拉伸测量

材料在热效应和机械效应下会发生变形。这种形状变化的一个例子就是拉伸。该术语用于描述部件或材料在机械应力（力）或冷热作用下长度的相对变化。如果力从外部施加到一个部件上，它就会被拉长（正伸长，伸长）。材料受力后产生的伸长会导致变形。如部件受到压力，就会被压缩（缩短，负伸长）。如材料经历的温度变化会增加其尺寸，这就是所谓的热伸长。高温会产生正的热伸长，低温会产生负的热伸长。此外，内应力也会导致拉伸。这些变形发生在部件锻造和焊接时。此外，还有由磁场或电场引起的伸长。

要计算材料的拉伸测量，需要将长度变化除以原始长度，并以微米每米（μm / m）为单位。对于许多材料来说，拉伸测量与作用力成正比。拉伸可能发生在纵向，也可能由于横向收缩而发生变形。如拉伸力、压缩力和剪切力共同作用，就会产生各个方向的伸长。这些复杂的变形也可以在计算机上进行模拟。

材料的拉伸测量各不相同：与橡胶相比，钢材在受力时的变形较小。钛在热影响下的伸长不如铝明显。部件伸长的原因由材料系数或模量表示。就机械应力而言，拉伸测量由弹性模量表示。热伸长系数描述的是由于热作用而产生的伸长。许多材料在所有方向上均匀膨胀。与此相反，机械应力引起的伸长通常发生在力的作用方向上。拉伸测量可以通过计算得出，也可以通过实验测量。

目前主要使用的拉伸测量方法是借助拉伸测量条（EMS）进行电气和光学测量。如果EMS由金属箔制成，则可用于测量1/100至1/10 μm / m的拉伸测量。半导体EMS能够在1/1000至1/100 μm / m的范围内精准检测长度变化。拉伸测量条始终显示用特殊粘合剂粘合的材料的平均拉伸测量。根据不同的环境条件，使用不同尺寸的EMS。

电气拉伸测量条也称为薄膜拉伸测量条。已经有超过80年的历史，通常由两片薄薄的聚酰胺箔组成，内置康铜制成的测量网格。电桥电路通常用于测量。也可使用硅网格（半导体EMS）代替金属测量网格。这种拉伸测量条比金属EMS更加灵敏。电气测量条的尺寸在0.2至150 mm之间。采用传统测量方法时，与满量程值的偏差可能在0.1至1%之间。

拉伸时，测量网格中的电阻会增加，从而发生变形。半导体EMS检测变形的灵敏度根据晶体取向和硅（n或p）的不同而变化。这种EMS可在5至8 MHz频率范围内实现无误差测量结果。最大工作电压取决于测量条的尺寸和材料。粘附在良好导热体上的EMS常见尺寸可以承受5至10 V的电压。光学伸长测量是借助粘附或焊接在相应材料上的光纤传感器（FOS）进行的。

这些光学伸长测量条也称为光纤布拉格光栅传感器。它们对电磁干扰和其他不利条件不敏感。因此，在无法使用电气EMS时（例如在-270至300 °C的温度范围内），可以使用它们。光学EMS的核心是带有塑料涂层的石英玻璃纤维，外层是密度较高的护套和保护性塑料涂层。光纤中包含多个光纤布拉格光栅。如通过询问器从外部引入的激光照射到该网格上，部分光束会被反射并送回询问器。由此可以确定材料内部的应力和变形。

如纤维在伸长测量过程中被拉伸，网格部分之间的距离就会增加。同时，反射光的波长也会发生变化。由于每根光纤都可以包含无数个布拉格光栅，因此这种伸长测量方法适用于监测管道和隧道。在电气伸长测量中，每个EMS都必须连接到单独的连接电缆，而光学EMS只需一根玻璃纤维即可。这大大节省了安装工作和成本。

拉伸测量的优势在于，即使是微小的形状和应力变化，也能非常精准地测定出来，而且借助不同的拉伸测量条，几乎可以广泛应用于多种场景。可对部件进行多年监测。使用EMS，还可在复杂部件（压铸铝外壳、涡轮机转轮）和水下进行拉伸测量。

也可以使用带有高分辨率相机的光学测量系统（如蔡司的ARAMIS系统）进行拉伸测量。被测材料只需事先用激光打标机在测量网格上打标即可。在材料变形的同时，两台相机对其进行拍照。三维拉伸测量也可在几何形状复杂的部件上进行。根据测量到的网格像素坐标，可以使用专门的蔡司软件精准计算出拉伸。光学测量系统可永久安装在相应的测试设备上。

拉伸测量可采用不同的方法，这些方法仅限于特定的应用领域。测量技术用途广泛，可用于各行各业。