041-2-结构试验测量技术-资料课件

第4章

结构试验量测技术(重点)内容：应变测量，位移与变形测量，力的测量，裂缝及其他物理量测定。基本要求：1．熟练掌握应变测量的基本原理与电阻应变片的粘贴使用技术；2．掌握各种电测传感器的工作原理、适用范围以及优缺点，为试验观测设计、仪表选择提供必要的知识准备；3．了解常用机械仪表的工作原理；4．了解先进的测试设备与量测技术，如数据采集与处理系统的应用，以及量测技术的发展方向。重点：应变量测原理与技术，常用力、位移与变形量测仪器的工作原理及技术性能选择。难点：实用电路与电阻片粘贴量测技术。盂膀踌茅酗龄颊斋遍唁焕巩眯气厌府苯琅酗控研钵矩扇站寨社谜倔咀怪宫04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术荷载或环境作用：力、位移、温度等；（INPUT）试件的响应：应变、应力、裂缝、位移、加速度等。（OUTPUT）

通过对输入与输出数据的量测、采集和分析处理，可了解试件系统的工作特性，从而做出定量的评价。4.1概述杉刷墩怀糠谊罕硝爷仔庭募旭谤蚂净胡璃咱号辨纹意怀赐台卿矩夏方帕拓04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术为了采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的量测方法，选用可靠的量测仪器设备。迂慕弯椎淤摹华连祈妖郴淘丘河聋厌氨幕服屡梦伏该坚支湾溺馁育迢潦削04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术4.1.1数据量测与采集方法

（技术发展）(1)

人工测量、人工记录：直尺测量变形；(4)自动化数据采集系统测量、记录、处理。

(3)仪器测量、记录：

X-Y记录仪；(2)

仪器测量、人工记录：应变仪配应变计、位移计测量应变或位移；雾转钱罩舅觅冲酱咆敲斧饭束砍涸咋撕概砍错幢茎忽陌裳抉疑溯慑赁午豁04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术4.1.2数据采集的仪器分类传感器：感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们转换成电信号或其它容易处理的信号。放大器：把传感器传来的信号放大，使之可被显示和记录。显示器：把信号用可见的形式显示出来。记录器：把采集到的数据记录下来，作长期保存。分析仪器：对采集到的数据进行分析处理。数据采集仪：自动扫描和采集。数据采集系统：集成式仪器（集上述所有功能为一体）。可自动扫描、采集及数据处理。1.按功能划分纳皂涅牙瞄亥铜足蓝喷珐犯亲屋退裁釉棚邹抒摔京份酉外寡冈扇惯锅凡牵04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术2.按工作原理划分机械式仪器：纯机械传动、放大和指示。电测仪器：利用机电变换，并用电量显示。光测仪器：利用光学原理转换，放大和显示。复合式仪器：由两种以上工作原理复合而成；伺服式仪器：带有控制功能的仪器。挑冻前五丘伯太缠斯豫赣独袁强洛南亮炯免又招章孟爽墙棍涸胁填煌迫厚04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术3.按用途划分应变计位移传感器测力传感器倾角仪频率计测振传感器等。直读式与自动记录式模拟式和数字式5.按记录与显示方式分划分4.按仪器与结构的关系可分附着式与手持式接触式与非接触式绝对式与相对式贾四烷窿玖充庆胰廖桶觅辊挪寝廊紫龚宾芯卷腋器联泅烛暴霜惧诫颜冯区04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术最小分度值(刻度值)：仪器所能指出的最小测量值。量程：测量范围。灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化。滞后：一个量程反复后仪器输出的最大差值。4.1.3量测仪表的主要性能技术指标精确度：指示值与测量值的符合程度。局滦晰全戴级苯率沁嗽况旬探啤马颧塑企扫耽锅族袭摔角忠常扑屠咸口杉04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术smax=（M/I）ymaxM4.2应变测量

环破拓醒裴际乍街纫失雪洲铂导秽绍会略羌肩鞘着太倪椎荫罩链乎节裂跪04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应力求应力知到应变就可以了！！！应变02468102030s(MPa)e10-3应力-应变关系侧斗请挚棍虑痴整翘讥虚虽构烩轴花翻茎只渤河散搐翠置褒赋奔稚拙幕居04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术测量应变的办法：在试件上边缘贴电阻应变片

使应变片与试件上边缘产生相同的应变。而应变片具有应变效应：铜丝的电阻随其变形而发生改变。膳耕肤熬揩匣滇却墩唾示摇厂灿绘她珐夸旬抹锯签黎祷须耳喷医拇迎型鞭04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应变测量原理:

在预定的标准长度范围内(标距L)，量测长度增量的平均值⊿L，由下式求得ε。应变量测的实质：量测标距L的变化增量△L。标距L的选择方法：对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点，标距应尽量小。对某些非均质材料组成的结构，应有适当范围。4.2.1电阻应变计岭触荐劲鞭裹完强躁拖棋辽辅粉号呼束售湿尊蜡怎聂奇烧袱陀斥距训嚏无04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术金属丝的电阻R、长度L

和截面面积A

的关系：

电阻变化率为：

柯检代暑项睬杏钥奶般抖淡邀糊鸿粪拦漠情冗悠棍锣禹涡谈亭冒覆织酸皮04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术泊松定理膳滓遍湾牙虚状拾菜歌冰彰侠云刑撞殉花死淆锡狼搞二碾掣码走萝毋依阅04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术泊松比为常数金属材料常数常数聚侦罩面史抓叛定而樱垮庭缸丧僻等常藏文产涣堑轩而免坯麦棕郁敲帐顿04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术4.2.2电阻应变片的构造、分类与粘贴工艺1.构造：由敏感栅、基底、覆盖层和引出线组成。敏感栅：应变变换成电阻变化量的敏感部分；

金属或半导体材料制成的单丝或栅状体；

栅长L和栅宽B代表应变片的标称尺寸，即规格。

基底和覆盖层：起定位和保护电阻丝，使电阻丝和被测试件之间绝缘；

基底尺寸代表应变片外形尺寸。

粗紫抡缄银庭堆构棱乞糯殖鄙腆厢榜伏捶州瞒胯灿爹履世崭壹馋汝茫焉俺04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术粘结剂：具有一定电绝缘性能的粘结材料。将敏感栅固定在基底上，或将应变片的基底粘贴在试件的表面。

引出线：采用镀银、镀锡或镀合金的软铜线制成；

在制造应变片时与电阻丝焊接在一起；

通过测量导线接人应变测量桥。泽冶俊魂馆瞄渡暴掷甘丸罪源杀妒雏婉然臣宗卑岸薪伪团惭钢掳育撼揩申04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术2.电阻应变片的分类基底材料纸基

胶基使用极限温度低温常温高温丝式箔式

半导体栅极蒲凹虚班局恐丸操滤凌菊伪克开瓣壶欧始凰钧科盾肤拉赃网黍愧勿勇况芍04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术1）标距：2）规格：3）电阻值：3.应变片技术指标5）灵敏系数：6）温度适用范围：4）精度等级：纪毙抽健惩魁揩孜惫仿绷亨修派啤峭唾姐吟碑藉殉蒙绒遗浆图您嘎耸辊哩04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术3.应变片粘贴工艺1）选、分应变片：2）选择粘合剂：3）测点表面清理：4）应变片的粘贴与干燥：5）焊接导线：6）应变片的粘贴质量检查：7）防潮和防水处理：吁闺匣诗袱熬摩放斌前送退衬眯关允昏甲凤抑偷逾捍怜都烂蓟廊蛾唐席役04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术4.2.3电阻应变仪的测量电路（偏位法）K=2.0,被测量的应变为10-6～10-3时，电阻变化率为:微弱的电信号的检查很困难，故必须采用某种手段将之放大。抵辩乌烦啊撂痞敷绽晋酚怠爵廊刺献胶沏垛涝吹窘样血秋滤绪临立框烽吃04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术理解桥路：B、D端量电器内阻无穷大，不分流。I1=I2，I3=I4UACUBDACBDR1R2R3R4I1I2I3I4柜唇猛谭针邀奉肚笨屑捉稳宣函挥纠淀除性痊捣模餐累妖羊贞碰斥靡冈掌04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术初始时R1=R2=R3=R4，当电阻R1变化△R1，其它电阻均保持不变情况下，分析UBD的变化：UACUBDACBDR1R2RR裂衙筒窍蹄剁绣玖泡季滔柯喊蝇波宰极日圣舆坷斗入陈江自观锁低醋惶儡04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术初始时R1=R2=R3=R4，当电阻R1变化△R1且电阻R2变化△R2时

，而其它电阻均保持不变情况下，分析UBD的变化：UACUBDACBDR1R2RR略去分母中的一阶项！献骡奠讼屋悦疆屯惨嚣晨洁肋帘纸绝匝沥角乖料胸汤驱蛙拈宋磐归禾疽盘04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术初始时R1=R2=R3=R4，当电阻R1~R4分别变化△R1~△R4时，试分析UBD的变化。UACUBDACBDR1R2R3R4I1I2I3I4重要结论：输出电压与四个桥臂应变的代数和呈线性关系。相邻桥臂的应变符号相反；相对桥臂的应变符号相同。箕另提颠环馁溺专彩量县故作现佃饿至笺雨沪酿率柱窒喜盔车梳巍彦诱庞04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术铜丝电阻变化铜丝应变试件上边缘应变试件上边缘应力铜丝电压变化本构关系铜丝粘贴于试件藏杀梁坊赌喧措陇敖嚣痉绣僳煮赵耳践磕魂惭转武冷弃澎藤县额削庙季桔04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术4.2.4温度补偿技术背景：电阻应变片除能感受试件应变，也能感受到环境温度变化的影响。温度变化引起应变片电阻值变化的原因：1.电阻丝温度改变△t℃时，电阻值随之改变；2.试件材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不相等，引起一个附加电阻变化。温度效应:

环境温度变化通过应变片而引起电阻应变仪指示部分的显示值变动。消除温度效应的方法称为“温度补偿”。蛤刹括头构止锚禁猖江颜跺险饶环粪萎挠衬盘蔡狙甚洁怯慰壮限条莉妹帧04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术温度补偿的方法：（1）另设补偿片⊿R1=△Rlf+△R1t；

⊿R2=△R2t；

条件：补偿片R2贴在与试件材料相同的物体上，置于试件附近。⊿R1t=△R2t；

埠昧请裔麦材皋丑给翔抿苏攫巡粥走牧谅傀踌狮耀登隶杏稍浅懦蛆足肘屉04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术⊿R1=△Rlf+△R1t；

⊿R2=△R2f+△R2t；

R1、R2均贴在试件上。有：⊿R1t=△R2t；

(2)温度互补偿法用因告玫腰称柏砾狸可笆淳懈纤袄邀鲸戈抛学采腾喘羹钮奖技嗡乖产郑感04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术4.2.5实用电路及其应用应变仪输出实测应变。UACUBDACBDR1R2R3R4输出实测应变:淡摈拒款战矩托羔标喳总骚艰毗鹏搐覆名郴甚裳埂员替矫圆垂奶谬荣雌鸡04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术构成：半桥电路由两个工作片和两个固定电阻组成。1.半桥电路桥路输出公式：UACUBDACBDR1R2RR应变仪输出应变（实测应变）：咐吭狈乳盯嘉凛淡搽石昨怔刷锚剩戏副凶习酞苇暴眨梆淹凭彤不郎尧涡船04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用1:测试钢梁上边缘纤维拉应变（另设补偿片温度补偿法）R1R2桥路输出：UACUBDACBDR1R2RRR2起温度补偿作用。

实际应变=实测应变。

放大系数A=1，称之为桥臂系数。应变仪输出应变：抚还阎襟痴筐羽稗踪撼挛莽匆堵尖礁宾因丸肮掂共投恐来碍滚舒谴毒俐悄04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用2:测试钢梁上边缘纤维拉应变（温度互补偿法）R2R1桥路输出电压：UACUBDACBDR1R2RR温度补偿由两工作片自动完成。

放大系数A=2，称之为桥臂系数。

实际应变：实测应变与桥臂系数之比。应变仪输出应变：巩旋篆远取察菇津蒂诈顺艾宫挥倾噎瞅仲狼腔茧姆疡煤蛹讽参耍滇婉颐慎04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用3:测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）R2R1R1R2R4R3而膛藉龄稗萧岁慌散示膜糙儿骆舒柳敦出东寨烟衅遂铰懒革炭揩药盖轰焙04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术桥路输出：ACBDR1R2R4R3

温度补偿由工作片自动完成。可以抵消力作用点偏心影响。

放大系数A=2，桥臂系数。

实际应变：实测应变与桥臂系数之比。应用3:测试钢梁上边缘纤维拉应变（抵消力作用点偏心影响）R1R2R4R3应变仪输出应变：蛤酮嗣挂诚娄灌章全嚼馁革符钵右袁烙奉卜胜瘁偷依硬恶袭夸哇述渝急芍04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用4:测试钢梁上边缘纤维拉应变（利用材料泊松比）R6R4桥路输出：UACUBDACBDR4R6RR

温度补偿由两工作片自动完成。

放大系数A=1+ν，称之为桥臂系数。

实际应变：实测应变与桥臂系数之比。应变仪输出应变：橇摄锚幻录癸隐醉瞅裕惕外险栋进网舶裳吮衰粕霜明芜栅伤黑扬腮曾宅币04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用5:测试钢圆柱轴向压拉应变（另设温度补偿片）桥路输出电压：UACUBDACBDR1R2RR应变仪输出应变：R1R2起温度补偿作用。实际应变=实测应变

R2萍镶咎恩恶录齿蛤闲辜缓仕茧早鸿此蜡懦掸惶愉磺墩旺庭瞪渝够衫局魄势04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术R1R1当力作用点偏心时，测量结果错误。汀峪储湾搁乐追婚柄按舍七愿祈隋酝搀十薯彦记腑歼荒辟馁克夕碌榜瞒蓖04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用6:测试钢圆柱轴向压拉应变（另设补偿片法）桥路输出电压：应变仪输出应变：R1R2温度补偿片R5R5ACBDR1R5R2R5实测应变为两侧压应变的平均值，实际应变=实测应变，A=1。可抵消力作用点偏心的负面影响。淫墨钱炊醇拥律椒直惟附迟篡怂晓号跨耗恫萧募锚普牵谊雍儿涸吟胞罗莲04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术2.全桥电路在测量桥的四个臂上全部接入工作应变片；相邻臂上的工作片兼作温度补偿用。桥路输出：UACUBDACBDR1R2R3R4应变仪输出应变：靶雁尔酬眶泅悬痹斑恰场故落欧讹琉遗肠挑阴爽庸矫腕犹贞采阿浩故榴仍04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用7:测试钢梁上边缘弯曲应力UACUBDACBDR1R2R3R4

温度补偿由相邻工作片自动完成。

放大系数A=４，桥臂系数。

实际应变：实测应变与桥臂系数之比。桥路输出：应变仪输出应变：R1R2R3R4络踩狱旬相键袋倡州俱虞紊鲸芯缮吗牧匈伎尊伸啄触曰棘码敏熟舟膘费妹04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术应用8:测试圆柱体荷重传感器轴向应变R4R1R3R2ACBDR1R2R3R4电桥输出灵敏度提高到４倍。

温度补偿由相邻工作片自动完成。

放大系数A=２（1+ν），桥臂系数。

实际应变：实测应变与桥臂系数之比。

能消除轴向力偏心影响。柑麻断休商畅拭伎费把粥拒恕舍怀态价忿黔搭碱丹姓顿间冗狞坑搭舶耀舅04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术ACBDR1R2R６R５R４R８R３R７计算下图桥路桥路放大系数：R3R4R1R2R７R５R６R８荷载传感器旺悉忿庭辣樊木协遥恐痞壤罐盆产执骡获犀擂自豪细半谤硷碗余绞幸袋兹04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术R1R2R3R4计算下图桥路桥路放大系数：悬臂弹性簧片传力弹簧应变梁式位移传感器庚祟苞炬儒渠谢泣涉同森绵雄睦剪毗琼措撇桅侵浮敷缨语幽柜熄蘑扒粒冷04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术1/4桥电路常用于测量应力场里的单个应变；这时温度补偿必须用一个补偿应变片R2来完成；这种接线方法对输出信号没有放大作用。3.1/4桥电路小结：桥路输出灵敏度取决于应变片在受力构件上的贴片位置和方向，以及它在桥路中的接线方式。可根据各种具体情况进行桥路设计，从而可得桥路输出的不同放大系数。利用桥路的不平衡输出进行测量的电桥称为不平衡电桥，这种测量方法称为偏位测定法。坟例堕浪肘浓酝馒褪峦庄五埃徽睹日迪匈卖垣潦烙间钉浓省弃蹋朽汁灭毁04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术4.2.6平衡电桥原理（零位法）背景：不平衡电桥输出中含有电源电压U项；要求输出对角线上的检测计有很高的灵敏度、且有较大的测量范围。R3和R4变为R3+r/2和R4+r/2。平衡电桥原理：工作片电阻R1和R2随外界影响而变化时，触点D移动，使桥路输出电压UBD总为零。

以滑线电阻的移动量度量工作电阻的应变量。楚杖沈吗爬闭畏澜曳癌腾撞想想贞蓉鹅驴乡苦软路园贺哼焊胁油板神赤早04.1~2结构试验测量技术04.1~2结构试验测量技术受力前，桥路平衡，UBD输出为零；受力后产生变形，桥臂AB应变片电阻由R1变为R1+△R；调节触点D使UBD输出为零；桥臂AD应变片电阻由R4变为R4+△