在歷史的長(zhǎng)河中,試驗(yàn)儀器是和科技文明相伴發(fā)展的,和科技文明一樣是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程逐漸精確化的。引伸計(jì)用來(lái)測(cè)試材料的機(jī)械性能,在世界范圍內(nèi)已經(jīng)有百年左右的歷史了。引伸計(jì)在中國(guó)的使用也將近有六十年的歷史了。20世紀(jì)40年代以前,世界上使用的引伸計(jì)都是機(jī)械式引伸計(jì),其中使用得比較普遍的有杠桿式引伸計(jì)、鏡式引伸計(jì)、蝶式引伸計(jì)和球鉸式引伸計(jì)。
(一)杠桿式引伸計(jì)
在一般情況下,由于試樣和試驗(yàn)機(jī)上、下夾頭間存在著同軸度誤差(即偏心誤差),左、右兩只引伸計(jì)的讀數(shù)一般是不同的,將兩只引伸計(jì)的讀數(shù)加起來(lái)再除以2,即得到了引伸計(jì)的平均讀數(shù),這個(gè)平均讀數(shù)就是扣除了偏心拉伸的彎曲影響后試樣標(biāo)距段的純拉伸伸長(zhǎng)量。它是用雙杠桿將試樣標(biāo)距段的伸長(zhǎng)量(兩個(gè)刀刃之間的相對(duì)位移放大至讀數(shù)尺上的長(zhǎng)度)。
(二)鏡式引伸計(jì)
鏡式引伸計(jì)(亦稱光學(xué)機(jī)械式引伸計(jì)或馬騰引伸計(jì)),這種引伸計(jì)在試樣伸長(zhǎng)時(shí)其菱形活動(dòng)刀刃會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),固定在菱形活動(dòng)刀刃上的小鏡發(fā)生同樣的轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)光杠桿的放大原理,在望遠(yuǎn)鏡中就可以觀察到試樣的伸長(zhǎng)量。鏡式引伸計(jì)也必需安裝兩套測(cè)量系統(tǒng),讀取兩個(gè)讀數(shù),然后再計(jì)算其平均值以得到試樣標(biāo)距段的純拉伸伸長(zhǎng)量。鏡式引伸計(jì)的放大倍數(shù)一般是K=500倍。其缺點(diǎn)是輪廓尺寸和質(zhì)量都很大,因此安裝和調(diào)整時(shí)都較為困難。
(三)蝶式引伸計(jì)
蝶式引伸計(jì)(又稱包雅興諾夫引伸計(jì)),它用4個(gè)刀刃分別通過(guò)彈簧夾具安裝在試樣上。這個(gè)引伸計(jì)的4塊薄片彈簧組成2個(gè)彈性鉸代替圓柱機(jī)械鉸。當(dāng)試樣拉伸時(shí),2個(gè)鋁質(zhì)零件相對(duì)于薄片彈簧交線轉(zhuǎn)動(dòng),從最上面讀數(shù)儀器上的千分表便可讀出試樣兩條表面線的伸長(zhǎng)量。取兩個(gè)千分表讀數(shù)的平均值,就可以得到扣除了偏心拉伸的彎曲影響之后試樣的軸線標(biāo)距段的伸長(zhǎng)量,即得到標(biāo)距部分的純拉伸伸長(zhǎng)量。蝶式引伸計(jì)的放大倍數(shù)K=1000倍。
(四)球鉸式引伸計(jì)
這是由胡國(guó)華設(shè)計(jì)的一種機(jī)械式引伸計(jì),曾于1984年獲得國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng),在我國(guó)得到廣泛使用。球鉸式引伸計(jì)通過(guò)4個(gè)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(gè)頂尖螺釘)。當(dāng)試樣標(biāo)距l伸長(zhǎng)Δl時(shí),上標(biāo)距叉可看成不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),而下標(biāo)距叉以球鉸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)一微小角度,千分表上就可反映出試樣的伸長(zhǎng)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(zhǎng)量為Δl時(shí)千分表的讀數(shù)是2Δl。
球鉸式引伸計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是它具有一個(gè)自動(dòng)取平均值的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),只用一套讀數(shù)裝置就能得到消除偏心拉伸彎曲影響后試樣的純拉伸伸長(zhǎng)量。球鉸式引伸計(jì)只用一個(gè)千分表而儀器的放大倍數(shù)為K=2000倍,相比蝶式引伸計(jì)需用同樣的千分表2個(gè),但其放大倍數(shù)只能達(dá)到1000倍。
綜上所述,拉伸試驗(yàn)中由于不可避免地會(huì)出現(xiàn)偏心拉伸的情況,測(cè)量拉伸試樣變形量時(shí)必須在試樣對(duì)稱兩側(cè)各安裝一個(gè)引伸計(jì),用這兩個(gè)引伸計(jì)讀數(shù)的平均值作為試樣的純拉伸伸長(zhǎng)量(自動(dòng)取雙側(cè)平均值的引伸計(jì)只裝一個(gè))。幾十年來(lái)曾先后有多人研究過(guò)單側(cè)測(cè)量的機(jī)械式引伸計(jì),但都以失敗告終。引伸計(jì)的發(fā)展歷程和人類的悠久文明史一樣,既是燦爛的又是艱辛的。