im Allgemeinen während des Bruchs an der Probe verbleiben. Bei spröden oder hochfesten Materialien, die explosionsartig versagen, kann die beim Bruch freigesetzte Energie das Gerät beschädigen – in diesen Fällen wird das Entfernen vor dem Versagen empfohlen. Bei Standard-Anklemm-Extensometern erfordert dies typischerweise eine Unterbrechung des Tests, um das Gerät manuell zu entfernen, bevor fortgefahren wird. Die AutoX750 und AutoXBiax können so konfiguriert werden, dass sie sich bei einem definierten Schwellenwert automatisch zurückziehen, wodurch eine Unterbrechung des Tests entfällt, und Video-Extensometer erfordern keine Entfernung, da sie keinen physischen Kontakt mit der Probe haben.

Gummi und Elastomere erfahren sehr große Verformungen – oft 500–1000 % Dehnung – was die meisten Standard-Anklemm-Extensometer aufgrund ihres begrenzten Verfahrwegs ausschließt. Für diese Materialien ist ein Video-Extensometer eine beliebte Wahl, das zwei auf die Probenoberfläche aufgebrachte Punkte optisch verfolgt, ohne physischen Kontakt, ohne Beeinflussung des Materialverhaltens und ohne Risiko einer Sensorschädigung bis zum Bruch. Instrons XL Langweg-Extensometer ist ebenfalls eine praktikable Option und bietet einen mechanischen Verfahrweg von bis zu 750 mm, obwohl es eine einfachere Lösung im Vergleich zur Flexibilität und dem Messbereich eines Video-Extensometers darstellt. Beide Ansätze entsprechen den Anforderungen von ISO 37 und ASTM D412 für die Zugprüfung von vulkanisiertem Gummi und Elastomeren.

Extensometer werden nach ISO 9513 (international) oder ASTM E83 (USA) kalibriert und klassifiziert, die Genauigkeitsklassen – wie Klasse 0,5, Klasse 1 und Klasse 2 – definieren, die zulässige Fehler über den Messbereich spezifizieren. Die für Ihren Test erforderliche Klasse wird typischerweise durch den relevanten Materialprüfstandard festgelegt. Zum Beispiel erfordert ISO 6892-1 für die meisten Anwendungen Klasse 1 oder besser. Instron Extensometer werden mit Kalibrierzertifikaten geliefert, die auf nationale Standards rückführbar sind, mit Rekalibrierungsdiensten, um die fortlaufende Konformität zu gewährleisten.

Ein axiales Extensometer misst die Dehnung entlang der Belastungsachse – der primären Verformungsrichtung bei einem Zug- oder Druckversuch. Ein transversales Extensometer misst die Dehnung senkrecht zur Belastungsachse und erfasst die Reduzierung der Breite oder des Durchmessers, wenn die Probe gedehnt wird. Zusammen verwendet ermöglichen axiale und transversale Messungen die Berechnung der Poissonzahl – des Verhältnisses von lateraler zu axialer Dehnung. Instron bietet verschiedene Möglichkeiten, beide gleichzeitig in einem einzigen Test zu erfassen: dedizierte transversale Anklemm-Extensometer, die mit einem axialen Gerät gekoppelt sind, biaxiale und mittelnde Anklemm- Konfigurationen, das AutoXBiax automatische Kontakt-Extensometer und das AVE3 Video-Extensometer, das axiale und transversale Dehnung optisch ohne physischen Kontakt mit der Probe messen kann.

Ein automatisches Kontakt-Extensometer wird unter Softwaresteuerung automatisch an der Probe angebracht und gelöst, wodurch manuelle Handhabung zwischen den Tests entfällt. Es ist die ideale Wahl für Hochdurchsatz-Produktionsprüfumgebungen und automatisierte Prüfzellen, bei denen die Minimierung der Zykluszeit, die Reduzierung der Bedienervariabilität und die Aufrechterhaltung einer konsistenten Messlängenpositionierung Priorität haben. Instrons AutoX750 und AutoXBiax sind mit einer Vielzahl von universellen und statischen hydraulischen Prüfsystemen kompatibel und vollständig in die Bluehill Software für eine nahtlose Teststeuerung integriert.

Das hängt vom Extensometertyp ab. Anklemm-Extensometer sind typischerweise auf eine bestimmte Messlänge festgelegt – Labore, die nach mehreren Standards oder Probengeometrien prüfen, benötigen in der Regel separate Geräte für jede Messlänge. Video-Extensometer sind die flexibelste Option, die über einen weiten Bereich von Messlängen, Dehnungen und Materialtypen ohne Hardwareänderungen messen können – das Gerät verfolgt optisch zwei direkt auf die Probenoberfläche aufgebrachte Punkte, sodass die Messlänge einfach durch die Punktplatzierung bestimmt wird. Das AutoX750 unterstützt die automatische Messlängenpositionierung innerhalb seines Verfahrbereichs, wodurch es sich gut für Labore eignet, die eine Vielzahl von Probenabmessungen ohne manuelle Anpassung zwischen den Tests prüfen.

Beide Geräte messen die Dehnung, aber sie funktionieren auf grundlegend unterschiedliche Weisen. Ein Dehnungsmessstreifen ist ein kleines Widerstandselement, das direkt auf die Probenoberfläche geklebt wird – wenn sich das Material verformt, verformt sich der Messstreifen mit ihm und ändert seinen elektrischen Widerstand proportional zur Dehnung. Die korrekte Installation erfordert einen erfahrenen Techniker: Oberflächenvorbereitung, präzise Klebstoffanwendung und korrekte Verdrahtung sind entscheidend für zuverlässige Daten. Ein Extensometer ist ein separates Instrument, das die Abstandsänderung zwischen zwei definierten Punkten an der Probe misst, entweder durch mechanischen Kontakt oder optische Verfolgung.

Dehnungsmessstreifen eignen sich gut zur Messung der Dehnung an einem bestimmten Punkt einer Struktur oder komplexen Geometrie. Extensometer sind jedoch die Standardwahl für die Materialprüfung, wo eine definierte Messlänge, einfache Einrichtung zwischen den Tests und die Einhaltung von Prüfstandards wie ISO 9513 und ASTM E83 erforderlich sind – ohne die Vorbereitungszeit oder das Spezialwissen, das Dehnungsmessstreifen erfordern.

Die häufigsten Fehlerquellen bei Extensometern sind eine falsche Einstellung der Messlänge, eine inkonsistente Platzierung der Schneiden an der Probe und ein Verrutschen der Kontaktpunkte während des Tests – all dies führt zu Variabilität bei den Dehnungsmessungen. Bei Anklemm-Extensometern kann eine unzureichende oder übermäßige Klemmkraft dazu führen, dass das Gerät verrutscht oder das Verhalten der Probe beeinflusst. Eine Fehlausrichtung zwischen Extensometer und Belastungsachse kann Biegefehler verursachen, insbesondere bei Druckversuchen – mittelnde Extensometer sind speziell dafür ausgelegt, dies zu kompensieren. Umgebungsbedingungen, insbesondere Temperaturschwankungen und Luftströmungen in der Nähe der Probe, können die Bildstabilität beeinträchtigen und Fehler bei Video-Extensometer-Messungen verursachen. Instrons AVE3 Video-Extensometer verfügt über eine integrierte Beleuchtungs- und Luftstrommanagementtechnologie, die entwickelt wurde, um den Einfluss dieser Variablen auf die Messgenauigkeit zu reduzieren. Regelmäßige Kalibrierung nach ISO 9513 oder ASTM E83 ist der effektivste Weg, systematische Fehler zu identifizieren und zu korrigieren.

Extensometer messen die technische Dehnung – die Änderung der Messlänge geteilt durch die ursprüngliche Messlänge. Die technische Dehnung ist die Standardausgabe, die von den meisten Materialprüfstandards, einschließlich ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M, gefordert wird und für die meisten Materialprüfanwendungen, bei denen die Verformungen relativ gering sind, ausreichend ist. Die wahre Dehnung, die die sich kontinuierlich ändernde Messlänge während der Probenverformung berücksichtigt, kann bei Bedarf in der Nachbearbeitung aus den technischen Dehnungswerten berechnet werden. Bei Prüfungen mit großen Verformungen – wie Elastomeren oder hochduktilen Metallen – wird der Unterschied zwischen technischer und wahrer Dehnung signifikanter und sollte bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden.