EXTENZOMETR - PRŮTAHOMĚR - přesný snímač deformace
Extenzometr neboli průtahoměr - z latinského extensio = natažení (do češtiny převzaté tenze = tah), (anglicky strain guauge, německy Dehnungsmessgerät) je zařízení, které převádí změnu polohy dvou bodů (a jejich vzájemnou vzdálenost) na člověkem odečitatelnou hodnotu. Tahová zkouška materiálů je pak nejčastějším využitím extenzometru.
Dříve byly průtahoměry mechanické - např. pomocí zrcátek a ramínka se stupnicí. Mechanické průtahoměry jsou dnes raritou a jsou nahrazovány, podobně jako celé řízení strojů, elektronikou.
Extenzometry se používají v různých oblastech především zkušebnictví, protože jsou schopny zaznamenat velice malé změny polohy. Většina průtahoměrů pracuje na bázi tenzometrického můstku - plný můstek napájený stejnosměrným napětím. Výstupem z extenzometru je pak změna napětí dle změny vzdálenosti bodů, a to platí pro všechny průtahoměry. V praxi se průtahoměry připojují na elektroniku, která dál zpracovává a převádí elektrický signál a používá jej pro řízení stroje nebo pouze záznam křivky napětí - prodloužení.
Nejčastější využití nachází extensometer v oblasti materiálového zkoušení, potažmo při tahové zkoušce, pří měření tažnosti / prodloužení kovů. Snímací kontakty - břity - průtahoměru se umístí na vzorek (většinou normovaného tvaru) a po spuštění zatěžování se břity průtahoměru začnou pohybovat spolu s materiálem. Tím se v průtahoměru začne převádět mechanický pohyb pomocí tenzometrického snímače na změnu napětí.
Extenzometr - měření E-modulu, meze kluzu, tažnosti
Nasazovací průtahoměr se hojně využívá při tahové zkoušce kovů dle EN ISO 6892 - dle uvedené normy je možné zkušební stroj řídit přírůstkem deformace. Pokud se extenzometr při zkoušce dle EN ISO 6892 použije pouze pro snímání meze kluzu (příp. Youngova modulu pružnosti v tahu), pak nemusí mít příliš velký zdvih, protože kovy ve srovnání s plasty/papírem nemají tak velkou deformaci a po naměření uvedených parametrů je možné extensometr sejmout. Nasazovací průtahoměr většinou drží na vzorku pomocí pružinky a dle tvaru vzorku má břity ploché nebo válcové.
extenzometr s dlouhým zdvihem
Mezi nasazovacími průtahoměry a plně automatickými průtahoměry se umísťují konstrukčně ručně ovládané extenzometry s dlouhým zdvihem. Ten může být až 1000 mm. Většinou se jedná o průtahoměr, který není vhodný pro provádění zkoušek tahem podle EN ISO 6892, protože přesnost do cca 2 mm dráhy je nižší, než požaduje norma. Pro plasty a gumy (např. EN ISO 37) nejsou normy pro tahovou zkoušku tak přísné, a proto se průtahoměr s dlouhým zdvihem používá právě pro tahové zkoušky těchto materiálů.
Průtahoměr s dlouhým zdvihem je možné ponechat na vzorku až do lomu / prasknutí. U gumových vzorků je však třeba dávat pozor, protože nahromaděná energie ve vzorku může být veliká.
automatický extenzometr
Extensometr hojně využívaný při tahové zkoušce ve zkušebnictví nejen dle EN ISO 6892 je většinou polo- nebo zcela automatický extensometr (polo-automatický např. s ručním nastavením L0).
Současné automatické průtahoměry např. od Shimadzu pracují na elektromechanickém principu a tvoří větší komponentu zkušebního zařízení. Obecně mají plně automatické průtahoměry ramínka vysunutá do zkušebního prostoru, kde se do čelistí upíná zkušební vzorek. Při spuštění tahové zkoušky se ramínka průtahoměru připnou ke vzorku a jsou unášena společně s materiálem vzorku při překročení nastaveného limitu nebo při lomu vzorku se ramínka rozevřou a průtahoměr najede do výchozí polohy - tím je připravený na další tahovou zkoušku.
optické extenzometry
Poslední skupinou přístrojů používanou pro měření prodloužení, Youngova modulu pružnosti (E-modul) a tažnosti jsou bezkontaktní extenzometry. Zpravidla se jedná o kameru a software, který zpracovává zachycený obraz. Princip je u optických průtahoměrů shodný: kamera, která představuje snímač, zachycuje obraz. Ten se přenáší do počítače, kde dochází k vyhodnocení obrazu. Software pak vyhodnocuje označená místa a počítá hodnotu prodloužení, kterou předává dál do zkušebního stroje.
Velkou výhodou bezkontaktních optických průtahoměrů je jejich použitelnost na jakémkoliv materiálu. Ať už se jedná o ocel nebo plast, biomateriály, tenké fólie nebo malé vzorky - kam nejde umístit klasický průtahoměr.
Rovněž tak umožňují měřit hodnoty nejen na počátku měření (E-modul, Rp 0,2), ale i při lomu vzorku při standardizovaných tyčích (tažnost A5, A10) nebo vlastních tyčích.
Rozdíl u optických průtahoměrů je v přesnosti - závislost optiky, vzdálenosti, zorného pole. Nejběžnější extenzometr z této skupiny je video-průtahoměr TRViewX od Shimadzu. Software video-průtahoměru je nastavený tak, aby sledoval přechod bílá-černá vytvořený na měřeném vzorku.
Druhou technologii představuje software, který pracuje na principu DIC (digitální korelace obrazu). U této technologie software extenzometru při dostatečném kontrastu povrchu "přichytí" značky na povrchu a ty pak sleduje při tahové zkoušce. Díky tomu může být sledovaných bodů na tahovém vzorku velmi mnoho. Následně software propočítává změny vzdálenosti mezi jednotlivými body / pixely a pro uživatele barevně vykreslí velikost deformace.
Díky stále rychlejším a výkonnějším počítačům je, to co dříve bylo s analogovými kamerami nemyslitelné, možné sestavovat kamery video-extenzometru do párů, takže lze pracovat ve 3D prostoru, sledovat vzorek z různých stran, pod různými úhly nebo používat vysokorychlostní kamery. U takto náročných sestav pak ale i současné počítače nestačí, a proto se výpočet provádí až v tzv. post procesu po ukončení testu.
extensometr ONE
Extenzometr ONE je specifický a zaměřený na použití při tahových a dynamických zkouškách. Proto je velmi rychlý a přesný. Bezkontaktní video-průtahoměry mívají vzorkovací frekvenci cca 30 - 100 Hz, extenzometr ONE pak až 3000 Hz. Vzorkovací frekvence je dána technologií, kdy zpracování obrazu neprobíhá v počítači, ale již na čipu video-průtahoměru.
Do počítače a zkušebního stroje se pak odesílá už pouze hodnota vzdálenosti měřených bodů.
laserový extensometr
Laserový průtahoměr je technický vrchol mezi extenzometry. Existují dva typy průtahoměru podle osvitu vzorku a snímání obrazu. První typ laserového průtahoměru osvěcuje tahový vzorek, na kterém jsou vytvořené značky. Kamera pak následně vyhodnocuje posuv značek. Použití laserových průtahoměrů je velmi omezené nejen kvůli jejich vysoké pořizovací ceně.
Druhý typ laserového průtahoměru je tzv. typ laser speckle. U tohoto typu průtahoměru se jedná o osvit vzorku laserovým světlem. Na tahovém vzorku však nejsou umístěné terče. Software průtahoměru vyhodnocuje obraz získaný kamerou a vypočítává prodloužení z bodů, které "protékají" před kamerou. Použití tohoto typu průtahoměru má smysl pouze tam, kde je to opodstatněné.