试验测量仪器介绍(ppt 51页).ppt

2.3试验测量仪器,2.3.1概述一、数据测量方法人工测量与人工记录：如用直尺测量位移、裂缝宽度。仪器测量与人工记录：如用百分表测量位移，或用应变仪配应变计或位移计测量应变或位移。仪器测量与仪器记录：如用传感器配X-y记录仪进行测量和记录，或用传感器、放大器和磁带记录仪进行测量和记录。数据采集测量与记录：计算机系统。,二、数据流通过程,试件的作用与效应,适调器(转换与放大）,传感器,显示与记录器,三、测量仪器的技术指标,量程S：仪器可以测量的最大范围。刻度值：仪器的最小刻度所代表的被测量。灵敏度K：被测单位物理量引起仪器输出或显示值的大小。分辨率：仪器能测量被测物理量的最小值的能力。稳定性：当被测物理量不变，仪器在规定的时间内保持示值与特性参数不变的能力。精度：在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值被测量，保持示值一致的能力。滞后：在恒定的测量环境下，仪器在整个量程范围内，从起始值到最大值再回到起始值，在这正反两个行程输出值之间的最大偏差或该值与满量程输出之百分比称为滞后。,四、对测量仪器的要求,1、结构试验对仪器设备的使用要求（1）具有合适的量程、灵敏度和精度（1%）。（2）安装使用方便，稳定性好，抗干扰能力强。（3）不影响结构的工作：自重轻，尺寸小。（4）同一物理量测量仪器型号尽量相同，避免系统误差。（5）经济好：价廉耐用，可重复使用，安全可靠。（6）按规定存放、使用和标定。,2、测量仪器标定（1）目的：确定仪器设备的灵敏度和精确度，应该在试验前或试验前后对仪器设备进行标定。（2）标定：单件标定：确定某一件仪器的灵敏度和精确度；系统标定：确定某些仪器组成的系统的灵敏度和精确度。（实际试验中采用）,2.3.2应变测量,测量方法：1）电阻应变仪：应变计+应变仪（常用）2）手持应变仪：校核，测点少时采用。3）位移计方法：足尺结构试验应变测量4）光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）：测量平面应变，较多用于测量节点和局部应力。,一、电阻应变计,1、应变计原理：利用金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。,2、应变计构造与分类,构造：基底有胶基和纸基，电阻栅有丝式、泊式和半导体,分类,(a)、(d)、(e)、(f)、(h):泊式应变计(b)丝绕式应变计(c)短接式电阻应变计(g)半导体应变计(i)焊接应变计,3.应变计选用原则,选用原则：1）标距L：根据测点材质和应力梯度选择。均质材料大梯度选小标距，如钢材取5-10mm；非均质材料小梯度选大标距，如砼选3倍骨料粒径，80-120mm。2）阻值R：R=120(60600)。应变计阻值相差0.5%，并结合和应变仪选用。3）灵敏系数K：K2.0(1.82.6)，同次试验宜相同4）根据使用环境选择应变计种类：长期和短期，试验室和现场，常温和低温或高温，常规与疲劳，潮湿与干燥。（胶基和纸基）,4.电阻应变计的粘贴技术,1）基本要求：（1）测点基地平整、清洁、干燥。（2）粘接剂性能良好。如502快干胶、环氧树脂。（3）粘贴牢固，方位准确，不含气泡。（4）粘贴前后阻值不变，绝缘电阻50M以上。2）粘贴过程（1）测点处理：打磨、清洗、打底、划线（2）应变粘贴：涂胶、挤压（3）固化处理：自然干燥或人工加温（50度）（4）粘贴质量检查：外观、阻值和绝缘（5）导线连接：固定点设置、焊线。（6）防潮防护：石蜡、703硅橡胶、环氧树脂等。,5、应变测量仪器电阻应变仪，电桥,使用中=,电桥盒,电桥（惠斯登电桥）,电阻变化非常小(10-6级)，测量困难，一般通过电桥把电阻变化转化电压或电流，并经应变仪放大来测量。,6.温度补偿技术,采用1/4桥测量时需要设置温度补偿应变计，主要用于消除温度变化引起的应变计的电阻变化。温度补偿应变计必须满足：1）与测量应变计规格相同；2）粘在相同的材料上；3）处在相同的温度场；4）补偿片不能受力。多点补偿：一个温度补偿片可供多个测量片使用。一般砼5点，钢结构10点共用一个补偿片。,设置温度补偿应变计接桥方法,7.常见应力状态的测量轴向受力（1/4桥）,轴向（半桥）,轴向（全桥）,弯曲（半桥）,弯曲（全桥）,弯曲（全桥）,扭转（半桥）,工作片互为补偿灵敏度提高1倍。,拉弯组合,测量弯曲应变半桥，消除轴力影响；灵敏度提高1倍。,测量轴向应变半桥，消除弯曲影响；灵敏度不提高。,弯扭组合,测弯曲应变；分解扭弯复合；灵敏度提高1倍；,测扭转应变；分解扭弯复合；灵敏度提高1倍；,二、其他应变测量仪器,1、手持应变仪常用于现场测量，且适用于持久试验，标距为50250mm，读数的位移计可选用百分表或千分表。工作原理：在标距两端粘结两个脚标（每边各一个），通过测量结构变形前后两个脚标之间距离的改变，求得标距内的平均应变。,2位移计方法：常用于实际结构、足尺试件的应变测量。用位移计测量一条直线上两点之间的相对位移来表示两点之间的平均应变，两点之间的距离L称为标。,3、应变传感器1）弦式应变传感器量测不受温度和长导线的影响，工作稳定，但安装复杂。,=振弦式应变计,使用中的振弦式应变计=,2）砼应变计传感器浇筑时预埋，防水性能好，能消除弯曲影响，适合长期监测。,3）钢筋应变传感器采用锥螺纹方式与钢筋连结，防水性能好，适合长期监测。4、光测法光测法有：云纹法、激光衍射法、光弹法等。常用于测量平面应变，较多应用于节点或构件的局部应力分析。,2.3.3位移与曲率测量仪器,1、线位移：常用的位移测量仪器有机械式百分表、电子百分表、滑阻式传感器、差动电感式传感器，水准仪。,=电阻应变式位移计,机械百分表=,=机电百分表,2、角位移传感器,(a)水准管式倾角仪(b)电阻应变式倾角传感器,（C）水准式角度传感器,用液体摆来感受角位移，液面的倾斜将引起电极A、B之间和B、C之间的电阻发生相应改变，把电极A、B和C接人测量电桥，就可以得到与角位移相对应的电压输出。,电阻应变式倾角仪,水准管式倾角仪,(d)千分表测扭转角,3、曲率测量,(d)千分表测转角,2.3.4力值测量传感器,弹簧（拉力、压力环），压力表，传感器（电阻、压电）。,2.3.5裂缝测量,1、开裂：开裂时间和位置。1）借助放大镜用肉眼观察。表面先刷大白浆或涂料2）用应变计或导电漆膜交替搭接布置来测量开裂。当某处开裂时，该处应变计读数突变或跨裂缝的漆膜出现火花直至烧断。3）声发射法：利用材料开裂时发射出声能的现象。将传感器布置在试件的表面或内部，通过声波的测量来确定开裂。4）裂缝应变计：钢结构断裂试验2、裂缝宽度:读数显微镜、裂缝标尺,读数显微镜,裂缝标尺,裂缝塞尺,=裂缝宽度观测仪,裂缝宽度测试=（数字显示）,2.3.6数据采集仪