大变形引伸计

定义

大变形引伸计是安装在材料试验机上、随试样一起变形并测量其标距内伸长量的仪器，属于引伸计的一种^[2]。引伸计在试验机对试样施加轴向力时测量试样的线变形，通常包含测量、指示与记录三个环节^[2]。

它与常规小变形引伸计的区别在于量程：后者多用于弹性阶段的小应变，而大变形引伸计面向的是伸长率很大的试样，测量结果用于计算断后伸长率、定应力伸长等指标^[1][5]。湖北省的地方校准规范将适用对象限定为最大变形量不小于 100 mm 的接触式大变形引伸计，天津的同类规范征求意见稿则针对量程不小于 50 mm 的机型，可见其量程下限在各地规范中尚无统一数值^[2][6]。

常见机型的测量范围多为 10 mm 至 800 mm，加高型可扩展到 1200 mm 或 1500 mm；进口产品中有满量程 250 mm 与 750 mm 的规格^[7]。

原理

接触式大变形引伸计由上下两副夹持臂分别夹住试样的两段标距，两只夹持臂随试样伸长而相对移动，位移量经传感器转换为电信号，再由控制器换算成变形值^[2][7]。典型结构包括光电编码器与滑轮组、夹持臂固定座、上夹持臂、下夹持臂、导向杆、滑动套和控制器；也有产品用位移传感器配合显示器、底座、测量架和滑动部分实现同样功能^[2][6]。

以光电编码器式为例，试样拉伸时滑座管沿导轨滑动，编码器把这段直线位移变成脉冲电信号，数显表据此显示伸长量^[7]。若把标距记为 $L_0$，拉伸过程中测得的标距长度为 $L$，则工程应变与伸长率可表示为 $\varepsilon = (L - L_0)/L_0$，这也是引伸计数据接入试验机后绘制应力—应变曲线的依据^[7][1]。

部分产品采用配重平衡的夹臂，使两只夹臂之间的间距变化推动电位计等传感器，配重的作用是避免引伸计自重压在试样上，从而减小对测量结果的干扰。另有一类非接触方案利用视频或双摄像头追踪试样表面的标线，通过图像拼接扩大有效测量范围，属于大变形测量的另一条技术路线^[8]。

flowchart LR

A[试样标距段] --> B[上、下夹持臂]

B --> C[导向杆与滑动套]

C --> D[位移/光电传感器]

D --> E[控制器与数显]

E --> F[试验机软件]

F --> G[应力—应变曲线与伸长率]

发展历程

大变形引伸计的早期形态是在常规引伸计基础上加长测量臂，但机械式与电子式引伸计的量程偏小，难以覆盖高延伸率材料直至断裂的全过程^[3]。2018 年，山东科技大学的一篇硕士论文针对传统光电编码器式大变形引伸计易出现信号采集误码、不完全符合检定规程要求的问题，设计了一种非接触磁栅式大变形量引伸计，并以 2 t 门式电子万能试验机作为配套仪器^[9]。

在计量规范方面，国内外长期没有专门针对大变形引伸计的规程或标准，各计量机构校准时分别参照引伸计检定规程或试验机检定规程，方法并不统一^[10]。2023 年 4 月，《大变形引伸计校准规范》在湖北获批立项，此后依次完成编制方案、初稿、征求意见稿与送审稿^[10]。

湖北省地方计量技术规范 JJF(鄂)141—2024《大变形引伸计校准规范》于 2024 年 5 月 14 日发布、同年 9 月 1 日实施，由湖北省计量测试技术研究院主要起草，属首次发布^[11][12]。该规范在编制时参考了塑料拉伸性能测定、金属材料单轴试验用引伸计校准等标准，规定了标距、分辨力、示值误差与进回程误差等校准项目^[2]。同期天津也在制定面向拉伸试验机的同类校准规范^[6]。

应用

大变形引伸计主要用于伸长率很大的非金属材料，如橡胶、塑料、硅橡胶、塑料薄膜以及电线电缆外套，也见于光纤光缆、安全带、防水材料与部分复合材料试样的拉伸试验^[4][1]。在橡胶测试中，其数据可用于求取断裂延伸率、定应力伸长和定伸长应力等参数，相关产品会对应日本、国际与美国的多项橡胶试验标准^[5]。

这类仪器常作为配件装在电子万能试验机或拉力试验机上，与力值信号同步采集，进而生成完整的应力—应变曲线并输出试验报告^[7][13]。除拉伸外，也有资料把压缩试验中的大形变测量纳入其使用范围^[14]。使用场景覆盖建材、机械制造、电线电缆、橡胶塑料、汽车与减震系统等行业的材料检验，以及院校、质检和仲裁机构的检测工作^[10]。

安装时通常要求引伸计夹口与试验机上夹具中线对齐，并借助底座螺丝调整垂直度；操作上应在试验机停机状态下插拔引伸计，试样变形达到设定值后取下，以免超出量程^[1]。

局限

量程大并不等于全程精确。由于大变形引伸计要在数百毫米范围内工作，其相对分辨力、示值误差与进回程误差需单独校准，各地规范也分别设定了适用量程下限，超出范围时测量结果的可靠性缺少统一依据^[2][6]。传统光电编码器式产品还可能出现信号采集误码，影响读数^[3]。

夹持方式本身带来若干限制。高伸长试样在拉伸中变薄变软，夹持刀口容易滑脱，刀口的接触还会造成局部应力集中，使试样提前断裂。试样断裂瞬间储存的弹性能量在毫秒级释放，冲击可能使刀口弯曲、夹持机构松动，甚至令精密传感器过载失准，因此部分机型配置了断裂瞬间自动脱开的释放机构。

此外，接触式引伸计需要在试样上夹持，对极软或极薄的试样并不适用，环境温度变化也会影响其精度；这些场合往往转向视频、激光等非接触测量手段^[8]。

参见

• 引伸计 —— 大变形引伸计所属的仪器类别，测量试样在受力时的线变形。

• 万能试验机 —— 大变形引伸计最常配套使用的加载设备。

• 应力—应变曲线 —— 引伸计数据与力值数据合成后得到的主要试验结果。

• 数字图像相关法 —— 视频与光学类非接触大变形测量的技术基础。

• 计量校准 —— 保证大变形引伸计示值准确、可溯源的活动。