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引伸计

/extensometer/
条目作者王学峰

王学峰

最后更新 2023-06-21
浏览 177
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用于测量试样纵向或横向变形的检测仪器。

英文名称
extensometer
所属学科
仪器科学与技术

引伸计通常由传感器、放大器和记录器三部分组成。传感器直接和被测构件接触。构件上被测的两点之间的距离l为标距,标距的变化Δl(伸长或缩短)为线变形。当构件变形时,传感器随之变形,并把这种变形转换为机械、光、电、声等形式的信息,放大器将传感器输出的微小信号放大,记录器(或读数器)将放大后的信号直接显示或自动保存下来。

可分成接触式和非接触式两大类。接触式一般都具有测量用刀刃,测量变形时,刀刃与试样表面充分接触。非接触式不具备测量刀刃,一般是通过光学原理实现变形测量。如图1所示。

图1 引伸计分类图1 引伸计分类

基于机械原理设计的,通过机械零部件实现变形测量,引伸计的早期型号多为这种机械式的。包括表式引伸计和杠杆式引伸计。表式引伸计的原理是被测物体的标距范围内的变形,可通过千分表顶杆传至表内的齿轮放大系统进行放大,然后由表盘上的指针读出(图2),其灵敏度取决于千分表的灵敏度。杠杆式引伸计利用复合杠杆放大,放大倍数约为1000。它的标距可以选取。这种引伸计可以固定在构件上以测量构件变形。有较高的灵敏度和适应性(图3)。

图2 千分表原理图图2 千分表原理图

图3 杠杆式引伸计示意图图3 杠杆式引伸计示意图

是基于电子、电路原理设计开发的。包括电阻应变式、电容式和电感式引伸计。电阻应变式引伸计由于工作可靠、精度高、线性好等特点,应用最为广泛。电阻应变式引伸计的基本原理是基于电阻电桥的测量方式,将若干个电阻应变片与引伸计的传感元件粘贴在一起,再将这些应变片组成电桥。当传感元件在感受外部变形时,电阻应变片随之一起变形,导致应变片内部电阻值也发生变化,电桥产生一个电压输出,这样,被测的变形值与电桥输出值对应,实现了测量。电容式引伸计将物体长度的变化转换为电容的变化,再将测得的电容变化量换算成物体的应变值。由于它在高频信号测量时基本上没有滞后现象,可用于动态载荷的测试,如交变变形和冲击变形的测定等(图4)。

图4 电容式引伸计示意图图4 电容式引伸计示意图

电感式引伸计的原理是由于构件变形使铁心运动,致使线圈电感发生变化,因此在输出线圈中产生了电压。放大并测出这个电压,即可换算出构件的位移及运动的规律。它不如电阻应变式引伸计轻便,但由于在长时间测定时稳定性能较好,适用于长时的测量装置(图5)。

图5 电感式引伸计示意图图5 电感式引伸计示意图

是借助于光学原理实现变形测量的。具有代表性的是马丁仪。马丁仪是根据光学杠杆原理将变形放大,当构件变形时,可动接触点发生移动,使安装在可动棱口的反射镜转动。此时,可从仪器中的望远镜读取标尺上的数据。其放大倍数为:



(1)

一般情况下变形很小,使也很小,故可将放大倍数写成:



(2)

改变反射镜到标尺的距离,可以改变放大倍数。改装仪器的支架后,也可用它测量构件表面的转角。当变形较大时,变形和支承的旋转角不成正比是此仪器的缺点。 

是一种可以实现试样装夹、变形测量、位移跟随和试样卸载功能的引伸计。典型的全自动引伸计是在计算机控制下,可以实现标距的设定和自动调节,夹持机构的自动张开和夹紧,变形量的自动采集和处理等功能。具有精度高、测量范围大等特点,广泛应用于非金属、塑料、织物、橡胶等具有大变形和非线性变形材料的测量中,并且可以方便地与电子万能试验机联机工作。

主要包括高温引伸计、大变形引伸计、裂纹引伸计、圆周引伸计。

基本原理是利用图像视频技术,测定试样上两条标距线之间的位移变化,从而测得试样材料的变形、应变等物理量。使用时,首先在试样上雕刻边界光滑平整的两条平行的标距线,它们之间的距离就是测量的标距,然后将试样置于具有特定颜色和光强度的背景下,在试样加载时,视频引伸计以一定的频率采集两条标距线变化的图像,输入计算机,再利用图像像素分析技术,确定每个时刻的标距线之间的距离。

是一种全新形式的引伸计,结合了激光测量技术和激光光谱分析技术,由一个激光发射器和一个激光接收器组成,发射器向试样表面发射一束激光,由于试样表面在微观上的凹凸不平,产生了散射现象,一部分激光被散射,不能被接收器所接收,还有一部分反射到激光接收器,在接收器上形成斑状的散斑,当试样变形时,这些散斑也相应地改变位置,通过计算机软件对这些散斑进行跟踪和比对,就可以确定任意两个散斑在试样变形前后的位移量,从而实现变形测量。与其他形式的引伸计相比,激光引伸计测试时无须在试样上制作标线,测量精度高,安装使用方便,同时,还可以用于对高温试样的测试。

  • 刘鸿文.材料力学 I .4版.北京:高等教育出版社,2004.

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