铁路工程试验与检测基础知识-应变测试仪器与技术

第二章铁路工程试验与检测基础知识第3节应变测试仪器与技术电阻应变测试技术电阻应变测试技术是凭借安装在试件上的电阻应变片将力学量（如应变、位移等）转换成电阻变化，并用专门的仪器使其转换为电压、电流或功率输出，从而获得应变读数的测试技术。通常简称为电测技术或电测法。电阻应变片构造电阻应变片工作原理

几种常用的应变片（1）丝绕式应变片丝绕式应变片是把敏感栅丝直接绕在各种绝缘基底上制成，是较为常用的一种应变片。这种应变片的制造设备和技术都较为简单，价格低廉。（2）箔式应变片箔箱式应变片是利用照相制版或光刻腐蚀技术，将箔材料在绝缘基底上制成所需形状的应变片。容易制成各种形状的应变花，但制作工艺复杂。（3）半导体应变片半导体应变片的特点是尺寸小、灵敏系数大、频率响应好，但温度效应较大，测量精度较低。（4）应变花在平面应力场中，需要测出两个或三个方向的应变才可以求出该点的主应力大小及方向。这就要使用粘贴在一个公共基底上、按一定方向布置的2~4个敏感栅组成的应变花。有互为45°、60°、90°和120°等基本形式的应变花。实验室常用的应变片电阻应变片的粘贴电阻应变片的粘贴包括胶粘剂的选用、粘贴工艺与防护措施三方面。

测试中应变片的粘贴质量将直接影响测试结果的准确性及可靠性。胶粘剂其主要的作用是传递变形，一般采用快干胶或环氧树脂胶。501快干胶和502快干胶是借助空气中微量水分的催化作用而迅速聚合固化产生粘结强度的，环氧树脂胶的主要成分是环氧树脂，有较高的剪切强度和防水性能，电绝缘性能好，但固化速度较慢。

在完成应变片的粘贴后，把应变片的引线和导线焊接在接线端子上。然后应立即涂上防护层，以防止应变片受潮和机械损伤。因为应变片受潮后会影响其正常工作，而且受潮的程度不易直接测量，所以防护技术是应变测量中的重要环节，通常用应变片和结构表面的绝缘电阻值来判断。高的绝缘电阻值可保证测量的精度，但要求过高会加大工作量和增加防护工作的难度。所以一般要求静态测量绝缘电阻大于200MΩ，对于长期检测、动态测量和精度要求高的检测，绝缘电阻应大于500MΩ。电阻应变片引出线焊接电阻应变仪结构的应变是通过电阻应变片转换为电阻变化率进行测量，而结构在弹性范围内的应变是很小的。如钢材料E=2×105MPa，测量时要求能分辨出20MPa，当应变片阻值为120Ω，K=2.0时，△R=R×Kvσ/E=0.024Ω。由此可见，测量电阻用的仪器必须能够分辨出120Ω和120.024Ω的电阻，这是一般常用测量电阻的仪表达不到的。必须借助专门的电子仪器进行测量和鉴别，这就是电阻应变仪（简称应变仪）。电阻应变仪根据测量应变的工作频率，可分为静态电阻应变仪、动态电阻应变仪和静动态电阻应变仪。应变仪可直接用于应变量测，如配用相应的电阻应变式传感器，也可测量力、压力、扭距，位移，振幅、速度、加速度等物理量的变化过程，是试验应力分析中常用的仪器。电阻应变仪主要由供电电源、振荡器、测量桥路、放大器、相敏检波器、虑波器和指示记录器组成。电阻应变仪-60通道静态振弦应变测试技术振弦式（又称钢弦式）传感器从20世纪30年代研究成功后，随着电子技术、测量技术、计算技术和半导体集成电路技术的发展，钢弦式传感器技术日趋完善。钢弦式传感器有结构简单、制作安装方便、稳定性好、抗干扰能力强及远距离输送误差小等优点，在桥梁、结构的检测中得到广泛应用。混凝土埋入式振弦应变计振弦式应变计的工作原理

振弦式应变计技术指标1.标距Lg：振弦应变计的长度，即两个安装块之间的距离，一般为100~150mm。2.量程：指振弦应变计能够测量的最大应变范围，一般约为3000με。3.率定系数K：指将振弦应变计的谐振频率（周期）换算为应变的常数。4.分辨率：指振弦应变计能分辨出的最小应变，一般可达到0.1με。5.适用温度范围：-20℃~+80℃。光纤光栅应变测试技术

光纤光栅传感器表面式光纤应变传感器内埋式光纤应变传感器表面式温度光纤传感器内埋式光纤温度传感器应变测试技术的比较测试技术优点缺点电阻应变①灵敏度高,测量结果比较可靠,常用的应变仪和应变片可测得1×10-6应变;②实施简便,易于实现全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控测试;③应变片标距小、粘贴方便,可以测量其他仪表无法安装部位的应变,也可制成大标距测量混凝土结构的应变;④适用范围广,可在高温、低温、高压、高速等特殊条件下量测,可用于结构各部位的静、动态和瞬态应变量测,可测频带宽;⑤使用广泛,可制成不同形式的传感器,用于各种物理、力学参数的量测贴片工作量大,使用的导线多,抗干扰性能消差,易受温度和电磁场等的影响,电阻应变不能重复使用等振弦式应变①分辨率高,测量结果精确、可靠;②不易受温度和电磁场等的影响,特别是野外测量时抗干扰性能好;③易于实现测试过程中的全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控测试;④现场操作方便,测试方法简单①应变计标距较大,不能用于测量变化梯度较大的应变,也不能用于测量较小尺寸构件的应变;②响应速度较慢,不能用于动态和瞬态应变量测;③量程范围较小,不能用于大应变测量光纤光栅应变①耐久性好,对环境干扰不敏感,适于长期监测;②既可以实现点测量,也可以实现准分布式测量;③单根光纤单端检测,可减少光纤的根数和信