應變片式引伸計的正確使用

材料力學性能測試中，關于材料變形的測量，使用的zui多的傳感元件就是應變片式引伸
計。這種引伸計的規格也很多，一般按其標距和測量范圍來區分。例如，北京鋼鐵研究總院
生產的2510 引伸計，其標距是25mm，測量范圍是10%（2.5mm）。
對于不同的試驗對象，不僅應選用不同規格的引伸計，也還有一些相應的使用技巧。
1、材料非比例屈服強度的測量：一般金屬材料這兩個參數的測量都在1%左右變形下完成。
為了提高測量精度，就應選取較小（例如2%）變形測量范圍的引伸計。如果沒有這么小規
格的引伸計也沒有關系，使用5%或10%變形范圍的引伸計只要以其2%的變形范圍作為滿量
程進行準確標定，確定其精度滿足使用要求就可以使用。事實上，一些相關測試軟件就是把
一個引伸計分成大、小幾個變形測量范圍，經標定后當成幾個引伸計來使用的。
2、材料彈性模量的測量：引伸計的選用與測量材料的非比例屈服強度基本相同。只是在標
定和使用時更要仔細。其一，標距必須準確。標定時和使用時的標距誤差將直接對應造成測
量的誤差。其二，引伸計的穩定性必須良好。有些引伸計在正常標定時完全滿足精度要求，
但停留在測量范圍內某一點時就會有漂移，嚴重影響測量結果的準確度（當然這其中也可能
是放大電路的穩定性不好）。其三，環境溫度必須穩定，不要用工作臺燈近距離照射試棒，
熱變形不可忽視。其四，不可有彎曲應變混雜其中，否則將嚴重影響測試結果，必要時
需要使用平均應變測量引伸計。其五，試棒的加工質量不可忽視。如果測量標距內材料有加
工殘余應力，那么本應是線彈性的力——變形曲線，就會由于存在殘余拉應力的部分材料先
期進入屈服狀態，從而就會改變測試曲線的斜率，這也就影響了彈性模量的準確測量。其六，
引伸計的刀口是易損件，它的磨損、尤其是卷刃，會嚴重影響測試結果。總之，彈性模量的
測量不僅要求要有高精度的測試設備，還必須要有高精度的試棒。
3、應變硬化指數n 的測量: 應變硬化指數n 的測量需要使用引伸計繪制拉伸曲線直到zui大
力Fm 附近，這就要求所使用的引伸計必須有足夠大的測量范圍，對于黑色金屬，一般應該
使用50%測量工作范圍的引伸計。這一測試過程，對于塑性比較好的材料而言，只要稍加注
意，能夠在拉伸接近zui大力點時適時卸下引伸計，就是安全的。但是，如果被測材料的塑性
稍差，就要非常小心，必須保證在拉伸即將達到zui大力時立即卸下引伸計，以保證不會因試
棒斷裂而打壞引伸計。對于使用橡皮筋固定引伸計者，可以使用鋒利的小刀割斷橡皮筋，以
提高操作速度。
4、使用引伸計繪制全曲線自動測量延伸率：實施中，是以記錄下的斷裂總伸長率At 來確
定其斷后伸長率A。所以要選用與試棒測量標距相同標距的引伸計。此種用法因為要使用引
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伸計一直到試棒被拉斷，所以，如不采取特殊措施將極易損壞引伸計。為此，試棒的穩固夾
持至關重要。其一，必須使用液壓夾頭或螺紋犟緊連接，以保證試棒在斷裂時不會沿軸向跳
動，從而不會使引伸計過量張開和受到沖擊。其二，試驗機機架剛度要大（用大噸位試驗機
做小試棒），使用絲杠驅動或電液伺服式試驗機，以保證試棒斷裂時機架的彈性恢復變
形盡量小，其移動夾頭（橫梁）的跳動也盡量的小，這同樣是為了保證試棒在斷裂時不會沿
軸向跳動，從而不會使引伸計過量張開和受到沖擊。其三，試棒不要太長。較長的試棒在斷
裂時彈性恢復的長度也大（注意：高強度和低彈性模量的材料也如此），同樣在試棒斷裂時
會對引伸計產生沖擊。需要說明的是，上述曲線的繪制現在多采用引伸計和位移計（編碼器
或直線電阻）接力測量的方式進行，這種方式對保護傳感器很安全，也能滿足一般測試的精
度要求。但是使用位移計測量的那部分曲線現在多采用由位移量除以試棒的平行長度來折算
其相應的應變值。這一計算方法是建立在拉伸力不再增加，因而機架的變形也不再增加，和
試棒也僅僅是其平行長度內在不斷伸長，而平行長度外則完全不伸長的假設條件下的。這一
假設顯然帶有一定的正向誤差。在這里，如果計算時的Lo 不是采用試棒的平行長度，而是
將過渡圓弧部分也包括進來，或許會適當減小其折算誤差。
5、引伸計的安裝固定：現在通常的引伸計安裝固定方法是使用橡皮筋，使用橡皮筋在試棒
上固定引伸計也有很多技巧，zui主要的有以下四點。其一，松緊適度。一般是在把橡皮筋拉
長到zui大長度的80%左右或原始長度的4 倍左右下使用。其二，纏繞圈數適度，纏繞過少則
纏繞力不夠，刀口固定不牢；纏繞過多則可能在試棒產生較大變形時，刀口在橡皮筋與試棒
的相對錯動時被迫移位，使測試曲線產生跳動。經驗表明以“Z”形纏繞（6 個單根）效果
較好。如果橡皮圈的長度不合適，可以在其適當位置打結。其三，纏繞端正。纏繞的合力應
與試棒垂直、與刀口在一條線上，否則會有分力拉動引伸計的臂產生不應有的轉動，直接影
響測試曲線的走向。其四，標距準確。一般靜態引伸計都有標距長度定位桿，安裝時只要是
引伸計的兩個臂張開到定位桿不受壓、留有一定間隙即可，通常是留出0.5mm 左右間隙。如
果沒有留出這一間隙，使引伸計的兩臂受到壓迫，則拉伸曲線的開始階段必然是應變訊號先
向負向增加，直到兩臂不再受壓才會恢復正常。
6、壓縮試驗的變形曲線繪制：壓縮實驗時引伸計的安裝位置對測量值影響很大。此時其測
量標距應該就是試樣的高度，而引伸計的刀口又只能在上、下壓板（壓頭）上的引出桿上得
到固定。如此測量出的變形就不僅有試樣本身的變形，它還包括上、下壓板（壓頭）的變形
和上、下壓板（壓頭）與試樣間結合間隙的消除。實踐表明，有時后者的變形量比試樣本身
的變形還要大，不可忽視。消除的辦法是：首先在不裝試樣（僅僅不裝試樣，其它應有
盡有）的情況下加載到可能達到的試驗力，實測出這一加載系統的力——變形曲線。而后加
裝試樣進行試驗，對所測得的曲線用加載系統的力——變形曲線進行修正，即可得到被測試
樣的力——變形曲線。這里還需要強調的是，上、下壓板（壓頭）必須有足夠的剛度，它絕
不能在加載過程中產生翹曲，因為上、下壓板（壓頭）上的引出桿對這一翹曲會有極大的放
大作用。另外，在壓縮變形測量中，偏載對測試結果的影響也是非常大的，所以通常采用平
均應變引伸計進行測量。
7、變標距引伸計：有些實驗室在測試中會根據需要不斷的變換引伸計的標距長度，而配備
過多的不同標距的引伸計是不現實的，此時只能使用變標距引伸計。變標距引伸計可以用普
通引伸計經加裝標距接長桿和可移動刀口來實現。需要注意的是：多數情況下，移動刀口較
大范圍改變標距后，需要對引伸計重新進行標定，以保證引伸計的準確度。