專利名稱:用于測量試樣長度變化的接觸式位移傳感器及其使用方法
用于測量試樣長度變化的接觸式位移傳感器及其使用方法本發明涉及一種在機械地測量試樣的由于伸長而發生的長度變化時所使用的接 觸式位移傳感器(Ansatzwegaufnehmer)。本發明還涉及利用這種接觸式位移傳感器來測量 試樣的長度變化的方法、利用這種接觸式位移傳感器來測量試樣的長度變化的系統以及這 種接觸式位移傳感器的用途。在機械的長度變化測量方法中,其中接觸式位移傳感器與試樣接觸,接觸式位移 傳感器無間隙地且非常易于移動地被支撐,以便在有待測量的長度變化的方向上確保非常 嚴格的且無間隙的位移傳遞。接觸式位移傳感器壓緊到試樣上的壓緊力應盡可能地小,以 便在很大程度上不影響對刻痕敏感(kerbempfindlich)的試樣的延展特性和斷裂特性。因此,接觸式位移傳感器的支撐機構及其測量傳感器系統對過載非常敏感,例如 在試樣伸長拉斷,試樣殘余不可控地反沖,并沖擊到接觸式位移傳感器時,就會出現所述過 載。這特別是在檢查彈性很大且富有能量的材料如彈性體時會造成局部受損嚴重,無論接 觸式位移傳感器還是整個測量系統都會受損。由DE 7804241 Ul已知一種用于測量受到拉應力或壓應力的試樣的長度變化的 長度變化傳感器。這種傳感器具有兩對可調節地支撐的測量觸頭,測量觸頭以觸頭前端上 的測量刀(Mafischneiden)可直接與試樣接觸,并傳遞兩個測量觸頭對之間所發生的距離變 化,用于產生相應的測量信號。測量刀位于刀件上,測量刀件可擺動地支撐在測量觸頭的前 端上,其中刀件的擺動軸線基本上垂直于有待測量的距離變化的方向。在刀件的測量位置, 刀件的測量刀在每個測量觸頭對上彼此相向,利用取決于力的固定裝置來限定所述測量位 置,在預先給定作用于刀件上的擺動力矩的大小的情況下,所述固定裝置允許刀件圍繞其 擺動軸線擺動。如此設計的長度變化傳感器的缺點是,測量刀頂靠其固定裝置擺動,于是將所產 生的力傳遞到測量觸頭上,因而會損傷測量觸頭。在刀件無法再擺動回去,進而必須手動地 維修和調整設備時,也會產生損傷。這在自動分析的實驗室中會造成產能下降,特別是如果 在整夜進行測試時設備停機,且不能檢查試樣,直到明天早上。此外已知一種測量觸頭,其具有很小的帶滾花的黃銅小滾輪,滾輪帶有一體的棘 輪機構,由于其構造設計,有很大的力傳遞到測量觸頭上。而且棘輪機構很繁瑣,且由于在 圓周上分布有嚙合點和死點而沒有連續的傳遞特性。公知的光學位移傳感器盡管能避免機 械損傷的危險,但缺點是,不能可靠地形成超過1000%的延展范圍,因為所需要的試樣標記 是個問題。因此希望能有這樣一種接觸式位移傳感器,其中在試樣伸長拉斷并反沖時,對這 種接觸式位移傳感器或測量傳感器系統造成的損傷比較小,或者甚至不會造成損傷。還希 望能有這樣一種用于測量試樣的長度變化的方法,其中能自動地測量富有能量的彈性體試 樣,而受到的干擾很小。因此,根據本發明提出一種在機械地測量試樣的由于伸長而發生的長度變化時所 使用的接觸式位移傳感器,其包括與旋轉對稱的主體連接的接觸指,其中主體可轉動地被 支撐,主體的轉動軸線也是主體的幾何旋轉軸線,主體具有圍繞其旋轉軸線形成的圓周面,試樣可以與該圓周面接觸。按照本發明設計的、可調節地支撐的接觸式位移傳感器包括與旋轉對稱的主體連 接的接觸指。旋轉對稱的主體優選通過其橫截型面圍繞其幾何旋轉軸線完整地旋轉而形 成。主體圍繞其幾何旋轉軸線可轉動地支撐,由此在每次重復測量過程之前避免為校正和 /或維修接觸式位移傳感器而付出代價,因為在試樣拉斷的情況下,主體的旋轉不會影響到 接觸式位移傳感器的定位。另外,利用旋轉對稱的主體,例如滾筒形或輥形的主體,在試樣未夾緊妥當的情況 下能減小滑脫的可能性,進而減小測量誤差。為了避免接觸式位移傳感器滑脫,與試樣接觸 的主體表面以適當的方式來設計,或者由合適的材料構成。用于主體表面或者用于主體整體的合適的材料例如可以選自包括特種鋼、鋁和/ 或聚四氟乙烯(PTFE)的組。主體直徑優選彡10 rnnT彡50 mm,特別優選彡15 mnT彡40 mm,更特別優選彡20 mm"彡30mm。主體的結構旋轉對稱,由此使得接觸式位移傳感器與試樣之間的距離在測量的任 何時刻都保持相同,即使主體在試樣拉斷之后轉動。本發明的積極效果特別是通過接觸式 位移傳感器相距試樣的大小恒定且保持相同的距離來實現。由此避免試樣與接觸式位移傳感器或測量傳感器系統之間的直接接觸。由于主體的形狀旋轉對稱,還實現了在試樣拉斷時該試樣不會累及(Verhaken)S 體,因而有害的能量不會由反沖的試樣傳遞到接觸式位移傳感器或測量傳感器系統上。反沖的試樣克服了主體的靜摩擦,且主體平穩地旋轉。由此將朝向接觸式位移傳 感器的大部分能量轉換為旋轉能量,因而接觸式位移傳感器和測量傳感器系統得到保護免 于受損。由于幾何結構,無需將主體復位或校正至其測量位置,因為面向試樣的橫截型面保 持不變,故主體轉動軸線與試樣之間的距離保持不變。接觸式位移傳感器經過有利的安裝, 使得主體轉動軸線垂直于試樣的伸長方向。主體轉動軸線例如可以與接觸指的中軸線疊合、平行于接觸指的中軸線,但也可 以與接觸指的中軸線夾成一角度。通過對接觸式位移傳感器的特殊設計,該接觸式位移傳感器也適合于檢查其長度 變化很大的試樣,例如長度變化為1000 %或者更大,和/或適合于檢查在延展時蓄存大量 能量的試樣。接觸式位移傳感器還特別適合于在自動的試樣檢查中使用,因為按照本發明 設計的接觸式位移傳感器不必在每次測量過程之前都重新校正。對接觸式位移傳感器或測 量傳感器系統造成損傷的風險減小,致使測量設備的壽命延長,由此進一步支持了自動工 作。根據接觸式位移傳感器的一種實施方式,主體結構呈輥形,其圓周面凸出地拱起。 其含義是,與試樣接觸的主體圓周面呈球狀,或者凸出地向外拱起。通過這種球形設計或凸 出設計,在主體與試樣之間不存在直線接觸,而是近乎點狀的接觸。這提高了測量結果的精 確性,特別是在長度變化較大時。而且主體圓周面于是沒有棱角,從而避免了試樣上的刻痕 影響(Kerlwirkung),進而避免了測量結果錯誤。根據接觸式位移傳感器的另一種實施方式,主體與接觸指通過支撐機構連接。通 過這種支撐機構,主體不僅可擺動地,而且可轉動地被支撐,從而主體能圍繞其幾何旋轉軸 線旋轉,故拉斷反沖的試樣不會累及主體。優選無間隙地支撐主體,以便由此確保精確的測量結果。在支撐時,例如可以使用由合適的材料構成的球軸承或滾針軸承。還可以使用沒 有滾動體的由合適的能滑動的材料例如PTFE構成的支撐機構,其形式例如為套管,或者是 主體本身的一體的組成部分。但支撐機構的優選形式為球軸承。根據接觸式位移傳感器的另一種實施方式,主體的旋轉阻力可通過摩擦耦聯器 (Reibkupplung)來調節。通過可調節的旋轉摩擦,確保由于試樣的長度變化在連續運動時 帶動(Mitnehmen)接觸式位移傳感器。在試樣突然運動時,例如在拉斷時,克服了滾筒的靜 摩擦,且主體平穩地旋轉。由此將朝向主體和接觸式位移傳感器的大部分能量轉換為旋轉 能量,因而接觸式位移傳感器以及測量系統得到保護免于受損。這里優選的是,摩擦耦聯器的設計形式為可調節的彈簧-滑環系統。這意味著,主 體的旋轉阻力可以調節,其中利用在主體側設置在接觸指的中軸線上的調節螺釘,手動地 將壓緊彈簧預壓緊,壓緊彈簧又將壓緊環壓靠到主體上,進而產生旋轉阻力。主體可均勻地 在兩個旋轉方向上轉動。無需繁瑣的耦聯器部件,例如棘輪。根據接觸式位移傳感器的另一種實施方式,主體的轉動軸線與接觸指的中軸線間 隔開。這樣就能特別是對于彈性很大且能明顯伸長的材料來說使得接觸指與試樣間隔開較 遠距離地布置,從而進一步減小了接觸指以及測量系統受損的危險。本發明的主題還是一種用于測量試樣的由于在伸長方向伸長而發生的長度變化 的方法,其中根據本發明的至少一個接觸式位移傳感器以旋轉對稱的主體的圓周面與試樣 接觸,其中接觸式位移傳感器經過安裝,使得主體的轉動軸線垂直于試樣的伸長方向。本發明的方法因此涉及對試樣長度變化的測量,其中利用位于試樣上的在試樣延 展時隨動的接觸式傳感器來測量長度變化。接觸式傳感器的隨動產生測量值,根據這些測 量值算得延展位移。在延展終點試樣被拉斷時,試樣的伸長方向同時也是試樣的兩個剩余部分反沖的 方向。主體轉動軸線垂直于伸長方向,這樣就能在到達接觸式傳感器的主體時將試樣殘余 的直線運動轉換為主體的旋轉。由此避免損傷,如上所述。在該方法的一種實施方式中,根據本發明的至少一對相互對置的接觸式位移傳感 器以其相應的旋轉對稱主體圓周面與試樣接觸。接觸式位移傳感器還經過安裝,使得主體 的相應的轉動軸線垂直于試樣的伸長方向。在一對成對設置的接觸式位移傳感器中,這些 接觸式位移傳感器位于試樣的相對側。本發明的主題還是一種用于測量試樣的由于伸長而發生的長度變化的系統,該系 統包括根據本發明的接觸式位移傳感器。這種系統例如可以是用于測量試樣的長度變化的 市場上常見的機組,其中用根據本發明的接觸式位移傳感器來代替通常的例如構造成測量 刀的接觸式位移傳感器。在這種系統中,接觸式位移傳感器經過有利的安裝,使得主體的相 應的轉動軸線垂直于試樣的伸長方向。在該系統的一種實施方式中,根據本發明的至少一對相互對置的接觸式位移傳感 器被設計用于以其相應的旋轉對稱主體圓周面與試樣接觸。接觸式位移傳感器還經過安 裝,使得主體的相應的轉動軸線垂直于試樣的伸長方向。在一對成對設置的接觸式位移傳 感器中,這些接觸式位移傳感器位于試樣的相對側。本發明的主題還是根據本發明的接觸式位移傳感器用于測量試樣的由于伸長而 發生的長度變化的用途。
下面對照附圖借助優選的實施例詳細地介紹本發明。圖中示出
圖1為本發明的接觸式位移傳感器的示意圖2為用于測量試樣的長度變化的接觸式位移傳感器的設置情況的立體示意圖。圖1為本發明的接觸式位移傳感器的示意圖。接觸式位移傳感器10具有接觸指 (Ansatzf inger)12,在該接觸指的面向試樣的端部上設置有主體14,該主體的圓周面對可 以與試樣16接觸。主體10的幾何旋轉軸線20與其位于接觸指12的中軸線34上的轉動 軸線18 —致。主體14被球軸承沈支撐,從而該主體能圍繞其轉動軸線18旋轉。主體14的旋 轉阻力可利用彈簧-滑環系統來調節。通過調節螺釘觀使得壓緊彈簧30預壓緊,該壓緊 彈簧將彈性力施加到壓緊環32上,并壓靠到主體14上。圖2為用于測量試樣的長度變化的接觸式位移傳感器的設置情況的立體示意圖, 其例如在本發明的方法中使用。所示的接觸式位移傳感器10分別成對地在試樣16的兩側 設置在試樣16上的兩個測量位置上。接觸式位移傳感器10的輥形的主體14分別以其球 形的圓周面M與試樣16接觸。由于圓周面M呈球形,所以這里會產生近乎點狀的接觸。主體14的轉動軸線同時是接觸指12的中軸線和主體14的旋轉軸線,由此形成圓 周面M。根據本發明,主體14的轉動軸線與伸長方向22垂直。使得通過旋轉形成的圓周 面M與試樣接觸,由此確定接觸式位移傳感器10的空間位置。在試樣16沿著伸長方向22伸長時會產生長度變化,接觸式位移傳感器10跟隨這 種長度變化,進而可以機械地檢測長度變化。試樣16伸長,直至被拉斷。在拉斷之后,試樣 16的兩個部分經過接觸式位移傳感器10的主體14反沖至其初始長度。
權利要求
1.一種在機械地測量試樣(16)的由于伸長而發生的長度變化時所使用的接觸式位移 傳感器,包括與旋轉對稱的主體(14)連接的接觸指(12),其特征在于主體(14)可轉動地 被支撐;主體(14)的轉動軸線(18)也是主體(14)的幾何旋轉軸線(20);主體(14)具有圍 繞其旋轉軸線(20)形成的圓周面(24),試樣(16)可以與該圓周面接觸。
2.如權利要求1所述的接觸式位移傳感器,其中主體(14)的結構呈輥形,該主體的圓 周面(24)凸出地拱起。
3.如權利要求1所述的接觸式位移傳感器,其中主體(14)與接觸指(12)通過支撐機 構連接。
4.如權利要求3所述的接觸式位移傳感器,其中支撐機構的設計形式為球軸承(26)。
5.如權利要求1所述的接觸式位移傳感器,其中主體(14)的旋轉阻力可通過摩擦耦 聯器來調節。
6.如權利要求5所述的接觸式位移傳感器,其中摩擦耦聯器的設計形式為可調節的 彈簧-滑環系統。
7.如權利要求1所述的接觸式位移傳感器,其中主體(14)的轉動軸線(18)與接觸指 (12)的中軸線(34)間隔開。
8.一種用于測量試樣(16)的由于在伸長方向(22)伸長而發生的長度變化的方法,其 特征在于使得根據權利要求1的至少一個接觸式位移傳感器(10)以旋轉對稱的主體(14) 的圓周面(24)與試樣(16)接觸;其中接觸式位移傳感器(10)經過安裝,使得主體(14)的 轉動軸線(18)垂直于試樣(16)的伸長方向(22)。
9.如權利要求8所述的方法,其中使得根據權利要求1的至少一對相互對置的接觸式 位移傳感器以其旋轉對稱主體(14)的相應的圓周面(24)與試樣(16)接觸,其中接觸式位 移傳感器(10)經過安裝,使得主體(14)的相應的轉動軸線(18)垂直于試樣(16)的伸長方 向(22)。
10.一種用于測量試樣(16)的由于伸長而發生的長度變化的系統,該系統包括根據權 利要求1的接觸式位移傳感器(10)。
11.如權利要求10所述的系統,其中根據權利要求1的至少一對相互對置的接觸式 位移傳感器被設計用于以其旋轉對稱的主體(14)的相應的圓周面(24)與試樣(16)接觸, 其中接觸式位移傳感器(10)經過安裝,使得主體(14)的相應的轉動軸線(18)垂直于試樣 (16)的伸長方向(22)。
12.根據權利要求1的接觸式位移傳感器(10)用于測量試樣(16)的由于伸長而發生 的長度變化的用途。
全文摘要
本發明涉及一種在機械地測量試樣的由于伸長而發生的長度變化時所使用的接觸式位移傳感器。本發明還涉及利用這種接觸式位移傳感器來測量試樣的長度變化的方法、利用這種接觸式位移傳感器來測量試樣的長度變化的系統以及這種接觸式位移傳感器的用于測量試樣長度變化的用途。該接觸式位移傳感器包括與試樣接觸的主體。根據本發明,主體可轉動地被支撐并經過設置,從而在試樣拉斷時該試樣使得主體旋轉。試樣在拉斷時使得主體旋轉,由此僅有少量能量傳遞到接觸式位移傳感器上,該接觸式位移傳感器因而不會過載或受損。
文檔編號G01B5/30GK102066870SQ200980122867
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月16日 優先權日2008年6月17日
發明者J·庫恩克, N·達萊姆 申請人:拜爾材料科學股份公司