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1、11.3 1.3 结构静载试验的量测系统结构静载试验的量测系统 在结构试验中，试件作为一个系统，所受在结构试验中，试件作为一个系统，所受到的荷载作用（力、位移、温度等）是系统的到的荷载作用（力、位移、温度等）是系统的输入输入数据，试件的反应（如位移、应变、裂缝数据，试件的反应（如位移、应变、裂缝等）是系统的等）是系统的输出输出数据，通过对这些数据的测数据，通过对这些数据的测量，记录和处理分析，可以得到试件量，记录和处理分析，可以得到试件系统系统的特的特性。性。第1页/共32页21.3 1.3 结构静载试验的量测系统结构静载试验的量测系统 在这一过程中，试验数据的在这一过程中，试验数据的采集采集
2、是试验的是试验的重要步骤，也是结构试验成功的必要条件之一，重要步骤，也是结构试验成功的必要条件之一，只有采集到只有采集到可靠可靠的数据，才能通过数据处理得的数据，才能通过数据处理得到到正确正确的试验结果。为采集到准确、可靠的数的试验结果。为采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的采集方法。据，应该采用正确的采集方法。第2页/共32页3一、数据采集的方法有一、数据采集的方法有：1 1最简单的工具进行人工测量，人工记录。最简单的工具进行人工测量，人工记录。例：例：用直尺测量变形；用直尺测量变形；2 2用仪器进行测量，人工记录。用仪器进行测量，人工记录。例：例：用应变仪与应变计的组合用应变仪与应变计的
3、组合3 3用仪器进行测量，记录。用仪器进行测量，记录。例：例：用传感器配用传感器配X-YX-Y记录仪进行测量记录。记录仪进行测量记录。4 4用先进的数据采集系统进行测量、记录。用先进的数据采集系统进行测量、记录。在实际试验时，采用何种数据采集方法应在实际试验时，采用何种数据采集方法应该根据试验目的和要求及仪器设备的该根据试验目的和要求及仪器设备的实际实际条件条件来确定，应该按照用最经济合理的代来确定，应该按照用最经济合理的代价来获取最多的价来获取最多的有用数据有用数据的原则来确定。的原则来确定。第3页/共32页4 二、测量仪器的分类二、测量仪器的分类 1 1按工作原理可分为：按工作原理可分为：
4、a a机械式仪器：纯机械传动、放大和指示；机械式仪器：纯机械传动、放大和指示；b b电测仪器：利用机电变换、并用电量显示；电测仪器：利用机电变换、并用电量显示；c c光学测量仪器：利用光学转换、放大、显示；光学测量仪器：利用光学转换、放大、显示；d d复合式仪器：由两种以上工作原理复合而成。复合式仪器：由两种以上工作原理复合而成。第4页/共32页52 2按仪器的用途可分为：按仪器的用途可分为：a a应变计；应变计；b b位移传感器；位移传感器；c c测力传感器；测力传感器；d d倾角传感器。倾角传感器。第5页/共32页6 3 3按仪器与结构的关系可分为：按仪器与结构的关系可分为：a a附着式与
5、手持式；附着式与手持式；b b接触式与非接触式；接触式与非接触式；c c绝对式与相对式。绝对式与相对式。4 4按仪器显示与记录方式分为：按仪器显示与记录方式分为：a a直读式与自动记录式；直读式与自动记录式；b b模拟式和数字式。模拟式和数字式。第6页/共32页7 三、结构试验测量仪器的主要技术性能指标三、结构试验测量仪器的主要技术性能指标1 1刻度值：刻度值：（最小分度值）仪器的指示或显示装置（最小分度值）仪器的指示或显示装置所能指示的最小测量值，即是每一最小刻度所表所能指示的最小测量值，即是每一最小刻度所表示被测量的数值。示被测量的数值。2 2量程：量程：仪器可以测量的最大范围仪器可以测量
6、的最大范围3 3灵敏度：灵敏度：被测量的单位物理量所引起仪器输出或被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化的反应能力。的反应能力。第7页/共32页84 4分辩率：分辩率：仪器测量被测物理量最小变化值的能力。仪器测量被测物理量最小变化值的能力。5 5线性度：线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度，可用校准曲与拟合直线的最大偏差作为评定度，可用校准曲与拟合直线的最大偏差作为评定指标，并用量大偏差与满足程输出的百分比来表指标，并用量大偏差与满足程输出的百分比来表示。示。6 6稳定性：
7、稳定性：当被测物理量数值不变，仪器在规定的当被测物理量数值不变，仪器在规定的时间内保持标值与特性参数不变的能力。时间内保持标值与特性参数不变的能力。7 7重复性：重复性：在同一工作条件下，仪器多次重复测量在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。第8页/共32页9 四、结构试验时测量仪器的使用要求四、结构试验时测量仪器的使用要求1 1测量仪器不应该测量仪器不应该影响结构的工作影响结构的工作，要求仪器自，要求仪器自重轻，尺寸小，尤其是对模型结构试验，还要重轻，尺寸小，尤其是对模型结构试验，还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构的
8、作用力。考虑仪器的附加质量和仪器对结构的作用力。2 2测量仪器具有合适的灵敏度和量程，精度一般测量仪器具有合适的灵敏度和量程，精度一般要求所测最大误差不超过要求所测最大误差不超过5%5%，量程以选最大被，量程以选最大被测值的测值的1.251.25至至2 2倍倍为好。为好。第9页/共32页103 3安装使用方便，安装使用方便，稳定性稳定性和和重复性重复性好。好。4 4价廉耐用，可重复使用，安装可靠，维修容易。价廉耐用，可重复使用，安装可靠，维修容易。5 5在达到上述要求条件下，尽量要求多功能、多在达到上述要求条件下，尽量要求多功能、多用途，以适应多方面的需要。用途，以适应多方面的需要。第10页/
9、共32页11五、仪器的标定五、仪器的标定 为了确定仪器设备的灵敏度和精确度，确定为了确定仪器设备的灵敏度和精确度，确定试验数据的误差，应该在试验数据的误差，应该在试验前试验前或或试验后试验后对仪器对仪器设备进行标定。仪器标定可按两种情况进行：设备进行标定。仪器标定可按两种情况进行：1.1.对仪器进行单件标定对仪器进行单件标定 2.2.对仪器系统进行系统标定。对仪器系统进行系统标定。第11页/共32页12 六、应变量测原理六、应变量测原理 结构在外力作用下，内部产生应力，不同部位结构在外力作用下，内部产生应力，不同部位的应力值是评定结构性质的主要指标，也是建的应力值是评定结构性质的主要指标，也是
10、建立结构理论的依据，但到目前为止，直接测量立结构理论的依据，但到目前为止，直接测量应力值还没有好的方法，一般均采用应力值还没有好的方法，一般均采用测定应变测定应变，而后通过而后通过 的关系，或由已知的的关系，或由已知的 关系曲线查得。关系曲线查得。第12页/共32页13 六、应变量测原理六、应变量测原理 应变的量测，通常是在预定的标准长度范围应变的量测，通常是在预定的标准长度范围（称为（称为标距标距）内量测长度变化增量的平均值内量测长度变化增量的平均值 ，由，由 求得。这就是应变量测的基求得。这就是应变量测的基本原理。所以应变的量测实质上是量测变化增量本原理。所以应变的量测实质上是量测变化增量
11、比。比。第13页/共32页14 的选择的选择原则上应尽量小。特别是对于应力梯度原则上应尽量小。特别是对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点。但对某些非均质较大的结构和应力集中的测点。但对某些非均质材料组成的结构，应有适当范围，如混凝土应取材料组成的结构，应有适当范围，如混凝土应取大于骨料的最大粒径的大于骨料的最大粒径的3 3倍倍；砖石结构取大于；砖石结构取大于4 4皮皮砖砖等，才能正确反映平均值等，才能正确反映平均值 。第14页/共32页15 七、电阻应变计七、电阻应变计 电阻应变计，又称应变片，如下图所示，是电阻应电阻应变计，又称应变片，如下图所示，是电阻应变量测系统的感受元件。变量测系统的
12、感受元件。基于敏感栅的应变基于敏感栅的应变-电阻效应，能将被测试件的应变电阻效应，能将被测试件的应变转换成电阻变化量。转换成电阻变化量。第15页/共32页16 电阻应变片（计电阻应变片（计）第16页/共32页17 电阻应变计原理：电阻应变计原理：设变形后其长度变化为设变形后其长度变化为取对数微分：取对数微分：式中：式中：在弹性范围电阻应变计在弹性范围电阻应变计的灵敏系数为一常数的灵敏系数为一常数 灵敏系数通常灵敏系数通常K=2.0左右左右 第17页/共32页18 应变计的种类：应变计的种类：1 1按栅极分有：丝式、箔式、半导体按栅极分有：丝式、箔式、半导体 2 2按基底材料分有：纸基、胶基按基
13、底材料分有：纸基、胶基 3 3按使用极限温度分有：低温、常温、高温按使用极限温度分有：低温、常温、高温 应变计的选用通常应注意以下几项主要技术指标应变计的选用通常应注意以下几项主要技术指标:1 1标距标距l l，敏感栅的有效长度（，敏感栅的有效长度（mmmm）2 2宽度宽度a a，敏感栅的宽度。，敏感栅的宽度。3 3电阻值，电阻值，120120欧姆；（欧姆；（6060060600欧姆应变计欧姆应变计均可使用）均可使用）4 4灵敏系数灵敏系数K K应与应变协调应与应变协调第18页/共32页19 应变计的粘贴技术应变计的粘贴技术 1 1应变片检查分选应变片检查分选 外观外观 阻值检查，相差阻值检查
14、，相差0.5%0.5%（1200.5%=0.61200.5%=0.6欧姆）欧姆）2 2测点处理测点处理 测点检查，打磨，清洗测点检查，打磨，清洗 打底，测线定位打底，测线定位 3 3应变计粘贴：应变计粘贴：上胶、挤压、加压上胶、挤压、加压 4 4固化处理：固化处理：达到胶的强度达到胶的强度 5 5粘贴质量检查粘贴质量检查:外观检查，阻值检查，绝缘度检查外观检查，阻值检查，绝缘度检查（50M500M50M500M）6 6导线连接：导线连接：引起线绝缘，固定点设置，电线焊接引起线绝缘，固定点设置，电线焊接 7 7防潮防护防潮防护第19页/共32页20 八、电阻应变仪八、电阻应变仪 当电阻应变计（片
15、）的长度发生变化时，当电阻应变计（片）的长度发生变化时，其电阻值发生变化，只要我们能够其电阻值发生变化，只要我们能够准确准确的测量的测量电阻值及其变化电阻值及其变化，就可以按，就可以按 式转换得式转换得到应变值，由于结构试验测试的对象应变较小，到应变值，由于结构试验测试的对象应变较小，相应的电阻变化也很小，因此需要用专门的测相应的电阻变化也很小，因此需要用专门的测试装置来检测试装置来检测微小电阻的变化微小电阻的变化。第20页/共32页21 八、电阻应变仪八、电阻应变仪 电阻应变仪电阻应变仪是理想的检测是理想的检测微小电阻变化微小电阻变化的仪的仪器，电阻应变仪是把电阻应变量测系统中放大器，电阻应
16、变仪是把电阻应变量测系统中放大与指示（记录、显示）部分组合在一起的量测与指示（记录、显示）部分组合在一起的量测仪器，主要是由振荡器，测量电路、放大器，仪器，主要是由振荡器，测量电路、放大器，机敏检波器和电源等部分组成，把应变计输出机敏检波器和电源等部分组成，把应变计输出的信号进行转换，放大，检波以至指示或记录。的信号进行转换，放大，检波以至指示或记录。第21页/共32页22 电阻应变仪的原理电阻应变仪的原理:采用采用惠斯登电桥惠斯登电桥，将微小电阻的变化转换，将微小电阻的变化转换为电压的变化。如下图所示。为电压的变化。如下图所示。实际应用的桥路接法有两种实际应用的桥路接法有两种;四个桥臂均外接
17、应变计，四个桥臂均外接应变计，称称全桥接法全桥接法，只，只R1R1和和R2R2为为 外接，外接，R3R3，R4R4为应变仪内为应变仪内 电阻称电阻称半桥接法半桥接法。电桥平衡状态（电桥平衡状态（）条件为条件为 =第22页/共32页23由分压原理可得：由分压原理可得：假定四臂发生的电阻变化分别为、假定四臂发生的电阻变化分别为、则桥路输出电则桥路输出电压增量为：压增量为：第23页/共32页24若若4 4个应变计规格相同个应变计规格相同即即 ，当为半桥测量时，当为半桥测量时，不产生应变，即不产生应变，即 由此可见，电桥的由此可见，电桥的邻臂电阻变化邻臂电阻变化的符号相反，成的符号相反，成相减输出相减
18、输出，对臂电阻变化对臂电阻变化的符号相同，成的符号相同，成相加输相加输出出。第24页/共32页25 电阻应变仪（电阻应变仪（6060点）点）第25页/共32页26 电阻应变仪（电阻应变仪（1010点、手动）点、手动）第26页/共32页271温度补偿技术温度补偿技术 贴有应变片的构件总处在某一温度场中，当贴有应变片的构件总处在某一温度场中，当温温度有变化时度有变化时，会造成应变片敏感栅电阻的变化，从而，会造成应变片敏感栅电阻的变化，从而造成造成电阻的变化电阻的变化，引起应变仪示值的变化（，引起应变仪示值的变化（严重时每严重时每升升11，可达几十微应变，可达几十微应变），必须设法排除，排降温），必
19、须设法排除，排降温度效应影响的措施，称为度效应影响的措施，称为温度补偿。温度补偿。温度补偿并不困难，只要将另一同规格的应变温度补偿并不困难，只要将另一同规格的应变片作为片作为补偿片补偿片，贴在一块与被测试件材料相同但不受，贴在一块与被测试件材料相同但不受力的试件上，即可排除温度效应。接法如下图。力的试件上，即可排除温度效应。接法如下图。第27页/共32页28 温度补偿应变计法桥路连接示意图温度补偿应变计法桥路连接示意图 双工作片温度互补桥路连接意图双工作片温度互补桥路连接意图 该方法不适用于砼等该方法不适用于砼等非匀质材料非匀质材料第28页/共32页29 2 2各种桥路接法各种桥路接法以测量轴向拉、压应变为例，应变计的布置与桥路的接法以测量轴向拉、压应变为例，应变计的布置与桥路的接法如下图所示。如下图所示。(1)(1)(2)(2)第29页/共32页30 (3)(3)第30页/共32页31谢谢！第31页/共32页32感谢您的观看。第32页/共32页