在歷史的長河中,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)過漫長的發(fā)展歷程逐漸精確化的。引伸計用來測試材料的機(jī)械性能,在世界范圍內(nèi)已經(jīng)有百年左右的歷史了。引伸計在中國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都是機(jī)械式引伸計,其中使用得比較普遍的有杠桿式引伸計、鏡式引伸計、蝶式引伸計和球鉸式引伸計。
(一)杠桿式引伸計
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、右兩只引伸計的讀數(shù)一般是不同的,將兩只引伸計的讀數(shù)加起來再除以2,即得到了引伸計的平均讀數(shù),這個平均讀數(shù)就是扣除了偏心拉伸的彎曲影響后試樣標(biāo)距段的純拉伸伸長量。它是用雙杠桿將試樣標(biāo)距段的伸長量(兩個刀刃之間的相對位移放大至讀數(shù)尺上的長度)。
(二)鏡式引伸計
鏡式引伸計(亦稱光學(xué)機(jī)械式引伸計或馬騰引伸計),這種引伸計在試樣伸長時其菱形活動刀刃會發(fā)生轉(zhuǎn)動,固定在菱形活動刀刃上的小鏡發(fā)生同樣的轉(zhuǎn)動,通過光杠桿的放大原理,在望遠(yuǎn)鏡中就可以觀察到試樣的伸長量。鏡式引伸計也必需安裝兩套測量系統(tǒng),讀取兩個讀數(shù),然后再計算其平均值以得到試樣標(biāo)距段的純拉伸伸長量。鏡式引伸計的放大倍數(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)整時都較為困難。
(三)蝶式引伸計
蝶式引伸計(又稱包雅興諾夫引伸計),它用4個刀刃分別通過彈簧夾具安裝在試樣上。這個引伸計的4塊薄片彈簧組成2個彈性鉸代替圓柱機(jī)械鉸。當(dāng)試樣拉伸時,2個鋁質(zhì)零件相對于薄片彈簧交線轉(zhuǎn)動,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量。取兩個千分表讀數(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)距段的伸長量,即得到標(biāo)距部分的純拉伸伸長量。蝶式引伸計的放大倍數(shù)K=1000倍。
(四)球鉸式引伸計
這是由胡國華設(shè)計的一種機(jī)械式引伸計,曾于1984年獲得國家發(fā)明獎,在我國得到廣泛使用。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)。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,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。
球鉸式引伸計的最大優(yōu)點(diǎn)是它具有一個自動取平均值的結(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量。球鉸式引伸計只用一個千分表而儀器的放大倍數(shù)為K=2000倍,相比蝶式引伸計需用同樣的千分表2個,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出現(xiàn)偏心拉伸的情況,測量拉伸試樣變形量時必須在試樣對稱兩側(cè)各安裝一個引伸計,用這兩個引伸計讀數(shù)的平均值作為試樣的純拉伸伸長量(自動取雙側(cè)平均值的引伸計只裝一個)。幾十年來曾先后有多人研究過單側(cè)測量的機(jī)械式引伸計,但都以失敗告終。引伸計的發(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。