Đo độ giãn dài

Vật liệu có thể biến dạng dưới tác động nhiệt và cơ học. Một ví dụ về sự thay đổi hình dạng như vậy là sự giãn dài. Đây là thuật ngữ được sử dụng để mô tả sự thay đổi tương đối về chiều dài của một linh kiện hoặc vật liệu chịu áp lực cơ học (lực) hoặc thông qua nhiệt và lạnh. Nếu lực tác dụng lên một linh kiện từ bên ngoài thì vật đó sẽ bị kéo dài (kéo dài dương). Độ giãn dài xảy ra như một phản ứng khi áp dụng lực làm cho vật liệu biến dạng. Nếu linh kiện chịu áp lực, nó sẽ bị nén (rút ngắn, kéo dài âm). Nếu vật liệu trải qua sự thay đổi nhiệt độ làm tăng kích thước của nó, nó được gọi là sự kéo dài nhiệt. Nhiệt độ cao gây ra độ giãn dài nhiệt dương, lạnh là âm. Ngoài ra, có sự giãn nở do ứng suất bên trong. Những biến dạng này xảy ra khi các linh kiện được rèn và hàn. Ngoài ra, có những độ giãn dài được gây ra bởi từ trường hoặc điện trường.

Để tính độ giãn dài của vật liệu, sự thay đổi chiều dài được chia cho chiều dài ban đầu và được tính bằng micromet trên mét (μm / m). Với nhiều vật liệu, độ giãn dài tỷ lệ thuận với lực tác dụng. Sự kéo giãn có thể xảy ra theo hướng dọc hoặc là kết quả của sự co ngang theo hướng của lực. Nếu lực kéo, lực nén và lực cắt làm việc cùng nhau, kết quả là kéo dài theo mọi hướng. Những biến dạng phức tạp này cũng có thể được mô phỏng trên máy tính.

Vật liệu khác nhau về độ giãn dài của chúng: Thép biến dạng ít hơn khi tác dụng lực so với cao su. Titan không kéo dài nhiều dưới ảnh hưởng của nhiệt như nhôm. Nguyên nhân của sự giãn dài của các thành phần được xác định bởi các hệ số hoặc mô-đun vật liệu. Khi nói đến ứng suất cơ học, độ giãn dài được thể hiện bằng mô đun đàn hồi. Hệ số giãn dài nhiệt mô tả sự giãn dài do tác động của nhiệt. Một số lượng lớn các vật liệu mở rộng đều theo mọi hướng. Ngược lại với điều này, sự giãn dài do ứng suất cơ học thường diễn ra theo hướng của lực này. Độ giãn dài có thể được tính toán và cũng được đo bằng thực nghiệm.

Các phương pháp đo độ giãn dài chủ yếu được sử dụng ngày nay là đo điện và quang học với sự trợ giúp của các dải đo độ giãn dài (EMS). Nếu EMS được làm bằng lá kim loại, nó có thể được sử dụng để đo độ giãn dài từ 1/100 đến 1/10 μm/m. EMS bán dẫn cho phép phát hiện chính xác sự thay đổi chiều dài trong khoảng từ 1/1000 đến 1/100 μm / m. Dải đo độ giãn dài luôn chỉ ra độ giãn dài trung bình của vật liệu mà được gắn với một chất kết dính đặc biệt. Tùy thuộc vào điều kiện môi trường, EMS có kích thước khác nhau được sử dụng.

Dải đo độ giãn dài điện còn được gọi là dải đo độ giãn dài màng. Chúng đã có sẵn trong hơn 80 năm và bao gồm hai lá polyamide mỏng với một lưới đo tích hợp làm bằng constantan. Mạch cầu thường được sử dụng để đo lường. Thay vì dùng lưới đo kim loại, lưới silicon cũng có thể được sử dụng (EMS bán dẫn). Các dải đo độ giãn dài này nhạy hơn nhiều so với EMS kim loại. Dải đo điện có kích thước từ 0,2 đến 150 mm. Với phép đo thông thường, độ lệch từ 0,1 đến 1% so với giá trị toàn thang đo là có thể.

Khi kéo căng, điện trở trong lưới đo tăng lên, làm cho nó biến dạng. Độ nhạy trong việc phát hiện biến dạng thay đổi theo EMS bán dẫn tùy theo định hướng tinh thể và silicon (n hoặc p). Các EMS này cho phép kết quả đo không có lỗi trong dải tần số từ 5 đến 8 MHz. Điện áp hoạt động tối đa phụ thuộc vào kích thước của dải đo và vật liệu. Các kích thước phổ biến của EMS được gắn các chất dẫn nhiệt tốt có thể chịu được từ 5 đến 10 V. Việc đo độ giãn dài quang học diễn ra với sự trợ giúp của các cảm biến sợi quang (FOS), được gắn vào vật liệu mà chúng đang đo.

Các dải đo độ giãn dài quang học này còn được gọi là cảm biến lưới Bragg sợi quang. Chúng không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ và các điều kiện bất lợi khác. Do đó, chúng được dùng khi EMS điện không thể được sử dụng, ví dụ ở nhiệt độ từ -270 đến 300°C. EMS quang học có lõi là sợi thủy tinh thạch anh phủ nhựa, được bao quanh bởi một lớp vỏ dày hơn và lớp phủ nhựa bảo vệ. Sợi quang chứa một số lưới Bragg sợi quang. Nếu ánh sáng laser chiếu từ bên ngoài qua thiết bị interrogator chạm vào lưới này, một số chùm sáng sẽ được phản xạ và gửi lại cho bộ interrogator. Từ đó, các ứng suất trong vật liệu và các biến dạng có thể được xác định.

Nếu sợi quang được kéo căng trong quá trình đo độ giãn dài, khoảng cách giữa các bộ phận lưới sẽ tăng lên. Đồng thời, bước sóng của ánh sáng phản xạ thay đổi. Bởi vì mỗi sợi quang có thể chứa vô số lưới Bragg sợi quang, phép đo độ giãn dài này phù hợp để giám sát đường ống và đường hầm. Ngược lại với phép đo độ giãn dài điện, mỗi EMS phải được kết nối với một cáp kết nối riêng biệt, thì đối với EM S quang học chỉ cần một sợi thủy tinh duy nhất là đủ. Điều này giúp tiết kiệm công sức và chi phí lắp đặt.

Các phép đo độ giãn dài có ưu điểm là ngay cả những thay đổi cực kỳ nhỏ về hình dạng và ứng suất cũng có thể được xác định cực kỳ chính xác, đúng vị trí và được sử dụng gần như phổ biến với sự trợ giúp của các dải đo độ giãn dài khác nhau. Các thành phần linh kiện có thể được theo dõi trong nhiều năm. Các phép đo độ giãn dài cũng có thể được thực hiện trên các thành phần phức tạp (vỏ làm bằng nhôm đúc, tua bin chạy) và dưới nước với sự trợ giúp của EMS.

Việc đo độ giãn dài cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các hệ thống đo quang học với các camera có độ phân giải cao như hệ thống ARAMIS của ZEISS. Vật liệu cần kiểm tra chỉ cần được đánh dấu trước bằng lưới đo bằng laser đánh dấu. Trong khi vật liệu đang bị biến dạng, hai máy ảnh sẽ chụp lại quá trình biến dạng này. Phép đo độ giãn dài 3D cũng có thể được thực hiện trên các thành phần linh kiện có hình dạng phức tạp. Dựa trên tọa độ pixel đo được của mẫu được áp dụng, độ giãn dài có thể được tính toán chính xác bằng phần mềm ZEISS đặc biệt. Hệ thống đo quang có thể được gắn vĩnh viễn trên máy kiểm tra tương ứng.

Các phép đo độ giãn dài được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau được giới hạn trong các lĩnh vực ứng dụng cụ thể. Các phép đo rất linh hoạt và có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.