第三章++结构试验量测技术

1、第三章第三章 结构试验量测技术结构试验量测技术应变量测应变量测位移与变形量测位移与变形量测力的量测力的量测裂缝、应变场应变与温度测定裂缝、应变场应变与温度测定 对输入与输出数据的量测、采集和分析处理。对输入与输出数据的量测、采集和分析处理。 输入数据：试件所受到的外部作用，如力、位移和温输入数据：试件所受到的外部作用，如力、位移和温度等。度等。 输出数据：试件的反应，如应变、应力、裂缝、位移、输出数据：试件的反应，如应变、应力、裂缝、位移、速度、加速度等。速度、加速度等。 数据的量测与采集方法数据的量测与采集方法 人工测量、人工记录人工测量、人工记录 仪器测量、人工记录仪器测量、人工记录 仪器

2、测量、仪器记录仪器测量、仪器记录 自动化采集系统测量、记录、处理自动化采集系统测量、记录、处理3.1 3.1 概述概述 仪器设备分类仪器设备分类 按功能和使用情况：传感器、放大器、显示器、记录按功能和使用情况：传感器、放大器、显示器、记录仪、分析仪器、数据采集仪和数据采集系统等。仪、分析仪器、数据采集仪和数据采集系统等。 按仪器用途：应变计、位移传感器、测力传感器、倾按仪器用途：应变计、位移传感器、测力传感器、倾角传感器、频率计和测振传感器等。角传感器、频率计和测振传感器等。 量测仪表主要性能指标量测仪表主要性能指标 量程：仪表所能量测的最小至最大的量值范围。量程：仪表所能量测的最小至最大的量

3、值范围。 最小分度值：仪表的指示所能指出的最小测量值。最小分度值：仪表的指示所能指出的最小测量值。 精确度：仪表的指示值与被测值的符合程度。精确度：仪表的指示值与被测值的符合程度。 灵敏度：被测量的单位变化引起仪表示值的变化值。灵敏度：被测量的单位变化引起仪表示值的变化值。 滞后：恒定环境条件下，起始值到最大值来回输出的滞后：恒定环境条件下，起始值到最大值来回输出的最大偏差值或该值与最大量程的百分比。最大偏差值或该值与最大量程的百分比。 电测和机测两类电测和机测两类 应变量电测法应变量电测法3.2 3.2 应变量测应变量测 RU Un 构件截面应力值测定方法构件截面应力值测定方法n 电阻应变计

4、粘贴技术电阻应变计粘贴技术 保证测点感受元件（应变计）与试件同步变形保证测点感受元件（应变计）与试件同步变形应变应变应力应力EE（或或-关系曲线）关系曲线）n 应变量测原理应变量测原理l/ll/ln 应变量测方法应变量测方法应变计应变计电桥电桥放大放大指示指示 电阻应变计电阻应变计 1 1、电阻应变计的原理及构造、电阻应变计的原理及构造 （1 1）工作原理）工作原理 灵敏系数灵敏系数 （2 2）构造：）构造： 敏感栅：将应变变换成电阻变化量敏感栅：将应变变换成电阻变化量 基底和覆盖层：定位和保护电阻丝、绝缘基底和覆盖层：定位和保护电阻丝、绝缘 粘结剂：固定敏感栅粘结剂：固定敏感栅 引出线：电桥

5、接线引出线：电桥接线 2 2、电阻应变片的分类及技术指标、电阻应变片的分类及技术指标 （1 1）分类）分类 按栅极：丝式、箔式、半导体等。按栅极：丝式、箔式、半导体等。 按敏感栅结构：单轴、多轴。按敏感栅结构：单轴、多轴。 （2 2）主要技术性能指标）主要技术性能指标 标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度L L。 规格：以使用面积规格：以使用面积L LB B表示。表示。 电阻值：应变片阻值一般在电阻值：应变片阻值一般在120120左右。左右。 灵敏系数：抽样确定。灵敏系数：抽样确定。 温度适用范围：主要取决于胶合剂的性质。温度适用范围：主要取决于胶合剂的性质。 （3

6、 3）电阻应变片分级）电阻应变片分级 依据：依据：ZBY 117ZBY 11782 82 标准标准 结构试验一般不低于结构试验一般不低于C C级级 电阻应变仪的测量电路电阻应变仪的测量电路 1 1、电桥基本原理、电桥基本原理 桥路：不平衡电桥桥路：不平衡电桥 测量方法：偏位测量法测量方法：偏位测量法 偏位测量法缺点：偏位测量法缺点： 1 1）电源电压波动影响量测结果的准确性）电源电压波动影响量测结果的准确性 2 2）检测计需要很高的灵敏度和较大的测量范围）检测计需要很高的灵敏度和较大的测量范围 桥路：平衡电桥桥路：平衡电桥 测量方法：零位测量法测量方法：零位测量法 2 2、平衡电桥原理、平衡电

7、桥原理 双电桥电路：输出灵敏度高，双电桥电路：输出灵敏度高，现代应变仪一般采用。现代应变仪一般采用。 3 3、温度补偿技术、温度补偿技术 应变片电阻值随温度变化原因：应变片电阻值随温度变化原因： 1 1）电阻值随电阻丝温度变化而）电阻值随电阻丝温度变化而变化；变化； 2 2）试件温度变化导致应变片产）试件温度变化导致应变片产生温度变化，引起一附加电阻变化。生温度变化，引起一附加电阻变化。 桥路输出电压：桥路输出电压： 温度补偿方法温度补偿方法: : 1 1）温度补偿应变计补偿法；）温度补偿应变计补偿法； 2 2）工作应变计温度互补偿法；）工作应变计温度互补偿法； 3 3）温度自补偿法）温度自补

8、偿法 4 4、多点测量线路、多点测量线路 （1 1）多点测量线路）多点测量线路 1 1）工作肢转换法：切换工作片，温度补偿片公用。）工作肢转换法：切换工作片，温度补偿片公用。 2 2）中线转换法：同时切换工作片和补偿片。）中线转换法：同时切换工作片和补偿片。 （2 2）电阻应变片预调平衡原理）电阻应变片预调平衡原理 1 1）交流电桥中，两邻近导体、导体与板壳及测量导）交流电桥中，两邻近导体、导体与板壳及测量导线之间存在分布电容。分布电容将影响电桥的平衡，导线之间存在分布电容。分布电容将影响电桥的平衡，导致电桥灵敏度大大降低。致电桥灵敏度大大降低。 2 2）预调平衡原理）预调平衡原理 电阻预调平

9、衡线路电阻预调平衡线路 电容预调平衡线路电容预调平衡线路 3 3）电阻应变仪按工作特性）电阻应变仪按工作特性可分为静态、动态和静动态。可分为静态、动态和静动态。 4 4）静载试验用的电阻应变）静载试验用的电阻应变仪不宜低于仪不宜低于ZBY103ZBY1038282标准的标准的B B级要求。级要求。 实用电路与电阻片粘贴技术实用电路与电阻片粘贴技术 1 1、实用电路及其应用、实用电路及其应用 （1 1）实用电路）实用电路 1 1）全桥电路：测量桥四个臂上全部接入工作应变片。）全桥电路：测量桥四个臂上全部接入工作应变片。工作片兼作温度补偿片。可提高量测灵敏度。工作片兼作温度补偿片。可提高量测灵敏度

10、。 2 2）半桥电路：测量桥分别接入两个工作片和两个固定）半桥电路：测量桥分别接入两个工作片和两个固定电阻。工作片兼作温度补偿。可提高量测灵敏度。电阻。工作片兼作温度补偿。可提高量测灵敏度。 3 3）1/41/4桥电路：测量桥由一个工作片、一个温度补偿桥电路：测量桥由一个工作片、一个温度补偿片和两个固定电阻。温度补偿片温度补偿。不能提高量测片和两个固定电阻。温度补偿片温度补偿。不能提高量测灵敏度。灵敏度。 （2 2）应用）应用 桥路输出灵敏度取决于应变片的贴片位置和方向，以桥路输出灵敏度取决于应变片的贴片位置和方向，以及接线方式。及接线方式。 根据具体情况进行桥路设计，可得桥路输出根据具体情况

11、进行桥路设计，可得桥路输出的不同放大系数。的不同放大系数。放大系数放大系数 2（1）放大系数放大系数 2 2 2、电阻应变片粘贴技术、电阻应变片粘贴技术 （1 1）粘贴要求：）粘贴要求： 1 1）测点基底平整、清洁、干燥；）测点基底平整、清洁、干燥； 2 2）粘结剂的电绝缘性、化学稳定性及工艺性能良好，蠕）粘结剂的电绝缘性、化学稳定性及工艺性能良好，蠕变小，粘贴强度高变小，粘贴强度高，温湿度影响小；温湿度影响小； 3 3）同一组应变计规格型号应相同；）同一组应变计规格型号应相同； 4 4）应变片的粘贴应牢固，方位准确，不含气泡；）应变片的粘贴应牢固，方位准确，不含气泡； 5 5）粘贴前后阻值不

12、改变；）粘贴前后阻值不改变； 6 6）粘贴干燥后，敏感栅对地绝缘电阻一般不低于）粘贴干燥后，敏感栅对地绝缘电阻一般不低于500500MM； 7 7）应变线性好、滞后、零飘、蠕变等要小，保证应变能）应变线性好、滞后、零飘、蠕变等要小，保证应变能正确传递。正确传递。 （3 3）应变电测法优点）应变电测法优点 优点：感受元件重量优点：感受元件重量轻，体积小；信号传递迅轻，体积小；信号传递迅速、灵敏度高；可遥测，速、灵敏度高；可遥测，便于与计算机联用及实现便于与计算机联用及实现自动化。自动化。 缺点：连续长时间测缺点：连续长时间测量会出现漂移；粘贴技术量会出现漂移；粘贴技术比较复杂，工作量大；不比较复

13、杂，工作量大；不能重复使用，消耗量也较能重复使用，消耗量也较大。大。 （2 2）粘贴方法及步骤）粘贴方法及步骤 应变的其他量测方法与仪表应变的其他量测方法与仪表 （1 1）机测法）机测法 （2 2）光测法）光测法3.3 3.3 位移与变形量测位移与变形量测 结构位移：指构件的挠度、侧移、转角、支座偏移等。结构位移：指构件的挠度、侧移、转角、支座偏移等。 1 1、接触式位移计、接触式位移计 组成：测杆、齿轮、指针和弹簧等机械零件。组成：测杆、齿轮、指针和弹簧等机械零件。 性能指标：刻度值、量程和允许误差。性能指标：刻度值、量程和允许误差。 结构线性位移量测结构线性位移量测类型类型刻度值刻度值/

14、/mmmm量程量程/ /mmmm允许误差允许误差/ /mmmm千分表千分表0.0010.0011 10.0010.001百分表百分表0.010.015 5、1010或或30300.010.01挠度计挠度计0.050.05 或或0.10.15050、100100或或3003000.050.05或或0.10.1 量程为量程为3030150150mmmm，读数分辨率可达读数分辨率可达0.010.01mmmm。 位移传感器位移：位移传感器位移：2 2、应变梁式位移传感器、应变梁式位移传感器量程可达量程可达500500mmmm。 4 4、差动变压器式位移传感器、差动变压器式位移传感器 3 3、滑线电阻式

15、位移传感器、滑线电阻式位移传感器 量程为量程为1010100100mmmm以上。以上。5 5、位移测量的其他方法、位移测量的其他方法 结构转动变形测量结构转动变形测量 1 1、转角测定、转角测定2 2、曲率测定、曲率测定a a、b b、3 3、剪切变形测量、剪切变形测量4 4、扭角测量、扭角测量 结构静载试验所需测定的力，主要是荷载与支座反力，结构静载试验所需测定的力，主要是荷载与支座反力，其次有预应力施力过程中钢绳（丝）的张力等。其次有预应力施力过程中钢绳（丝）的张力等。 量测力的仪器分为机械式和电测式两种。量测力的仪器分为机械式和电测式两种。 电测仪器具有体积小、反应快、适应性强等优点。电

16、测仪器具有体积小、反应快、适应性强等优点。 1 1、荷载和反力测定、荷载和反力测定 荷载传感器形式：拉伸型、压缩型和通用型。荷载传感器形式：拉伸型、压缩型和通用型。 核心部件：厚壁筒核心部件：厚壁筒 接线方法：全桥接线方法：全桥 放大系数：放大系数：3.4 3.4 力的测量力的测量灵敏度：灵敏度：设计荷载设计荷载设计应力设计应力弹性模量弹性模量2 2、拉力和压力测定、拉力和压力测定 测力计基本原理：钢制弹簧、环箍或簧片受力后产测力计基本原理：钢制弹簧、环箍或簧片受力后产生弹性变形，变形通过机械放大后，用指针度盘或位移生弹性变形，变形通过机械放大后，用指针度盘或位移计来反应力的数值。计来反应力的数值。3 3、结构内部应力测量、结构内部应力测量n 内埋式应力栓内埋式应力栓n 内埋式差动电阻应变计内埋式差动电阻应变计n 振动丝应变计振动丝应变计3.5 3.5 裂缝、应变场应变及温度测定裂缝、应变场应变及温度测定 裂缝检测裂缝检测 裂缝检测方法：裂缝检测方法： 1 1）放大镜或肉眼观测）放大镜或肉眼观测 2 2）读数显微镜）读数显微镜 3 3）裂缝标准宽度板）裂缝标准宽度板 4 4）裂缝塞尺