在历史的长河中,试验仪器是和科技文明相伴发展的,和科技文明一样是经过漫长的发展历程逐渐精确化的。引伸计用来测试材料的机械性能,在世界范围内已经有百年左右的历史了。引伸计在中国的使用也将近有六十年的历史了。20世纪40年代以前,世界上使用的引伸计都是机械式引伸计,其中使用得比较普遍的有杠杆式引伸计、镜式引伸计、蝶式引伸计和球铰式引伸计。
(一)杠杆式引伸计
在一般情况下,由于试样和试验机上、下夹头间存在着同轴度误差(即偏心误差),左、右两只引伸计的读数一般是不同的,将两只引伸计的读数加起来再除以2,即得到了引伸计的平均读数,这个平均读数就是扣除了偏心拉伸的弯曲影响后试样标距段的纯拉伸伸长量。它是用双杠杆将试样标距段的伸长量(两个刀刃之间的相对位移放大至读数尺上的长度)。
(二)镜式引伸计
镜式引伸计(亦称光学机械式引伸计或马腾引伸计),这种引伸计在试样伸长时其菱形活动刀刃会发生转动,固定在菱形活动刀刃上的小镜发生同样的转动,通过光杠杆的放大原理,在望远镜中就可以观察到试样的伸长量。镜式引伸计也必需安装两套测量系统,读取两个读数,然后再计算其平均值以得到试样标距段的纯拉伸伸长量。镜式引伸计的放大倍数一般是K=500倍。其缺点是轮廓尺寸和质量都很大,因此安装和调整时都较为困难。
(三)蝶式引伸计
蝶式引伸计(又称包雅兴诺夫引伸计),它用4个刀刃分别通过弹簧夹具安装在试样上。这个引伸计的4块薄片弹簧组成2个弹性铰代替圆柱机械铰。当试样拉伸时,2个铝质零件相对于薄片弹簧交线转动,从最上面读数仪器上的千分表便可读出试样两条表面线的伸长量。取两个千分表读数的平均值,就可以得到扣除了偏心拉伸的弯曲影响之后试样的轴线标距段的伸长量,即得到标距部分的纯拉伸伸长量。蝶式引伸计的放大倍数K=1000倍。
(四)球铰式引伸计
这是由胡国华设计的一种机械式引伸计,曾于1984年获得国家发明奖,在我国得到广泛使用。球铰式引伸计通过4个顶尖螺钉安装在试样上(上标距叉和下标距叉处都是前、后各一个顶尖螺钉)。当试样标距l伸长Δl时,上标距叉可看成不发生转动,而下标距叉以球铰为中心转动一微小角度,千分表上就可反映出试样的伸长量。由于千分表轴线至球铰心的距离是试样轴线至球铰心距离的两倍,所以试样的伸长量为Δl时千分表的读数是2Δl。
球铰式引伸计的最大优点是它具有一个自动取平均值的结构系统,只用一套读数装置就能得到消除偏心拉伸弯曲影响后试样的纯拉伸伸长量。球铰式引伸计只用一个千分表而仪器的放大倍数为K=2000倍,相比蝶式引伸计需用同样的千分表2个,但其放大倍数只能达到1000倍。
综上所述,拉伸试验中由于不可避免地会出现偏心拉伸的情况,测量拉伸试样变形量时必须在试样对称两侧各安装一个引伸计,用这两个引伸计读数的平均值作为试样的纯拉伸伸长量(自动取双侧平均值的引伸计只装一个)。几十年来曾先后有多人研究过单侧测量的机械式引伸计,但都以失败告终。引伸计的发展历程和人类的悠久文明史一样,既是灿烂的又是艰辛的。