引伸计的测量原理及其改进方法

　　1　引　言

　　变形测量是材料物理特性检测中最基本的测量环节之一,引伸计是用于测量试件标距间轴向及径向变形的基本装置。因此,引伸计的精确度、稳定性、通用性及可靠性对于材料物理特性的检测和判断至关重要。试验机行业是引伸计较常见的应用领域,图1所示为电子引伸计在万能试验机棒材拉试验中的应用。该领域所应用的引伸计需要适应各种试验条件及要求,诸如量程变化范围大、标距不统一、非常温下进行试验等。常见的引伸计可分为接触式与非接触式两类,它们各自存在不同的优点和缺点,尚不能完全适应所有的试验要求和使用环境。近年来,随着激光测试技术和图像处理手段的成熟,基于这两方面技术的测试仪器以其独有的优点获得了人们的青睐。

　　针对上述情况,本文总结了已经出现的各类引伸计的特点,分析了其变形测量的原理。在现有技术基础上,提出了两种激光引伸计的设计方案,说明了其工作过程,同时对其优点及存在的问题进行了探讨。

　　2　接触式引伸计的原理及特点

　　接触式引伸计目前应用比较广泛,其技术也相对成熟。接触式引伸计从原理上可分为机械式和电子式两种。

　　2·1　接触式引伸计测量原理

　　对于机械式引伸计,变形量首先由机械结构采集,然后通过各类机械原理对其进行放大,最后直观将变形量显示出来。这类引伸计包括表式和杠杆式等。以表式引伸计为例,它通过千分表顶杆接收变形量,变形通过顶杆传至表内的齿轮系统进行放大,最后由表盘上的指针显示出示数。不同机械式引伸计间的根本区别在于变形放大采用的机械原理不同。机械式引伸计的工作原理如图2所示。

　　电子式引伸计是机械技术与传感器技术的结合。这类引伸计前端同样采用机械结构采集试样变形,后端将变形量传递至各类电气原件组成的传感器,传感器将变形量转化为电信号,处理器对电信号进行滤波、模数转换、放大等处理,最终将变形值显示出来。这类引伸计根据内部所用传感器原理不同可分电阻式、电容式、电感式等。电子引伸计工作原理如图3所示。

　　2·2　特点分析

　　接触式引伸计以其简单的原理结构,相对低廉的价格与成熟的技术得到了广泛的应用。但是,随着现代科技对材料物理特性要求的提高和试验环境的多样化,这类传统引伸计已暴露出许多问题:(1)量程与标距可调性差,一支引伸计只能适用于较小范围甚至某一特定标距,量程相对固定;(2)试样断裂时需要摘除,无法直接测量断后伸长率等;(3)引伸计与被测物连接不牢固,存在滑脱现象;(4)难以适应特殊试验环境,如测量环境箱内试样变形等。