Оптический эстензометр

Я 80248

Класс 42k, 21щ

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р. И. Гарбер

ОПТИЧЕСКИЙ ЭКСТЕНЗОМЕТР

Заявлено 2 октября 1948 года в Комитет но изобретениям и открытиям яри Совете Министров СССР за № 385620

Опубликовано 31 января 1950 года

Предметом изобретения является оптический экстензометр.

Известны оптические экстензомет ры для измерения различного рода деформаций (в частности, удлинений) в процессе механических испытаний материалов с применением микроскопа, снабженного источником искусственного света и системой отражающей и преломляющей оптики.

Основными недостатками этих приборов следует считать непостоянство подвижных механических контактов и колебания температуры.

В предлагаемом экстензометре эти недостатки усгранены тем, что в нем применен способ интерференционного измерения отраженного света с использованием в качестве линейного масштаба длины светоВОй БОа1НЫ.

На чертеже показана схема оптического экстензометра.

Схема составлена для случая, когда производится испытание на р астяже н ис.

Свет от источника 1 освещает диа фрагму 2. Изображение диафрагмы 2 проектируется при помощи полупрозрачвогг> зеркала 8 через с:.ъскзпв 4, Общее расстояние от объектива до диафрагмы по лучу равно главному фокусному расстоянию объектива. Поэтому из объектива исходит почти параллельный пучок света, который направляется на призму 5. В призме пучок поворачивается вниз, выходит из нижней грани призмы 5 и частично проходит в призму 6. Свет, отр ажеиный от нижней грани призмы 5 и верхней грани призмы 6, интерферирует. Интерференционная картина проектируется через призму 5 обратно в микроскоп 7.

При применении величины зазора между призмами 5 и 6 íà /а длины волны применяемого света, интерференционная картина смещается в определенную сторону на целую полосу.

Применяя чистые стеклянные или

KBBpllåBhfå призмы, можно надежно регистрировать смещения на . полосы, что дает для желтого света величину в 0,06 микрона.

Если покрыть верхнюю грань призмы 6 и нижнюю грань призмы 5 тонким зеркальным слоем металла с коэфициснтом отражения сколо 0,8, то значительно увеличится резкость и контрастность полос.

В этом случае можно надежно отсчитывать смещения на / „полосы.

2 1 № 80248 что составляет для желтого света около 0,01 микрона. При длине образца в 200 мм чувствительность составит 5.10 — мм.

Небольшие перекосы не мешак1т выполнять измерения, ибо они производятся в долях полосы. Перекосы можно обнаружить по внешнему виду интерференционной картины и в случае необходимости их можно устранить, корректируя центрирующее приспособление зажимов пресса.

Если необходимо увеличить диапазон измерений, то следует применять монохроматический свет и более тщательно коллимировать (параллелизовать) пучок света в зазоре между призмами.

Шины 8 и 9 со струбцинками изготовляются из различных материалов с таким расчетом, чтобы коэфициенты линейного расширения а, и а з были один больше, другой меньше ксэфициента линейного расширения испытуемого материала а,.

Так как призмы 5 и 6 устанавливаются почти вплотную одна над другой, то:

11 12 г 13 (1)

Если с изменением температуры будет соблюдаться условие, при котором

limni = 1, +1р„(2) .то влияние температурных колебаний будет исключено.

Из уравнений (1) и (2) следует, что: ат аз

{3)

Таким образом, чтобы максималь:но исключить влияние температур ных колебаний на результат измерения, надо перед опытом выяснить затем, зная а и 23 определить 4 и 13 по уравнениям (3) и установить соответствующим образом каретки 10 и 11.

Компенсация линейного расширения необходима вследствие чувствительности применяющегося метода.

272

Приведем численный пример.

Пусть l — — 30 см; а, = 12.10-6; а = 10.10 "> а з = 14.10

Если изготовить обе шины из одного материала (пусть коэфициент линейного расширения этого материала будет а ), то необходимо при заданной точности измерения деформации Л l требовать постоян. ства температуры с точностью до t. При этом:

Ь1

Л1=

1, (а,— а,)

Подставляя в уравнение (4) принятые .выше числа, имеем: t = 1/60 С (Ь l = 0,01 микрона).

Пользуясь описанным выше методом компенсации и допуская ошибку в определении а „а,, а,, равной а, которая возможна вследстьие различной зависимости от температуры а для различных материалов, будем иметь в самом неблагоприятном случае (суммирование погрешностей):

М

Ь|=

2l,à

Если знать значения с точностью до 1% (это нетрудно сделать, использовав этот же экстен зометр в качестве дилатометра), то

= 5 С, что значительно облегчает задачу поддержания постоячства температуры.

В случаях, когда совсем нет возможности поддерживать постоянство температуры, а также и,в тех, когда неизвестно точное значение коэфициентов линейного расширения, можно перед наложением нагрузки опытным путем подобрать

1 и 1з так, чтобы достаточно хорошо компенсировать температурные погрешности.

Для этого только необходимо, чтобы: а,)a,) Или а,)u,)а„. {6)

В этом случае, руководствуясь уравнениями (3), можно очень быстро подобрать 1 и 1, и убедиться непосредственным наблюдением, что температурные колебания не вызывают заметных изменений интерференционной картины. После № 80248 этого можно, пе меняя температурного режима, приступить к механическим испытаниям.

Следует предусмотреть необходимые мсрь1 лля того, чтооы температура образца черезмерно не изменялась в процессе деформации. В противном случае измерения можно .производить лишь после того, как

1аступит достаточное выравнивание температуры между образцом и шинами.

Конструкция экстензометра пригодна для различных механических и дилатометрических испытаний, при которых абсолютное изменение длины весьма мало, начиная с 0,01 микрона. B конструкции предусмотрена возможность компенсации колеоаний температуры, Особо пригоден этот экстензометр для исследования ползучссти материалов, Предмет изобретения

1. Оптический экстензометр, о тл и ч а1ощи йся тем, что, с целью измерения деформации об118 Своп. ВыпусК 1, Ппоть 11, 194 г, разца по способу интерференции световых лучей в процессе механических испытаний материалов, он выполнен в виде снабженного источником искусственного света, диафрагмой, наклонным зеркалом и объективом микроскопа, воспринимающего направленный им на грани закрепленных на испытуемом образце призм пучок световых лучей, смещение интерференционных полос которых в процессе испытаний определяет деформацию испытуемого образца.

2. В экстензометре по п. 1 применение шин со струбцинками и подвижными каретками для крепления призм, отражающих световой пучок.

3. В экстензометре по п. п. 1 и

2 применение верхней и нижней шин из материалов с различными коэфициентами линейного расширения, отличными от коэфициента линейного расширения испытуемого образца, с целью компенсации температурных колебаний.