[发明专利]双音叉形弹性体引伸仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双音叉形弹性体引伸仪及其测量方法，适用于材料拉伸力学性能试验的变形测量，属力学试验技术及传感器技术领域。

背景技术

在料拉伸力学性能试验中，需要使用引伸仪实时测量试样在轴向载荷作用下发生的变形。现有的引伸仪产品，绝大多数是单向引伸仪，即轴向引伸仪和横向引伸仪，前者用于测量试样的轴向变形，后者用于测量试样的横向变形。专利文献“一种电阻应变式消偏心二维引伸仪(专利号201210232528.2)”介绍的引伸仪(以下简称参考仪)是一种能够实时同步测量轴向变形和横向变形并自动消除偏心效应的引伸仪，并且可以绘制材料的真应力-应变曲线。但这种引伸仪的构造和性能存在以下5个问题：

1、弹性体连接方式影响测量准确性。用于测量横向变形的两个U形弹性体与用于测量轴向变形的直梁形弹性体有两种连接方式，即间隙配合连接方式和固定端连接方式。

采用间隙配合连接方式的参考仪，当进行反复加载—卸载试验时，由于配合间隙的变化在各次加载和卸载过程中不能保证一致，因此必然影响数据重复性和测量准确性。

采用固定端连接方式的参考仪用于拉伸试验时，因试样结构不对称所引起的参考仪两侧刀刃间距变化的不一致(偏心效应)，会使参考仪整体产生扭转变形。由于参考仪抵抗这一扭转变形的刚度很大，因此测量刀刃有可能发生滑移，而刀刃滑移必然影响测量准确性，并且测量刀刃的这种滑移具有很强的隐蔽性，不易被察觉。

2、提高轴向量程受到结构形式限制。参考仪的两个U形弹性体与连接二者的直梁形弹性体相互垂直，而且两个U形弹性体的变形敏感段与直梁形弹性体的变形敏感段到测量刀刃的距离相差不大，要想增大轴向变形测量的量程，就必须增大两个U形弹性体的长度。然而增大两个U形弹性体的长度会造成横向变形测量灵敏度降低(对于材料的二维拉伸力学性能试验而言，横向变形测量的灵敏度至关重要，一般需要比轴向变形测量的灵敏度高一个数量级)，同时还会导致整个弹性体的尺寸和重量增加。因此，在参考仪的结构形式下，增大轴向量程的设计调整余地很小。

3、调整轴向变形测量和横向变形测量的灵敏度以及量程之间的匹配关系受到结构形式限制。材料种类和力学性能具有多样性，拉伸试样的轴向尺寸与横向尺寸以及轴向变形与横向变形有不同大小的比例关系，因此对于二维引伸仪的设计，要求轴向变形测量和横向变形测量的灵敏度大小和灵敏度比例能够有尽可能大的调整范围，同时还要保证有尽可能大的量程。参考仪由于感应轴向变形的直梁形弹性体与感应横向变形的两个U形弹性体相互垂直，直梁形弹性体和U形弹性体结构尺寸调整在轴向灵敏度、横向灵敏度和量程之间的协调余地很小，尤其是提高横向灵敏度和提高轴向量程相互矛盾，因此提高综合性能指标的设计局限性很大。

4、减小标距受到结构形式限制。如果要减小参考仪的轴向测量标距，就必须缩短其直梁形弹性体的长度，但是直梁形弹性体上有两个变形敏感段和一个刚性段，缩短长度显然受到这一结构的限制。

5、增大标距受到结构形式限制。对于材质相同、横截面尺寸相同但测量标距不同的拉伸试样，在同样大小的轴向载荷最用下，标距较长者的伸长量大于标距较短者的伸长量，因此前者的轴向变形测量精度比后者高。但是，在参考仪的结构形式下，标距较长者的两个U形弹性体相对于直梁形弹性体转动的角度大于标距较短者的两个U形弹性体相对于直梁形弹性体转动的角度，而随着两个U形弹性体相对于直梁形弹性体转动角度的增加，轴向变形测量数据的非线性误差将会变大，即使弹性体仍处于线弹性范围内，也会产生这种非线性误差，因为这种非线性误差是几何性质的模型误差。通过增大两个U形弹性体的长度，可以减小或消除这一误差。但是根据前面的分析，增加两个U形弹性体的长度，要受到横向灵敏度和结构尺寸、重量等因素的制约。可见，增大参考仪的轴向测量标距，也受到其结构形式的限制。

发明内容

本发明的目的，是提供一种双音叉形弹性体引伸仪，以解决现有电阻应变式消偏心二维引伸仪存在的问题。

本发明的双音叉形弹性体引伸仪，包括传感器、定位板和标准器三部分。其中传感器由一个三U形组合弹性体、四个夹持刃块、四枚紧定螺钉、两根圆柱杆、四枚调整螺钉和十二枚单轴电阻应变计R₁～R₁₂组成。