[发明专利]电阻应变式消偏心二维引伸仪及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电阻应变式消偏心二维引伸仪及其使用方法，适用于材料力学性能试验中圆截面试样的轴向和径向变形测量，属力学试验技术及传感器技术领域。

背景技术

材料拉伸力学性能试验，通常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。引伸仪可以分为接触式和非接触式两类。接触式引伸仪又可以分为机械式和电子式两种，在常温力学性能测试中，机械式引伸仪已经被淘汰，目前普遍使用的是电阻应变式电子引伸仪。非接触式引伸仪利用数字图像技术（包括不同的图像识别和跟踪方法）测量试样的变形，一般也称为光学引伸仪。光学引伸仪具有无附加应力、量程大等优点，是引伸仪发展的一个重要方向，但由于价格昂贵、使用灵活性差等原因，在应用上有很大的局限性。不论在科学研究还是工程技术领域，实际使用最多的引伸仪产品是手工装夹的电阻应变式电子引伸仪，其典型分辨率为1微米，这类引伸仪构造简单、造价低廉、操作简便，预计至少在未来几十年内，仍然会为保持大量使用的局面。

现有的引伸仪产品，包括接触式和非接触式的，绝大多数是轴向引伸仪，横向引伸仪则很少。轴向引伸仪和横向引伸仪都是单向仪器，只能作单一方向的变形测量。光学引伸仪中有可以同时进行轴向和横向变形测量的产品，但由于受到图像分析方法的限制，仅对平面变形能够获得较高的测量精度，因此只适合于矩形截面试样，不适合圆截面试样。现有的轴向引伸仪，以“单边”型的为多，只有少数产品是“双边”型的，而所有的“单边”型轴向引伸仪都存在一个原理性缺陷，即测量数据的准确性不可避免地受到由结构不对称性所引起的“偏心效应”的影响。现有的引伸仪，不论轴向引伸仪还是横向引伸仪，绝大多数只能测量试样的变形，即试样尺寸的改变量，而不能测量试样的尺寸大小，更不能实时跟踪测量试样的外形尺寸。因此，在材料力学性能试验中需要单独测量试样的尺寸。例如圆截面试样的拉伸试验，要先用游标卡尺或其它工具测量试样的直径，然后再在试验机上对试样进行加载测试。

对于许多材料，尤其是一些新型材料的力学性能测试，需要同步测量试样的轴向变形和横向变形，并且能够实时测量试样的横截面尺寸，同时还希望测量仪器系统分辨率高，简单易用，然而在现有的引伸仪产品尚不能满足这样的要求。

发明内容

本发明的目的是为材料力学性能试验提供一种用于圆截面试样在轴向载荷作用下变形测量的电阻应变式消偏心二维引伸仪（以下简称二维引伸仪）及其测量方法。

本发明的电阻应变式消偏心二维引伸仪包括：三U形传感器、辅助定位板和标准器三部分，其中三U形传感器包括变截面梁弹性体、上U形弹性体、下U形弹性体、四个刃块、两块刚性压板、两只刚性圆柱体、四枚调节螺钉和十二枚单轴电阻应变计R₁～R₁₂。

变截面梁弹性体有一个纵向对称面yx和一个横向对称面zx，横截面为矩形，中央横截面的面积最大，纵向四个侧面中有一个基准面，与基准面相对的侧面是主刚度控制面，另外两个相互平行的侧面是副刚度控制面；主刚度控制面分为中央弧面、上平直面、下平直面、上斜直面和下斜直面五部分，将变截面梁弹性体对称地分为五段：中央高刚度段S_a、上应变敏感段S_ub、下应变敏感段S_lb、上连接定位段S_uc和下连接定位段S_lc；上斜直面和下斜直面与基准面有夹角θ，θ≤2°；上连接定位段S_uc上与上斜直面相对的一面是斜直面，斜直面与上斜直面平行；下连接定位段S_lc上与下斜直面相对的一面是斜直面，斜直面与下斜直面平行；在上连接定位段S_uc和下连接定位段S_lc的中部各加工有一个圆柱形通孔，二者的轴线位于对称面yx内，夹角为2θ。

上U形弹性体形状对称，其结构包括第一基座和与第一基座两端固联的第一、第二变截面悬臂梁；第一、第二变截面悬臂梁的横截面均为矩形，且从自由端a到根部e分为头部ac和颈部ce两段，头部ac段的横截面面积大于颈部ce段的横截面面积。

第一、第二两根变截面悬臂梁在靠近自由端a处各并列加工有两个第一圆形台阶通孔，第一变截面悬臂梁上的两个第一圆形台阶通孔与第二变截面悬臂梁上的两个第一圆形台阶通孔分别同轴。