引伸計是用來測量構(gòu)件及其他物體兩點之間線變形的一種儀器，通常由傳感器、放大器和記錄器 3 部分組成。
傳感器直接和被測構(gòu)件接觸，構(gòu)件上被測兩點之間的距離 l 為標(biāo)距，標(biāo)距的變化 Δl（伸長或縮短）為線變形。構(gòu)件變形，傳感器隨著變形，并把這種變形轉(zhuǎn)換為機(jī)械、光、電、聲等信息，放大器將傳感器輸出的微小信號放大，記錄器（或讀數(shù)器）將放大后的信號直接顯示或自動記錄下來。
引伸計的種類很多，依據(jù)測量內(nèi)容和工作原理的不同，可以劃分成各種各樣的引伸計。依據(jù)測量原理的不同，引伸計大致可分為機(jī)械式引伸計、電子引伸計、視頻引伸計、激光引伸計、全自動引伸計等。
1. 機(jī)械式引伸計
機(jī)械式引伸計主要以球鉸式引伸計為主，被廣泛地使用。球鉸式引伸計是胡國華于 1977 年設(shè)計發(fā)明的，由于其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，至今仍然被廣泛應(yīng)用于拉伸性能試驗中。
球鉸式引伸計通過 4 個頂尖螺釘安裝在試樣上，上標(biāo)距叉和下標(biāo)距叉處都是前、后各一個頂尖螺釘，如圖 1 所示。
圖 1 球鉸式引伸計的工作原理示意圖
當(dāng)試樣標(biāo)距 l 伸長 Δl 時，上標(biāo)距叉可看成不發(fā)生轉(zhuǎn)動，而下標(biāo)距叉以球鉸為中心轉(zhuǎn)動一微小角度，在千分表上就可反映出試樣的伸長量。由于千分表軸線至球鉸心的距離是試樣軸線至球鉸心距離的兩倍，所以試樣的伸長量為 Δl 時千分表的讀數(shù)是 2Δl。
2. 電子引伸計
近年來伴隨計算機(jī)時代的快速發(fā)展，出現(xiàn)了另外一種新型引伸計———電子引伸計。電子引伸計包括：電阻式引伸計、電容式引伸計、電感式引伸計等。
電子引伸計將應(yīng)變信號采集到計算機(jī)里，使其同材料應(yīng)力同步顯示，相比機(jī)械引伸計，其降低了人為讀數(shù)誤差，提高了測量準(zhǔn)確度。由于電子引伸計具有價格實惠、便于安裝等優(yōu)勢，且易與電子萬能試驗機(jī)、電子傳感器等配合聯(lián)機(jī)使用，電子引伸計被國內(nèi)外的相關(guān)行業(yè)廣泛地使用。
2.1 電阻式引伸計
電阻式引伸計是一種電阻應(yīng)變式傳感器，應(yīng)用最為廣泛。電阻應(yīng)變式引伸計的測量原理主要是依據(jù)黏貼在引伸計彈性元件上的應(yīng)變片電阻產(chǎn)生變化，通過變換電路轉(zhuǎn)化成電壓信號，經(jīng)過計算機(jī)采集與應(yīng)力同步顯示來測量應(yīng)變，電阻應(yīng)變式引伸計安裝示意圖如圖 2 所示。
圖 2 電阻應(yīng)變式引伸計安裝圖
2.2 電容式引伸計
電容式引伸計是將物體長度的變化轉(zhuǎn)換為電容的變化，再將測得的電容變化量換算成物體的應(yīng)變。由于其在高頻時基本上沒有滯后現(xiàn)象，故可用于動態(tài)載荷的測試，如沖擊力的測試等，電容式引伸計如圖 3 所示。
圖 3 電容式引伸計示意圖
2.3 電感式引伸計
電感式引伸計的原理主要是構(gòu)件變形使鐵心運動，使得線圈電感發(fā)生變化，因此在輸出線圈中產(chǎn)生了電壓，放大并測出這個電壓，即可換算出構(gòu)件的位移及運動的規(guī)律。
電感式引伸計如圖 4 所示，其不如電阻式引伸計輕便，但由于其在長時間測試時具有較好的穩(wěn)定性，故適用于常設(shè)的測量裝置。電阻應(yīng)變式引伸計，是目前應(yīng)用最多的引伸計。常見的電阻應(yīng)變式引伸計有單側(cè)電子引伸計、平均值引伸計、雙側(cè)電子引伸計等。
圖 4 電感式引伸計示意圖
2.4 測量誤差
電子引伸計的測量誤差對拉伸試驗結(jié)果會有影響，不同的影響因素，產(chǎn)生不同的應(yīng)變測量誤差，測量結(jié)果直接影響到規(guī)定非（總）比例延伸強(qiáng)度的測試準(zhǔn)確度。
3. 視頻引伸計
視頻引伸計是利用亞像素法原理測量試樣變形的，核心是圖像傳感器（Charge-coupled Device，CCD) 感光元件，將光強(qiáng)度按一定比例轉(zhuǎn)換成電信號輸出。因此，可以用非接觸方式同時測量縱向和橫向兩個方向的變形量，其測量范圍由鏡頭焦距決定，配備不同焦距的鏡頭，可獲得各種測量范圍的量程。
3.1 測量原理
視頻引伸計測量系統(tǒng)主要由光源部分、CCD 攝像頭、圖像采集器、圖像處理、計算機(jī)和檢測軟件等組成。測試試樣在無影光源照射下，首先經(jīng)過 CCD 感光攝像，由圖像采集器提取試樣宏觀變形，再經(jīng)圖像處理對比和計算變形量，輸出應(yīng)變信號給計算機(jī)，此時從力傳感器上同步傳輸應(yīng)力信號給計算機(jī)，由計算機(jī)將應(yīng)變信號和應(yīng)力信號合成輸出應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線。
視頻引伸計的測量原理如圖 5 所示。
圖 5 視頻引伸計測量原理示意圖
CCD 成像技術(shù)檢測拉伸變形量時，刻畫在拉伸材料上的標(biāo)志線的位移測量精度直接影響到拉伸變形量的計算，利用 CCD 接收標(biāo)志線圖像時，由于 CCD 光敏元的感光程度有所差異以及標(biāo)志線本身的離散性，導(dǎo)致 CCD 在標(biāo)志線信號的基礎(chǔ)上產(chǎn)生抖動性起伏，出現(xiàn)毛刺或異常點，產(chǎn)生隨機(jī)噪聲，從而影響插值的效果。同時，通過小波變換對輸出信號進(jìn)行去噪處理，起到了濾除高頻噪聲、平滑輸出曲線的效果。同時，采用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，使位移精度達(dá)到了 CCD 光敏元尺寸的 1 /10。
3.2 發(fā)展情況
德國 Zwick、美國 Instron、日本 Shimadzu 和英國 Imetrum 公司先后開發(fā)了系列視頻引伸計產(chǎn)品，在技術(shù)上都達(dá)到了比較高的水平。其中，德國 Zwick 公司和美國 Instron 公司走在了最前列，在中國市場的占有率比較高，而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，操作簡便，功能齊全，外觀質(zhì)量高。而國內(nèi)視頻引伸計生產(chǎn)廠家尚處于起步階段，技術(shù)指標(biāo)少，科技含量較低。近幾年，隨著高新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，國內(nèi)對材料應(yīng)變檢測的要求也越來越高。目前，市場上的視頻引伸計均采用 CCD 作為光電傳感器，對材料拉伸變形量進(jìn)行非接觸測量，并且采用大量的圖像處理算法對采集得到的圖像進(jìn)行處理，以得到滿意的力 - 變形曲線。
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2020-10-14 瀏覽：
