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引伸計的應用現狀及發展趨勢

返回列表來源:天氏庫力 發布日期 2020-10-14 瀏覽:

引伸計是用來測量構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件接觸,構件上被測兩點之間的距離 l 為標距,標距的變化 Δl(伸長或縮短)為線變形。構件變形,傳感器隨著變形,并把這種變形轉換為機械、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,依據測量內容和工作原理的不同,可以劃分成各種各樣的引伸計。依據測量原理的不同,引伸計大致可分為機械式引伸計、電子引伸計、視頻引伸計、激光引伸計、全自動引伸計等。
 
1. 機械式引伸計
 
機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 年設計發明的,由于其結構簡單,操作方便,至今仍然被廣泛應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,上標距叉和下標距叉處都是前、后各一個頂尖螺釘,如圖 1 所示。
 
球鉸式引伸計的工作原理示意圖
 
圖 1 球鉸式引伸計的工作原理示意圖
 
當試樣標距 l 伸長 Δl 時,上標距叉可看成不發生轉動,而下標距叉以球鉸為中心轉動一微小角度,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 時千分表的讀數是 2Δl。
 
2. 電子引伸計
 
近年來伴隨計算機時代的快速發展,出現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。
 
電子引伸計將應變信號采集到計算機里,使其同材料應力同步顯示,相比機械引伸計,其降低了人為讀數誤差,提高了測量準確度。由于電子引伸計具有價格實惠、便于安裝等優勢,且易與電子萬能試驗機、電子傳感器等配合聯機使用,電子引伸計被國內外的相關行業廣泛地使用。
 
2.1 電阻式引伸計
電阻式引伸計是一種電阻應變式傳感器,應用最為廣泛。電阻應變式引伸計的測量原理主要是依據黏貼在引伸計彈性元件上的應變片電阻產生變化,通過變換電路轉化成電壓信號,經過計算機采集與應力同步顯示來測量應變,電阻應變式引伸計安裝示意圖如圖 2 所示。
 
電阻應變式引伸計安裝圖
 
圖 2 電阻應變式引伸計安裝圖
 
2.2 電容式引伸計
電容式引伸計是將物體長度的變化轉換為電容的變化,再將測得的電容變化量換算成物體的應變。由于其在高頻時基本上沒有滯后現象,故可用于動態載荷的測試,如沖擊力的測試等,電容式引伸計如圖 3 所示。
 
電容式引伸計示意圖
 
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件變形使鐵心運動,使得線圈電感發生變化,因此在輸出線圈中產生了電壓,放大并測出這個電壓,即可換算出構件的位移及運動的規律。
 
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定性,故適用于常設的測量裝置。電阻應變式引伸計,是目前應用最多的引伸計。常見的電阻應變式引伸計有單側電子引伸計、平均值引伸計、雙側電子引伸計等。
 
電感式引伸計示意圖
 
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果會有影響,不同的影響因素,產生不同的應變測量誤差,測量結果直接影響到規定非(總)比例延伸強度的測試準確度。
 
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,將光強度按一定比例轉換成電信號輸出。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主要由光源部分、CCD 攝像頭、圖像采集器、圖像處理、計算機和檢測軟件等組成。測試試樣在無影光源照射下,首先經過 CCD 感光攝像,由圖像采集器提取試樣宏觀變形,再經圖像處理對比和計算變形量,輸出應變信號給計算機,此時從力傳感器上同步傳輸應力信號給計算機,由計算機將應變信號和應力信號合成輸出應力 - 應變曲線。
 
視頻引伸計的測量原理如圖 5 所示。
 
視頻引伸計測量原理示意圖
 
圖 5 視頻引伸計測量原理示意圖
 
CCD 成像技術檢測拉伸變形量時,刻畫在拉伸材料上的標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 接收標志線圖像時,由于 CCD 光敏元的感光程度有所差異以及標志線本身的離散性,導致 CCD 在標志線信號的基礎上產生抖動性起伏,出現毛刺或異常點,產生隨機噪聲,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,采用最小二乘法進行曲線擬合,使位移精度達到了 CCD 光敏元尺寸的 1 /10。
 
3.2 發展情況
德國 Zwick、美國 Instron、日本 Shimadzu 和英國 Imetrum 公司先后開發了系列視頻引伸計產品,在技術上都達到了比較高的水平。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,而且產品結構合理,操作簡便,功能齊全,外觀質量高。而國內視頻引伸計生產廠家尚處于起步階段,技術指標少,科技含量較低。近幾年,隨著高新技術的不斷出現,國內對材料應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行處理,以得到滿意的力 - 變形曲線。

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【本文標簽】:引伸計的應用現狀

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