qA橋梁計(jì)量檢測設(shè)備、儀器、儀表的性能及使用1

1、橋梁計(jì)量檢測設(shè)備、儀器、橋梁計(jì)量檢測設(shè)備、儀器、儀表的性能及使用儀表的性能及使用第一講第一講 量測儀表基本概念及其主要技術(shù)指標(biāo)量測儀表基本概念及其主要技術(shù)指標(biāo)1量測儀表的基本組成量測儀表的基本組成放大部分放大部分作用是將感受部分傳來的被測參數(shù)，通過各種方式（如機(jī)械式作用是將感受部分傳來的被測參數(shù)，通過各種方式（如機(jī)械式齒輪、杠桿、電子放大線路或光學(xué)放大等）進(jìn)行放大，然后傳給記錄顯齒輪、杠桿、電子放大線路或光學(xué)放大等）進(jìn)行放大，然后傳給記錄顯示部分。示部分。記錄顯示部分記錄顯示部分將放大部分傳來的量測結(jié)果，通過指針、電子數(shù)碼管、屏將放大部分傳來的量測結(jié)果，通過指針、電子數(shù)碼管、屏幕進(jìn)行顯示，或通

2、過各種記錄設(shè)備將試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線記錄下來。幕進(jìn)行顯示，或通過各種記錄設(shè)備將試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線記錄下來。感受部分感受部分一般都直接與一般都直接與被測對象接觸或直接附被測對象接觸或直接附著在被測對象上，用來著在被測對象上，用來感受被測對象的參數(shù)變感受被測對象的參數(shù)變化。經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳給放大化。經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳給放大部分。部分。2. 量測儀表的主要技術(shù)性能指標(biāo)量測儀表的主要技術(shù)性能指標(biāo) （1）刻度值刻度值a：設(shè)置有指示裝置的儀表，一般都配有分度，設(shè)置有指示裝置的儀表，一般都配有分度，刻度值是指分度表上每一最小刻度所代表的被測量的數(shù)值。刻度值是指分度表上每一最小刻度所代表的被測量的數(shù)值。即儀器的最小分度值。刻度值的倒

3、數(shù)為該表的放大率，即即儀器的最小分度值。刻度值的倒數(shù)為該表的放大率，即v=1/a。 （2)2)量程量程s：是指測量上限和下限的代數(shù)差，即儀表刻度盤上：是指測量上限和下限的代數(shù)差，即儀表刻度盤上的上限值減去下限值。也稱為儀器儀表可量測的最大范圍。的上限值減去下限值。也稱為儀器儀表可量測的最大范圍。s=xmax-xmin。通常下限。通常下限xmin=0，故，故s=xmax。 (3)靈敏度靈敏度k：是指某實(shí)際物理量的單位輸出增量：是指某實(shí)際物理量的單位輸出增量y與輸入增與輸入增量量x的比值，即的比值，即k=y/x?；虮粶y量的單位變化引起儀器示。或被測量的單位變化引起儀器示值的變化值。單位輸入量所引起

4、的儀表示值的變化。（如輸值的變化值。單位輸入量所引起的儀表示值的變化。（如輸入入10個(gè)個(gè)，指針偏轉(zhuǎn)，指針偏轉(zhuǎn)11，則靈敏系數(shù)為，則靈敏系數(shù)為1.1）（4）分辨率分辨率：使儀器儀表示值發(fā)生變化餓最小輸入量：使儀器儀表示值發(fā)生變化餓最小輸入量的變化值。是儀器儀表測量被測物理量最小變化值的能的變化值。是儀器儀表測量被測物理量最小變化值的能力。力。（5）滯后滯后：在恒定的環(huán)境下，某一輸入量從起始量程：在恒定的環(huán)境下，某一輸入量從起始量程增至最大量程，再由最大量程減至最小量程，正反兩個(gè)增至最大量程，再由最大量程減至最小量程，正反兩個(gè)行程輸出值之間的偏差稱為滯后。滯后常用全量程中的行程輸出值之間的偏差稱為

5、滯后。滯后常用全量程中的最大滯后值與滿量程輸出值之比來表示。最大滯后值與滿量程輸出值之比來表示。（6）精確度（精度）精確度（精度）：它是精密度和準(zhǔn)確度的綜合反：它是精密度和準(zhǔn)確度的綜合反映。是指儀表指示值與被測值的符合程度。常用滿量程映。是指儀表指示值與被測值的符合程度。常用滿量程的相對誤差來表示，儀表精度高，說明隨機(jī)誤差和系統(tǒng)的相對誤差來表示，儀表精度高，說明隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差小，誤差越小，精度越高，工程應(yīng)用中，為簡單表誤差小，誤差越小，精度越高，工程應(yīng)用中，為簡單表示儀表測量結(jié)果的可靠程度，可用儀表精確等級示儀表測量結(jié)果的可靠程度，可用儀表精確等級a表示：表示：a=（gmax/s）100%

6、。gmax最大絕對允許最大絕對允許誤差。誤差。（7）可靠性可靠性：在規(guī)定的條件下，（滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)）在規(guī)定的條件下，（滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)）滿足給定的誤差極限范圍內(nèi)連續(xù)工作的可能性，或者說構(gòu)滿足給定的誤差極限范圍內(nèi)連續(xù)工作的可能性，或者說構(gòu)成儀表的元件或部件的功能隨時(shí)間的增長仍能保持穩(wěn)定的成儀表的元件或部件的功能隨時(shí)間的增長仍能保持穩(wěn)定的程度。程度。（8）零位溫飄和滿量程熱漂移：）零位溫飄和滿量程熱漂移：零位溫飄零位溫飄：是指當(dāng)儀表的工作環(huán)境不為：是指當(dāng)儀表的工作環(huán)境不為20時(shí)，零位輸時(shí)，零位輸出隨溫度的變化率。出隨溫度的變化率。滿量程熱漂移滿量程熱漂移：是指當(dāng)儀表的工作環(huán)境不為：是指當(dāng)儀表

7、的工作環(huán)境不為20時(shí)，滿時(shí)，滿量程輸出隨溫度的變化率。它們都是溫度變化的函數(shù)。量程輸出隨溫度的變化率。它們都是溫度變化的函數(shù)。（9）線性范圍線性范圍：保持儀器的輸入量和輸出信號為線性關(guān)：保持儀器的輸入量和輸出信號為線性關(guān)系時(shí)，輸入量的允許變化范圍。系時(shí)，輸入量的允許變化范圍。（10）線性度線性度：儀表使用時(shí)的校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線儀表使用時(shí)的校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線的接近程度。用校準(zhǔn)曲線和擬合直線的最大偏差與滿量程的接近程度。用校準(zhǔn)曲線和擬合直線的最大偏差與滿量程輸出的百分比表示。在動態(tài)量測中，對儀表的線性度應(yīng)嚴(yán)輸出的百分比表示。在動態(tài)量測中，對儀表的線性度應(yīng)嚴(yán)格要求，否則對測量結(jié)果引起較大誤差

8、。格要求，否則對測量結(jié)果引起較大誤差。3.儀表的量測方法儀表的量測方法 （1）直接測量法和間接測量法。）直接測量法和間接測量法。 直接測量法直接測量法：用一個(gè)事先按標(biāo)準(zhǔn)量分度的測量儀表對某一被測的量進(jìn)行：用一個(gè)事先按標(biāo)準(zhǔn)量分度的測量儀表對某一被測的量進(jìn)行直接測定，從而得出該量的數(shù)值。直接測定，從而得出該量的數(shù)值。 間接測量間接測量：不直接測量待求量：不直接測量待求量x，而是對與待求量，而是對與待求量x有確切函數(shù)關(guān)系的其有確切函數(shù)關(guān)系的其他物理量他物理量y1、y2、y3yn進(jìn)行直接測量進(jìn)行直接測量,然后通過已知函數(shù)關(guān)系式求待然后通過已知函數(shù)關(guān)系式求待求量求量x的值的值.即。如測應(yīng)力：即。如測應(yīng)力

9、： 。 （2）偏位測定法與零位測定法，均屬于直接測量法。）偏位測定法與零位測定法，均屬于直接測量法。 偏位測定法偏位測定法：當(dāng)測量儀表是用指針相對于刻度線的偏位來直接表示被測：當(dāng)測量儀表是用指針相對于刻度線的偏位來直接表示被測量的大小時(shí)，這種測量方法就是偏位測定法。用偏位法測量時(shí)，指針式儀量的大小時(shí)，這種測量方法就是偏位測定法。用偏位法測量時(shí)，指針式儀表內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)量具，而只設(shè)有經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)量具標(biāo)定過的刻度尺，刻度尺的精表內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)量具，而只設(shè)有經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)量具標(biāo)定過的刻度尺，刻度尺的精度不可能做得很高，故測量精度不高。如百分表、動態(tài)應(yīng)變儀等。度不可能做得很高，故測量精度不高。如百分表、動態(tài)應(yīng)變儀等。

10、零位測定法零位測定法：是使被測量：是使被測量x和某已知標(biāo)準(zhǔn)量對儀表的指零機(jī)構(gòu)的作用達(dá)和某已知標(biāo)準(zhǔn)量對儀表的指零機(jī)構(gòu)的作用達(dá)到平衡，即兩個(gè)作用的總效應(yīng)為零。即。在零位測定法中測量結(jié)果的誤差到平衡，即兩個(gè)作用的總效應(yīng)為零。即。在零位測定法中測量結(jié)果的誤差主要取決于標(biāo)準(zhǔn)量的誤差，因而測量精度高于偏位法，但操作速度慢。如主要取決于標(biāo)準(zhǔn)量的誤差，因而測量精度高于偏位法，但操作速度慢。如天平、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀等。天平、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀等。e4.量測儀表的選用原則量測儀表的選用原則 （1）儀表性能滿足試驗(yàn)的具體要求，如合適的靈敏度、足夠）儀表性能滿足試驗(yàn)的具體要求，如合適的靈敏度、足夠的精度和量程。的精度和量程

11、。 精度：精度：應(yīng)使儀表的最小刻度值（即最大誤差）應(yīng)使儀表的最小刻度值（即最大誤差）被測值的被測值的5%； 量程：量程：以選用最大被測值的以選用最大被測值的1.252.0倍為好，或使最大被測值在儀表的倍為好，或使最大被測值在儀表的2/3量程量程范圍附近，以防破壞。范圍附近，以防破壞。（2）動態(tài)量測儀表其線性范圍、頻響特性、相移特性等均應(yīng)）動態(tài)量測儀表其線性范圍、頻響特性、相移特性等均應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。滿足試驗(yàn)要求。（3）對于安裝在結(jié)構(gòu)上的儀表或傳感器，要求體積小、自重）對于安裝在結(jié)構(gòu)上的儀表或傳感器，要求體積小、自重輕，不影響結(jié)構(gòu)的工作性能和受力。輕，不影響結(jié)構(gòu)的工作性能和受力。（4）同一試驗(yàn)中

12、選用的儀器儀表種類、規(guī)格盡可能少，以便）同一試驗(yàn)中選用的儀器儀表種類、規(guī)格盡可能少，以便統(tǒng)一數(shù)據(jù)的精度，簡化量測數(shù)據(jù)的整理工作和避免差錯(cuò)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)的精度，簡化量測數(shù)據(jù)的整理工作和避免差錯(cuò)。（5）儀器儀表對環(huán)境的適應(yīng)性要強(qiáng)且使用方便，工作可靠和）儀器儀表對環(huán)境的適應(yīng)性要強(qiáng)且使用方便，工作可靠和經(jīng)濟(jì)耐用。經(jīng)濟(jì)耐用。5.儀器的誤差及其消除方法儀器的誤差及其消除方法(1)儀器誤差（偶然誤差和系統(tǒng)誤差）儀器誤差（偶然誤差和系統(tǒng)誤差）儀器本身的誤差屬于系統(tǒng)誤差范疇，主要是由于儀表在生儀器本身的誤差屬于系統(tǒng)誤差范疇，主要是由于儀表在生產(chǎn)工藝上或設(shè)計(jì)上的缺陷造成的。產(chǎn)工藝上或設(shè)計(jì)上的缺陷造成的。系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的

13、規(guī)律可區(qū)分為：（系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的規(guī)律可區(qū)分為：（1）定值誤差）定值誤差誤差大小誤差大小和符號保持不變的，如刻度不準(zhǔn)確。（和符號保持不變的，如刻度不準(zhǔn)確。（2）變值誤差）變值誤差較為較為復(fù)雜，有累進(jìn)誤差和周期誤差等。復(fù)雜，有累進(jìn)誤差和周期誤差等。(2)消除系統(tǒng)誤差的方法消除系統(tǒng)誤差的方法量測儀表的定期率定量測儀表的定期率定 1）儀表率定的概念：為了確定儀表的精確度或換算系數(shù)，）儀表率定的概念：為了確定儀表的精確度或換算系數(shù)，定出其誤差，需將儀表示值與標(biāo)準(zhǔn)量相比較，這種工作就定出其誤差，需將儀表示值與標(biāo)準(zhǔn)量相比較，這種工作就稱為儀表的率定。稱為儀表的率定。 2）儀表率定的方法：）儀表率定的方法：在專

14、門率定設(shè)備上率定，這種設(shè)備能產(chǎn)生一個(gè)已知標(biāo)準(zhǔn)在專門率定設(shè)備上率定，這種設(shè)備能產(chǎn)生一個(gè)已知標(biāo)準(zhǔn)量的變化，把它和被率定儀器的示值作比較，求出被率定量的變化，把它和被率定儀器的示值作比較，求出被率定儀器的刻度值。儀器的刻度值。采用和被率定儀器同一等級的采用和被率定儀器同一等級的“標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”儀器進(jìn)行比較來率定。儀器進(jìn)行比較來率定?！皹?biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”儀器精度并不高，但不常用，可認(rèn)為該儀器的度量儀器精度并不高，但不常用，可認(rèn)為該儀器的度量性能技術(shù)指標(biāo)可保持不變，準(zhǔn)確度已知。這種方法率定結(jié)果性能技術(shù)指標(biāo)可保持不變，準(zhǔn)確度已知。這種方法率定結(jié)果的準(zhǔn)確性稍差，但不需要特殊的率定設(shè)備。比較常用。的準(zhǔn)確性稍差，但不需要特

15、殊的率定設(shè)備。比較常用。利用標(biāo)準(zhǔn)試件率定儀器，將標(biāo)準(zhǔn)試件放在實(shí)驗(yàn)機(jī)上加載，使利用標(biāo)準(zhǔn)試件率定儀器，將標(biāo)準(zhǔn)試件放在實(shí)驗(yàn)機(jī)上加載，使標(biāo)準(zhǔn)試件產(chǎn)生已知的變化量，根據(jù)變化量可求出安裝在試件標(biāo)準(zhǔn)試件產(chǎn)生已知的變化量，根據(jù)變化量可求出安裝在試件的被率定儀器的誤差，此方法準(zhǔn)確度不高，但簡單，易實(shí)現(xiàn)，的被率定儀器的誤差，此方法準(zhǔn)確度不高，但簡單，易實(shí)現(xiàn)，故廣泛采用。故廣泛采用。 了解構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力分布情況，特別是結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面的應(yīng)力分了解構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力分布情況，特別是結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面的應(yīng)力分布及最大應(yīng)力值是評定結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是建立布及最大應(yīng)力值是評定結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是建立結(jié)構(gòu)理論的重要依據(jù)。結(jié)構(gòu)理

16、論的重要依據(jù)。 測量的方法主要有：測量的方法主要有：1.應(yīng)變機(jī)測法；應(yīng)變機(jī)測法；2.應(yīng)變電測法；應(yīng)變電測法；3.應(yīng)變應(yīng)變光測法。光測法。第二講第二講 應(yīng)變（力）測量儀器應(yīng)變（力）測量儀器1應(yīng)變機(jī)測法應(yīng)變機(jī)測法 1）手持應(yīng)變儀）手持應(yīng)變儀(接觸式接觸式千分表應(yīng)變儀千分表應(yīng)變儀)主要組成：兩個(gè)彈簧片連主要組成：兩個(gè)彈簧片連接兩個(gè)剛性骨架，兩個(gè)剛接兩個(gè)剛性骨架，兩個(gè)剛性骨架可做無摩擦的相對性骨架可做無摩擦的相對移動，骨架兩端附帶有錐移動，骨架兩端附帶有錐形插軸，進(jìn)行測量時(shí)將錐形插軸，進(jìn)行測量時(shí)將錐形插軸插入結(jié)構(gòu)表面預(yù)留形插軸插入結(jié)構(gòu)表面預(yù)留的空穴里。的空穴里。ll / e1-剛性骨架；剛性骨架；2-

17、插軸；插軸；3-骨架外凸緣；骨架外凸緣；4-千分表測桿；千分表測桿；5-薄鋼片；薄鋼片；6-千分表千分表圖圖3.2 手持應(yīng)變儀構(gòu)造示意圖手持應(yīng)變儀構(gòu)造示意圖1應(yīng)變機(jī)測法應(yīng)變機(jī)測法 ( (1）手持應(yīng)變儀）手持應(yīng)變儀(接觸式千分接觸式千分表應(yīng)變儀表應(yīng)變儀)工作原理如圖工作原理如圖3.3所示。所示。 圖圖3.3 手持應(yīng)變儀工作原理示意圖手持應(yīng)變儀工作原理示意圖llhah)2/(2其中 a試件表面至腳標(biāo)孔穴底的距離； h試件截面高度。1應(yīng)變機(jī)測法應(yīng)變機(jī)測法 ( (2）單杠桿應(yīng)變儀（杠焊式）單杠桿應(yīng)變儀（杠焊式應(yīng)變儀）應(yīng)變儀） 如圖如圖3.4所，它由剛性桿所，它由剛性桿（一端帶固定刀口）、杠桿（一端帶固

18、定刀口）、杠桿（一端帶活動刀口）和千分（一端帶活動刀口）和千分表組成，構(gòu)件變形后活動刀表組成，構(gòu)件變形后活動刀口以口以b點(diǎn)為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，經(jīng)杠點(diǎn)為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，經(jīng)杠桿放大后由千分表測出。桿放大后由千分表測出。 1-固定刀口；固定刀口；2-活動刀口；活動刀口；3-千分表；千分表；4-杠桿；杠桿；5-剛性桿剛性桿圖圖3.4 3.4 單杠桿應(yīng)變儀單杠桿應(yīng)變儀1應(yīng)變機(jī)測法應(yīng)變機(jī)測法 ( (3）雙杠桿引伸儀）雙杠桿引伸儀 如圖如圖3.5所，杠桿引伸儀是利用所，杠桿引伸儀是利用杠桿放大原理而制成的量測應(yīng)變的杠桿放大原理而制成的量測應(yīng)變的儀器。其構(gòu)造原理是由活動刀口組儀器。其構(gòu)造原理是由活動刀口組成第一支杠桿，指針

19、為第二支杠桿，成第一支杠桿，指針為第二支杠桿，標(biāo)距標(biāo)距l(xiāng)內(nèi)長度有變化時(shí)，第一支杠內(nèi)長度有變化時(shí)，第一支杠桿活動刀口旋轉(zhuǎn)，推動第二支杠桿桿活動刀口旋轉(zhuǎn)，推動第二支杠桿轉(zhuǎn)動，經(jīng)第二支杠桿放大后，讀數(shù)轉(zhuǎn)動，經(jīng)第二支杠桿放大后，讀數(shù)指示在刻度盤上。指示在刻度盤上。 圖圖3.5 3.5 雙杠桿引伸儀雙杠桿引伸儀h1h3h4lzh2lx工作原理為：工作原理為：儀器的放大率儀器的放大率 : 試件的應(yīng)變?yōu)椋涸嚰膽?yīng)變?yōu)椋?21hhxl34hhxz3124hhhhlzvlvzll2應(yīng)變電測法應(yīng)變電測法 電測應(yīng)變儀主要有振弦式、電磁感應(yīng)式、壓電式、電容式等。用電電測應(yīng)變儀主要有振弦式、電磁感應(yīng)式、壓電式、電容式等

20、。用電阻應(yīng)變片測應(yīng)變是其中最基本、最常用的應(yīng)變傳感器。阻應(yīng)變片測應(yīng)變是其中最基本、最常用的應(yīng)變傳感器。(1) 電測法概念電測法概念 在量測過程中，常將某些物理量發(fā)生的變化，先變換為電量的變在量測過程中，常將某些物理量發(fā)生的變化，先變換為電量的變化，然后用量電器進(jìn)行量測，這種方法稱為電測法或非電量的量測化，然后用量電器進(jìn)行量測，這種方法稱為電測法或非電量的量測技術(shù)。技術(shù)。(2) 應(yīng)變電測法的概念應(yīng)變電測法的概念 在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，因結(jié)構(gòu)受到外荷載或受溫度及約束等原因而產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，因結(jié)構(gòu)受到外荷載或受溫度及約束等原因而產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)闄C(jī)械量，用量電器量測非電量，首先必須把非電量轉(zhuǎn)應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)闄C(jī)械

21、量，用量電器量測非電量，首先必須把非電量轉(zhuǎn)換為電量的變化，然后才能用量電器量測，量測由應(yīng)變引起的電量換為電量的變化，然后才能用量電器量測，量測由應(yīng)變引起的電量的變化稱為應(yīng)變電測法。的變化稱為應(yīng)變電測法。例如：例如： 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片 測量電路測量電路 放大電路放大電路 指示器指示器或記錄儀或記錄儀ru2應(yīng)變電測法應(yīng)變電測法 (3) 應(yīng)變電測法的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)變電測法的優(yōu)點(diǎn) 1）靈敏度和準(zhǔn)確度高，測量范圍大）靈敏度和準(zhǔn)確度高，測量范圍大=10-61110010-6； 2）變換元件體積小、質(zhì)量輕；）變換元件體積小、質(zhì)量輕； 3）對環(huán)境適應(yīng)性好，可在高溫、高壓及水中進(jìn)行；）對環(huán)境適應(yīng)性好，可在高溫、高壓

22、及水中進(jìn)行； 4）適用性好。）適用性好。(4) 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理 圖圖3.6 金屬絲的電阻應(yīng)變原理金屬絲的電阻應(yīng)變原理daardllrdrdralradaldldrdr0)21 ()21 (kcrdr)21 ()21 (0 ck其中其中k0稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，它是由電阻絲的材料系數(shù)稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，它是由電阻絲的材料系數(shù)c和泊松比和泊松比v確定。確定。 3鋼弦式傳感器鋼弦式傳感器 (1)(1)鋼弦式傳感器的工作原理鋼弦式傳感器的工作原理 鋼弦式傳感器是以被張緊的鋼弦作為敏感元鋼弦式傳感器是以被張緊的鋼弦作為敏感元件，利用其固有頻率與張拉力的函數(shù)關(guān)系，根件，利用其固

23、有頻率與張拉力的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)固有頻率的變化來反映外界作用力的大小。據(jù)固有頻率的變化來反映外界作用力的大小。鋼弦式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖鋼弦式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3.22所示。所示。 振弦固定在上、下兩夾塊之間，用固緊螺釘固緊，振弦固定在上、下兩夾塊之間，用固緊螺釘固緊，給弦加一定的初始張力給弦加一定的初始張力t。在弦的中間固定著軟鐵塊，。在弦的中間固定著軟鐵塊，永久磁鐵和線圈構(gòu)成弦的激勵(lì)器，同時(shí)又兼作弦的永久磁鐵和線圈構(gòu)成弦的激勵(lì)器，同時(shí)又兼作弦的拾振器。夾塊和膜片相連而感受壓力拾振器。夾塊和膜片相連而感受壓力p。 由圖由圖3.22可知可知,若使弦按固有頻率振動，必須首先若使弦按固

24、有頻率振動，必須首先給弦以激勵(lì)力，振弦是依靠線圈中的電流脈沖所產(chǎn)給弦以激勵(lì)力，振弦是依靠線圈中的電流脈沖所產(chǎn)生的電磁吸引力來產(chǎn)生激勵(lì)作用。生的電磁吸引力來產(chǎn)生激勵(lì)作用。線圈中將產(chǎn)生與線圈中將產(chǎn)生與弦的振動同頻率的交變電勢輸出。這樣通過測量感弦的振動同頻率的交變電勢輸出。這樣通過測量感應(yīng)電勢的頻率即可檢測振弦張力的大小。應(yīng)電勢的頻率即可檢測振弦張力的大小。 1-夾具；夾具；2-振弦；振弦；3-永久磁鐵；永久磁鐵；4-線圈；線圈；5-螺釘；螺釘；6-軟磁鐵；軟磁鐵；7-膜片。膜片。圖圖3.22 鋼弦式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖鋼弦式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖3鋼弦式傳感器鋼弦式傳感器 工程中常用的鋼弦式傳感器有：鋼弦

25、式應(yīng)變傳感器、鋼弦式壓力傳感器、工程中常用的鋼弦式傳感器有：鋼弦式應(yīng)變傳感器、鋼弦式壓力傳感器、鋼弦式荷載傳感器和鋼弦式位移傳感器。鋼弦式荷載傳感器和鋼弦式位移傳感器。（2 2）鋼弦式應(yīng)變傳感器）鋼弦式應(yīng)變傳感器圖圖3.23 鋼弦式應(yīng)變傳感器鋼弦式應(yīng)變傳感器鋼弦式應(yīng)變傳感器測試技術(shù)具有以下較為突出的特點(diǎn)：鋼弦式應(yīng)變傳感器測試技術(shù)具有以下較為突出的特點(diǎn)：（1）分辨率高，測量結(jié)果精確、可靠。目前常用的鋼弦應(yīng)變傳感器分辨率）分辨率高，測量結(jié)果精確、可靠。目前常用的鋼弦應(yīng)變傳感器分辨率可達(dá)到可達(dá)到0.1。（2）不易受溫度和電磁場等的影響，特別是野外測量時(shí)抗干擾性能好。）不易受溫度和電磁場等的影響，特別

26、是野外測量時(shí)抗干擾性能好。（3）易于實(shí)現(xiàn)測試過程中的全自動化數(shù)據(jù)采集、多點(diǎn)同步測量、遠(yuǎn)距離測）易于實(shí)現(xiàn)測試過程中的全自動化數(shù)據(jù)采集、多點(diǎn)同步測量、遠(yuǎn)距離測量和遙控檢測。量和遙控檢測。（4）現(xiàn)場操作方便，測試方法易于掌握。）現(xiàn)場操作方便，測試方法易于掌握。3鋼弦式傳感器鋼弦式傳感器 （2 2）鋼弦式應(yīng)變傳感器）鋼弦式應(yīng)變傳感器 鋼弦式應(yīng)變傳感器測試技術(shù)優(yōu)點(diǎn)雖然很突出，但也存在以下較為明顯的鋼弦式應(yīng)變傳感器測試技術(shù)優(yōu)點(diǎn)雖然很突出，但也存在以下較為明顯的不足之處：不足之處：（1）應(yīng)變計(jì)標(biāo)距較大，一般為）應(yīng)變計(jì)標(biāo)距較大，一般為100200mm，不能用于測量應(yīng)力梯度較大，不能用于測量應(yīng)力梯度較大的應(yīng)變，

27、也不能用于測量較小尺寸構(gòu)件的應(yīng)變，如小比例的模型試驗(yàn)。的應(yīng)變，也不能用于測量較小尺寸構(gòu)件的應(yīng)變，如小比例的模型試驗(yàn)。（2）響應(yīng)速度較慢，不能用于動態(tài)和瞬態(tài)應(yīng)變測量。）響應(yīng)速度較慢，不能用于動態(tài)和瞬態(tài)應(yīng)變測量。（3）量程范圍較小，一般為）量程范圍較小，一般為-1500+1500,不能用于大應(yīng)變的測量。不能用于大應(yīng)變的測量。（4）測試元件及儀器成本較高。）測試元件及儀器成本較高。 鋼弦式應(yīng)變傳感器工作原理是：在微幅振動條件下，鋼弦的自振頻率與鋼弦式應(yīng)變傳感器工作原理是：在微幅振動條件下，鋼弦的自振頻率與鋼弦應(yīng)力有如下關(guān)系：鋼弦應(yīng)力有如下關(guān)系：lf212kf24lk 上式可變換為：上式可變換為：常數(shù)

28、常數(shù) 從上式可發(fā)現(xiàn)，鋼弦應(yīng)力與其自振頻率的平方成正比，常數(shù)可通過標(biāo)定求從上式可發(fā)現(xiàn)，鋼弦應(yīng)力與其自振頻率的平方成正比，常數(shù)可通過標(biāo)定求得。經(jīng)過標(biāo)定得到應(yīng)變得。經(jīng)過標(biāo)定得到應(yīng)變頻率關(guān)系：頻率關(guān)系： )(202affk3鋼弦式傳感器鋼弦式傳感器 （2 2）鋼弦式應(yīng)變傳感器）鋼弦式應(yīng)變傳感器鋼弦式應(yīng)變傳感器分為鋼弦式表面應(yīng)變傳感器、鋼弦式鋼筋應(yīng)力傳感器和鋼鋼弦式應(yīng)變傳感器分為鋼弦式表面應(yīng)變傳感器、鋼弦式鋼筋應(yīng)力傳感器和鋼弦式內(nèi)部應(yīng)變傳感器。弦式內(nèi)部應(yīng)變傳感器。1）鋼弦式表面應(yīng)變傳感器）鋼弦式表面應(yīng)變傳感器圖圖3-22 鋼弦式表面應(yīng)變傳感器鋼弦式表面應(yīng)變傳感器 圖圖3-23 國產(chǎn)鋼弦應(yīng)變讀數(shù)儀國產(chǎn)鋼弦

29、應(yīng)變讀數(shù)儀3鋼弦式傳感器鋼弦式傳感器 （2 2）鋼弦式應(yīng)變傳感器）鋼弦式應(yīng)變傳感器2）鋼弦式內(nèi)部應(yīng)變傳感器）鋼弦式內(nèi)部應(yīng)變傳感器圖圖3-22 鋼弦埋入式應(yīng)變傳感器鋼弦埋入式應(yīng)變傳感器 圖圖3-23 進(jìn)口鋼弦應(yīng)變讀數(shù)儀進(jìn)口鋼弦應(yīng)變讀數(shù)儀( (1）應(yīng)變片的構(gòu)造（以絲繞式為例）應(yīng)變片的構(gòu)造（以絲繞式為例） 1- -敏感柵；敏感柵；2- -引出線；引出線；3- -粘合劑；粘合劑；4- -覆蓋層；覆蓋層；5- -基底基底圖圖3.7電阻應(yīng)變片的構(gòu)造電阻應(yīng)變片的構(gòu)造( (2）電阻應(yīng)變片的分類）電阻應(yīng)變片的分類按絲柵材料分類：按絲柵材料分類：a)半導(dǎo)體應(yīng)變片（體型半導(dǎo)體應(yīng)變片、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片、薄膜型半導(dǎo)體

30、半導(dǎo)體應(yīng)變片（體型半導(dǎo)體應(yīng)變片、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片、薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片）。應(yīng)變片）。b)金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片體型應(yīng)變片體型應(yīng)變片箔式應(yīng)變片（箔式應(yīng)變片（=0.0020.005mm金屬箔）、絲金屬箔）、絲式應(yīng)變片式應(yīng)變片=0.0150.05mm（絲繞式、短接式）（絲繞式、短接式） 、金屬薄膜應(yīng)變片、金屬薄膜應(yīng)變片 第四講第四講 電阻應(yīng)變儀及測量電路與應(yīng)變片的粘貼電阻應(yīng)變儀及測量電路與應(yīng)變片的粘貼1、電阻應(yīng)變片、電阻應(yīng)變片(2）電阻應(yīng)變片的分類）電阻應(yīng)變片的分類按基底材料分類：按基底材料分類： a)紙基應(yīng)變片；紙基應(yīng)變片；b)膠基應(yīng)變片；膠基應(yīng)變片；c)金屬片基應(yīng)變片；金屬片基應(yīng)變片；d)臨時(shí)基底

31、應(yīng)變片。臨時(shí)基底應(yīng)變片。按溫度場分類：按溫度場分類： 低溫應(yīng)變片（低溫應(yīng)變片（-30）；常溫應(yīng)變片（）；常溫應(yīng)變片（-3060）；中溫應(yīng)變片）；中溫應(yīng)變片（60350）；高溫應(yīng)變片（）；高溫應(yīng)變片（350）。）。(3）電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)）電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，尺寸小，重量輕，粘貼牢固，適用于各種溫度場和外部環(huán)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，尺寸小，重量輕，粘貼牢固，適用于各種溫度場和外部環(huán)境。境。缺點(diǎn)：不能重復(fù)使用，粘貼工作量大，估計(jì)參數(shù)不精確，具有近似性。缺點(diǎn)：不能重復(fù)使用，粘貼工作量大，估計(jì)參數(shù)不精確，具有近似性。(4）電阻應(yīng)變片的主要技術(shù)性能指標(biāo)）電阻應(yīng)變片的主要技術(shù)性能指標(biāo)a）靈敏系數(shù)）靈敏系

32、數(shù) b）標(biāo)距；）標(biāo)距；c）使用面積；）使用面積；d）電阻值；）電阻值；e）應(yīng)變）應(yīng)變極限；極限；f）絕緣電阻；）絕緣電阻；g）零飄；）零飄；h）蠕變）蠕變 ；i）機(jī)械滯后；）機(jī)械滯后； j）疲勞壽命；）疲勞壽命； k）溫度適用范圍溫度適用范圍 xrrk/ )(（1）應(yīng)變片的選擇與檢查）應(yīng)變片的選擇與檢查 (5(5）電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)）電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 檢查：檢查：外觀外觀，用目測或放大鏡觀看，應(yīng)剔除應(yīng)變片絲柵中有形狀，用目測或放大鏡觀看，應(yīng)剔除應(yīng)變片絲柵中有形狀缺陷，片內(nèi)有氣泡、霉斑、銹點(diǎn)等缺陷的片；缺陷，片內(nèi)有氣泡、霉斑、銹點(diǎn)等缺陷的片；阻值阻值，應(yīng)剔除斷路或應(yīng)剔除斷路或短路的片，每片

33、阻值相差不得超過儀器可調(diào)平衡的允許范圍。短路的片，每片阻值相差不得超過儀器可調(diào)平衡的允許范圍。 選擇：應(yīng)根據(jù)被測試件所處的環(huán)境條件，如：溫度、濕度、被測材料、結(jié)選擇：應(yīng)根據(jù)被測試件所處的環(huán)境條件，如：溫度、濕度、被測材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、檢測的性質(zhì)和應(yīng)變的范圍等來確定。構(gòu)特點(diǎn)、檢測的性質(zhì)和應(yīng)變的范圍等來確定。 1）標(biāo)距）標(biāo)距：在應(yīng)變場變化大處或用于傳感器上時(shí)，應(yīng)選用小標(biāo)距的應(yīng)變片，：在應(yīng)變場變化大處或用于傳感器上時(shí)，應(yīng)選用小標(biāo)距的應(yīng)變片，如鋼結(jié)構(gòu)常用如鋼結(jié)構(gòu)常用520mm。在不均勻材料上應(yīng)選用大標(biāo)距的應(yīng)變片，如混凝土。在不均勻材料上應(yīng)選用大標(biāo)距的應(yīng)變片，如混凝土材料常用材料常用80150mm。 2）

34、應(yīng)變片電阻）應(yīng)變片電阻：選用時(shí)應(yīng)注意與應(yīng)變儀相一致。：選用時(shí)應(yīng)注意與應(yīng)變儀相一致。 3）靈敏系數(shù)）靈敏系數(shù)：調(diào)整應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)與應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一致。：調(diào)整應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)與應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一致。 4）基底種類）基底種類：較為常見的有紙基和膠基兩種。常溫下的一般測試可用紙基應(yīng)：較為常見的有紙基和膠基兩種。常溫下的一般測試可用紙基應(yīng)變片；對于野外試驗(yàn)及長期穩(wěn)定性要求較高的試驗(yàn)，宜用膠基應(yīng)變片。變片；對于野外試驗(yàn)及長期穩(wěn)定性要求較高的試驗(yàn)，宜用膠基應(yīng)變片。 5）敏感柵材料）敏感柵材料：康銅絲材料的溫度穩(wěn)定性較好，適用于大應(yīng)變測量。：康銅絲材料的溫度穩(wěn)定性較好，適用于大應(yīng)變測量。 6）特殊環(huán)境和要

35、求）特殊環(huán)境和要求選用特種應(yīng)變片，如低溫應(yīng)變片、高溫應(yīng)變片、裂紋擴(kuò)展選用特種應(yīng)變片，如低溫應(yīng)變片、高溫應(yīng)變片、裂紋擴(kuò)展片、疲勞壽命片等。片、疲勞壽命片等。 擠壓：擠壓：在片上蓋上玻璃紙，用手指沿一個(gè)方向滾壓，擠出多余的在片上蓋上玻璃紙，用手指沿一個(gè)方向滾壓，擠出多余的膠水和氣泡。膠水和氣泡。 加壓：加壓：用手指輕壓片，直到粘住為止。用手指輕壓片，直到粘住為止。 3)3)固化處理固化處理 分自然干燥或人工固化。分自然干燥或人工固化。 4)4)粘貼質(zhì)量檢查粘貼質(zhì)量檢查 分外觀、阻值及絕緣度檢查。分外觀、阻值及絕緣度檢查。 5)5)接線：分三步接線：分三步 固定點(diǎn)設(shè)置固定點(diǎn)設(shè)置 引出線絕緣引出線絕緣

36、 導(dǎo)線焊接導(dǎo)線焊接 （2）貼片）貼片 1)1)測點(diǎn)表面的處理測點(diǎn)表面的處理 鋼筋：除銹、刨光并用砂紙打成與測量方向呈鋼筋：除銹、刨光并用砂紙打成與測量方向呈45450 0交叉細(xì)紋，交叉細(xì)紋，用丙酮清洗干凈。用丙酮清洗干凈。 砼：先找平，再用砂布打平并用丙酮溶液清洗干凈。砼：先找平，再用砂布打平并用丙酮溶液清洗干凈。 2)2)貼片貼片 上膠：上膠：膠水均勻而薄地在基底面上涂一層，稍后，當(dāng)膠水發(fā)膠水均勻而薄地在基底面上涂一層，稍后，當(dāng)膠水發(fā)粘時(shí)順著受力方向?qū)χ蟹藕?。粘時(shí)順著受力方向?qū)χ蟹藕?。? 3）防潮防水處理）防潮防水處理1)1)拌制防潮劑拌制防潮劑 常用的防潮劑有環(huán)氧樹脂與聚酰胺按常用的防潮

37、劑有環(huán)氧樹脂與聚酰胺按2 2：1 1或或3 3：2 2攪拌均勻，攪拌均勻，配制而成，還可用石臘與凡士林按配制而成，還可用石臘與凡士林按1 1：1 1配制，加熱熔化成液體，配制，加熱熔化成液體，冷卻后使用。冷卻后使用。2)2)涂抹：將防潮劑均勻地涂在應(yīng)變片上，后用紗布一層層纏緊，涂抹：將防潮劑均勻地涂在應(yīng)變片上，后用紗布一層層纏緊，使膠液從中滲出，膠層表面應(yīng)光滑，固化后即能起到防潮防水的使膠液從中滲出，膠層表面應(yīng)光滑，固化后即能起到防潮防水的作用。作用。 防護(hù)技術(shù)是應(yīng)變測量中的重要環(huán)節(jié)，通常用應(yīng)變片和結(jié)構(gòu)表面防護(hù)技術(shù)是應(yīng)變測量中的重要環(huán)節(jié)，通常用應(yīng)變片和結(jié)構(gòu)表面的絕緣電阻值來判斷。高的絕緣電阻值

38、可保證測量的精度，但要的絕緣電阻值來判斷。高的絕緣電阻值可保證測量的精度，但要求過高會加大工作量和增加防護(hù)工作的難度。所以一般要求靜態(tài)求過高會加大工作量和增加防護(hù)工作的難度。所以一般要求靜態(tài)測量絕緣電阻大于測量絕緣電阻大于200m，對于長期檢測、動態(tài)測量和精度要，對于長期檢測、動態(tài)測量和精度要求高的檢測，絕緣電阻應(yīng)大于求高的檢測，絕緣電阻應(yīng)大于500 m。電阻應(yīng)變片防護(hù)圖2 、電阻應(yīng)變儀、電阻應(yīng)變儀(1）電阻應(yīng)變儀的組成）電阻應(yīng)變儀的組成 由電阻應(yīng)變片的工作原理可知：當(dāng)由電阻應(yīng)變片的工作原理可知：當(dāng)k=2.0，被測量的機(jī)械應(yīng)變?yōu)?，被測量的機(jī)械應(yīng)變?yōu)?0-310-6時(shí)，時(shí)， 。這個(gè)信號很微弱，用

39、量電器檢測很困。這個(gè)信號很微弱，用量電器檢測很困難，要借助于放大器放大，電阻應(yīng)變儀就是電阻應(yīng)變片的專用放大器及量電難，要借助于放大器放大，電阻應(yīng)變儀就是電阻應(yīng)變片的專用放大器及量電器。其主要組成為：振蕩器、測量電路、放大器、相敏檢波器、電源等部分器。其主要組成為：振蕩器、測量電路、放大器、相敏檢波器、電源等部分組成。應(yīng)變儀的測量電路一般采用惠斯登電橋，把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電組成。應(yīng)變儀的測量電路一般采用惠斯登電橋，把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，并解決了溫度補(bǔ)償問題。流的變化，并解決了溫度補(bǔ)償問題。 (2）電橋原理）電橋原理 應(yīng)變片電測一般采用兩種量測電路。應(yīng)變片電測一般采用兩種量測電路。

40、一種是電位計(jì)式電路，一種是橋式電路，一種是電位計(jì)式電路，一種是橋式電路，通常采用惠斯登電橋。通常采用惠斯登電橋。 在電阻應(yīng)變儀中，主要是通過惠斯登電橋原在電阻應(yīng)變儀中，主要是通過惠斯登電橋原理來量測應(yīng)變所引起的電阻變化的微小信號。理來量測應(yīng)變所引起的電阻變化的微小信號。 63102102/krr圖圖3.8 3.8 惠斯登電橋惠斯登電橋urrrrrrrrubd)(43214132當(dāng)電橋平衡（即當(dāng)電橋平衡（即 ）時(shí)，）時(shí)， 0bdu04132rrrr(2）電橋原理）電橋原理 當(dāng)電橋接成當(dāng)電橋接成1/4電橋時(shí)，電橋時(shí)， urrrrrrrrrubd)()(432141132當(dāng)電橋接成全電橋時(shí)，當(dāng)電橋接

41、成全電橋時(shí)， )()(44332211432132rrrrrrrrrrrrrruubd在全等臂電橋，即在全等臂電橋，即 且應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同且應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同 的情況下：的情況下：rrrrr4321kkkkk4321當(dāng)電橋?yàn)楫?dāng)電橋?yàn)?/4橋臂時(shí)，橋臂時(shí)， 當(dāng)電橋?yàn)榘霕驎r(shí)，當(dāng)電橋?yàn)榘霕驎r(shí)， 當(dāng)電橋?yàn)槿珮蚪臃〞r(shí)，當(dāng)電橋?yàn)槿珮蚪臃〞r(shí)， 141ukubd)(4121ukubd)(414321ukubd 電橋輸出電壓的增量電橋輸出電壓的增量ubd與橋臂電阻變化率與橋臂電阻變化率 r/r或應(yīng)變或應(yīng)變成正比，輸出電成正比，輸出電壓與四個(gè)橋臂應(yīng)變的代數(shù)和成線性關(guān)系。電橋的增減特性，即相鄰兩橋臂的壓與四個(gè)

42、橋臂應(yīng)變的代數(shù)和成線性關(guān)系。電橋的增減特性，即相鄰兩橋臂的應(yīng)變輸出符號相反，相對橋臂的應(yīng)變輸出符號相同。應(yīng)變輸出符號相反，相對橋臂的應(yīng)變輸出符號相同。 2 、電阻應(yīng)變儀、電阻應(yīng)變儀(3）平衡電橋原理）平衡電橋原理 在實(shí)際測量中，應(yīng)變片的阻值總有偏差，接觸電阻和導(dǎo)線的電阻也有差在實(shí)際測量中，應(yīng)變片的阻值總有偏差，接觸電阻和導(dǎo)線的電阻也有差異，使電橋產(chǎn)生不平衡。為了滿足實(shí)際測量的需求，應(yīng)變儀改成了平衡電橋異，使電橋產(chǎn)生不平衡。為了滿足實(shí)際測量的需求，應(yīng)變儀改成了平衡電橋（如圖（如圖3.9）。）。 r1為工作片，為工作片，r2為溫度補(bǔ)償片，為溫度補(bǔ)償片，r3、r4由滑線電阻由滑線電阻ac代替，觸點(diǎn)代

43、替，觸點(diǎn)d平分平分ac。且使橋路。且使橋路 圖圖3.9 電橋平衡電橋平衡橋路處于平衡狀態(tài)時(shí)有：橋路處于平衡狀態(tài)時(shí)有： 當(dāng)構(gòu)件受力變形后，當(dāng)構(gòu)件受力變形后，r1有微小變量有微小變量r1，此時(shí)，此時(shí)橋路失去平衡，調(diào)整觸點(diǎn)橋路失去平衡，調(diào)整觸點(diǎn)d使橋路重新恢復(fù)平衡使橋路重新恢復(fù)平衡的條件為：的條件為： 4132rrrr21rrr 43rrr)()(32411rrrrrrrrrrr 21rkr 2整理得：整理得： 2 、電阻應(yīng)變儀、電阻應(yīng)變儀(4）溫度補(bǔ)償技術(shù)）溫度補(bǔ)償技術(shù) 1）溫度效應(yīng)的概念）溫度效應(yīng)的概念 用電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片除了能感受試件本身應(yīng)變外，由于環(huán)用電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片

44、除了能感受試件本身應(yīng)變外，由于環(huán)境溫度變化的影響，同樣也能通過應(yīng)變片的感受而引起電阻應(yīng)變儀指示部分境溫度變化的影響，同樣也能通過應(yīng)變片的感受而引起電阻應(yīng)變儀指示部分的示值變動，這種變動稱為溫度效應(yīng)。的示值變動，這種變動稱為溫度效應(yīng)。 2）產(chǎn)生溫度效應(yīng)的原因）產(chǎn)生溫度效應(yīng)的原因 溫度變化從兩個(gè)方面使應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化。第一是電阻絲溫度改溫度變化從兩個(gè)方面使應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化。第一是電阻絲溫度改變時(shí)，其電阻將會隨之改變，即：變時(shí)，其電阻將會隨之改變，即： 第二是因?yàn)椴牧吓c應(yīng)變片電阻絲的線膨脹系數(shù)不相等，但二者又粘在一起，第二是因?yàn)椴牧吓c應(yīng)變片電阻絲的線膨脹系數(shù)不相等，但二者又粘在一起，當(dāng)溫

45、度改變時(shí)，引起附加電阻的變化，即：當(dāng)溫度改變時(shí)，引起附加電阻的變化，即：rtrt絲1rktrt）絲構(gòu)(221tttrrr總的溫度應(yīng)變效應(yīng)為：總的溫度應(yīng)變效應(yīng)為：2 、電阻應(yīng)變儀、電阻應(yīng)變儀(4）溫度補(bǔ)償技術(shù)）溫度補(bǔ)償技術(shù) 3）溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒?溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：應(yīng)變片自補(bǔ)償法和橋路補(bǔ)償法。較常用的是橋路溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：應(yīng)變片自補(bǔ)償法和橋路補(bǔ)償法。較常用的是橋路補(bǔ)償法。補(bǔ)償法。 橋路補(bǔ)償法：利用電橋的加減特性，當(dāng)電橋的兩個(gè)相鄰橋臂的電阻相同時(shí)，橋路補(bǔ)償法：利用電橋的加減特性，當(dāng)電橋的兩個(gè)相鄰橋臂的電阻相同時(shí)，反映在電橋輸出上起了相互抵消的作用。橋路補(bǔ)償又分溫度片補(bǔ)償和工作

46、片反映在電橋輸出上起了相互抵消的作用。橋路補(bǔ)償又分溫度片補(bǔ)償和工作片補(bǔ)償法。補(bǔ)償法。 溫度片補(bǔ)償法溫度片補(bǔ)償法 r1為工作片粘貼在試件上，為工作片粘貼在試件上，r2為溫度為溫度補(bǔ)償片粘貼在補(bǔ)償塊上，補(bǔ)償片粘貼在補(bǔ)償塊上，r3、r4為精密為精密無感電阻。無感電阻。 圖圖3.10 溫度片補(bǔ)償法溫度片補(bǔ)償法1211, 2, 114)(44kukurrrruuttttbd2 、電阻應(yīng)變儀、電阻應(yīng)變儀(4）溫度補(bǔ)償技術(shù)）溫度補(bǔ)償技術(shù) 3）溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒?工作片補(bǔ)償法工作片補(bǔ)償法 測量時(shí)，如果在被測構(gòu)件上能找到應(yīng)變符號測量時(shí)，如果在被測構(gòu)件上能找到應(yīng)變符號相反，比例關(guān)系已知、溫度條件相同的

47、兩個(gè)測相反，比例關(guān)系已知、溫度條件相同的兩個(gè)測點(diǎn)，在這兩個(gè)測點(diǎn)上各粘貼一個(gè)工作應(yīng)變片，點(diǎn)，在這兩個(gè)測點(diǎn)上各粘貼一個(gè)工作應(yīng)變片，例如在懸臂梁同一截面上下各粘貼一片接在相例如在懸臂梁同一截面上下各粘貼一片接在相鄰橋臂上，在等臂條件下可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。鄰橋臂上，在等臂條件下可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。如圖如圖3.11所示。所示。 圖圖3.11 工作片補(bǔ)償法工作片補(bǔ)償法2 、電阻應(yīng)變儀、電阻應(yīng)變儀v(1) (1) 線位移變形測量線位移變形測量結(jié)構(gòu)的位移主要是指試件的撓度、側(cè)移、轉(zhuǎn)角、支座偏移等參結(jié)構(gòu)的位移主要是指試件的撓度、側(cè)移、轉(zhuǎn)角、支座偏移等參數(shù)。量測位移的儀表主要有：機(jī)械式、電子式及光電式等多種。數(shù)。量測位移

48、的儀表主要有：機(jī)械式、電子式及光電式等多種。 第五講第五講 位移與變形測量儀器位移與變形測量儀器1接觸式位移計(jì)接觸式位移計(jì)接觸式位移計(jì)為機(jī)接觸式位移計(jì)為機(jī)械式儀表，它主要械式儀表，它主要由測桿、齒輪、指由測桿、齒輪、指針和彈簧等機(jī)械零針和彈簧等機(jī)械零件組成件組成。 1-1-短針齒輪；短針齒輪；2-2-齒輪彈簧；齒輪彈簧；3-3-長針；長針；4-4-測桿；測桿；5-5-測桿彈簧；測桿彈簧；6 6、7 7、8-8-齒輪齒輪圖圖1 1 百分表的構(gòu)造圖百分表的構(gòu)造圖 接觸式位移計(jì)根據(jù)刻接觸式位移計(jì)根據(jù)刻度盤上最小刻度值所代度盤上最小刻度值所代表的量分為百分表（刻表的量分為百分表（刻度值為度值為0.01

49、mm）、千）、千分表（刻度值為分表（刻度值為0.001mm）和撓度計(jì)）和撓度計(jì)（刻度值為（刻度值為0.05mm或或0.01mm）。）。 接觸式位移計(jì)的度量接觸式位移計(jì)的度量性能指標(biāo)有刻度值、量性能指標(biāo)有刻度值、量程和允許誤差。程和允許誤差。 2應(yīng)變梁式位移傳感器應(yīng)變梁式位移傳感器 應(yīng)變梁式位移傳感器的主要部件是一塊彈性好、強(qiáng)度高的鈹青銅制成應(yīng)變梁式位移傳感器的主要部件是一塊彈性好、強(qiáng)度高的鈹青銅制成的懸臂彈簧片（圖的懸臂彈簧片（圖2）,簧片一端固定在儀器外殼上。在簧片上粘貼四片應(yīng)簧片一端固定在儀器外殼上。在簧片上粘貼四片應(yīng)變片，組成全橋或半橋測量電路，簧片的自由端固定有拉簧，拉簧與指針變片，組

50、成全橋或半橋測量電路，簧片的自由端固定有拉簧，拉簧與指針固結(jié)。固結(jié)。量程為量程為30150mm，讀數(shù)分辨率可達(dá)，讀數(shù)分辨率可達(dá)0.01mm。 1-應(yīng)變片；2-懸臂梁；3-引線；4-彈簧；5-標(biāo)尺；6-指針；7-測桿；8-固定環(huán)圖圖2 應(yīng)變梁式位移傳感器應(yīng)變梁式位移傳感器3滑線電阻式位移傳感器滑線電阻式位移傳感器 滑線電阻式位移傳感器由測桿、滑線電阻和觸頭等組成，構(gòu)造與測量滑線電阻式位移傳感器由測桿、滑線電阻和觸頭等組成，構(gòu)造與測量原理如圖原理如圖3所示?；€電阻固定在表盤內(nèi)，觸電將電阻分成所示?；€電阻固定在表盤內(nèi)，觸電將電阻分成r1及及r2。 采用這樣的半橋接線，其輸出量與電阻增量（或應(yīng)變增

51、量）成正比，亦即采用這樣的半橋接線，其輸出量與電阻增量（或應(yīng)變增量）成正比，亦即與位移成正比。量程可達(dá)與位移成正比。量程可達(dá)10100mm以上。以上。 1-測桿；2-滑線電阻；3-觸頭；4-彈簧圖圖3 3 滑線電阻式位移傳感器滑線電阻式位移傳感器4差動變壓式位移傳感器差動變壓式位移傳感器 如圖如圖4所示為差動變壓式位移傳感器的構(gòu)造原理。它由一個(gè)初級線圈和所示為差動變壓式位移傳感器的構(gòu)造原理。它由一個(gè)初級線圈和兩個(gè)次級線圈分內(nèi)外兩層，共同繞在一個(gè)圓筒上，圓筒內(nèi)放置一個(gè)能自由兩個(gè)次級線圈分內(nèi)外兩層，共同繞在一個(gè)圓筒上，圓筒內(nèi)放置一個(gè)能自由上下移動的鐵芯。初級線圈加入激磁電壓時(shí)，通過互感作用使次級線

52、圈感上下移動的鐵芯。初級線圈加入激磁電壓時(shí)，通過互感作用使次級線圈感應(yīng)而產(chǎn)生電勢。應(yīng)而產(chǎn)生電勢。1-線圈；2-次級線圈；3-圓形筒；4-鐵芯圖圖4 4 差動變壓器式位移傳感器差動變壓器式位移傳感器021ssee鐵芯居中時(shí)，感應(yīng)電勢鐵芯居中時(shí)，感應(yīng)電勢 ， 無輸出信號。無輸出信號。鐵芯向上移動鐵芯向上移動 ，這時(shí)，這時(shí) ，輸出為輸出為 。鐵芯向上移動。鐵芯向上移動的位移愈大，的位移愈大， 也愈大。也愈大。21ssee21sseeeev(2) 角位移測量角位移測量角位移測量的儀表主要有：杠桿式測角器、水準(zhǔn)式傾角角位移測量的儀表主要有：杠桿式測角器、水準(zhǔn)式傾角儀、電子傾角儀等。儀、電子傾角儀等。1-

53、剛性桿；2-試件；3-位移計(jì)圖圖5 5 杠桿式測角器杠桿式測角器1)杠桿式測角器杠桿式測角器杠桿式測角器構(gòu)造示意如圖杠桿式測角器構(gòu)造示意如圖5，將剛性桿將剛性桿1固定在試件固定在試件2的測點(diǎn)的測點(diǎn)上，結(jié)構(gòu)變形帶動剛性桿轉(zhuǎn)動，上，結(jié)構(gòu)變形帶動剛性桿轉(zhuǎn)動，用位移計(jì)測出用位移計(jì)測出3、4兩點(diǎn)位移，兩點(diǎn)位移，即可算出轉(zhuǎn)角即可算出轉(zhuǎn)角 larctg34當(dāng)當(dāng)l=100mm， 時(shí)，則可時(shí)，則可測得轉(zhuǎn)角值為測得轉(zhuǎn)角值為110-3弧度，具有足夠的弧度，具有足夠的精度。精度。mm1 . 0342)水準(zhǔn)式傾角儀水準(zhǔn)式傾角儀 水準(zhǔn)式傾角儀的構(gòu)造如圖水準(zhǔn)式傾角儀的構(gòu)造如圖6所示。水準(zhǔn)管所示。水準(zhǔn)管1安置在彈簧片安置在彈

54、簧片4上，一端上，一端鉸接于基座鉸接于基座6上，另一端被微調(diào)螺絲上，另一端被微調(diào)螺絲3頂住。當(dāng)儀器用夾具頂住。當(dāng)儀器用夾具5安裝在安裝在測點(diǎn)上后，用微調(diào)螺絲使水準(zhǔn)管的氣泡居中，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后氣泡測點(diǎn)上后，用微調(diào)螺絲使水準(zhǔn)管的氣泡居中，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后氣泡漂移，再轉(zhuǎn)動微調(diào)螺絲使氣泡重新居中，度盤前后兩次讀數(shù)的差即漂移，再轉(zhuǎn)動微調(diào)螺絲使氣泡重新居中，度盤前后兩次讀數(shù)的差即為測點(diǎn)的轉(zhuǎn)角：為測點(diǎn)的轉(zhuǎn)角： 1-1-水準(zhǔn)管；水準(zhǔn)管；2-2-刻度盤；刻度盤；3-3-微調(diào)螺絲；微調(diào)螺絲；4-4-彈簧片；彈簧片；5-5-夾具；夾具；6-6-基座；基座；7-7-活動鉸活動鉸圖圖6 6 水準(zhǔn)式傾角儀水準(zhǔn)式傾角儀lha

55、rctanl為鉸接基座與微調(diào)螺絲頂點(diǎn)之為鉸接基座與微調(diào)螺絲頂點(diǎn)之間的距離；間的距離；h為微調(diào)螺絲頂點(diǎn)前為微調(diào)螺絲頂點(diǎn)前進(jìn)或后退的位移。儀器的最小讀進(jìn)或后退的位移。儀器的最小讀數(shù)可達(dá)數(shù)可達(dá)12，量程為，量程為3。 圖圖7 電子傾角儀電子傾角儀3)電子傾角儀電子傾角儀 電子傾角儀實(shí)際上是一種傳感器。它通過電阻的變化來測定結(jié)構(gòu)某電子傾角儀實(shí)際上是一種傳感器。它通過電阻的變化來測定結(jié)構(gòu)某部位的轉(zhuǎn)動角度。儀器的構(gòu)造原理如圖部位的轉(zhuǎn)動角度。儀器的構(gòu)造原理如圖7所示。主要裝置是一個(gè)盛所示。主要裝置是一個(gè)盛有高穩(wěn)定性導(dǎo)電液體的玻璃器皿，在導(dǎo)電液體中插入有高穩(wěn)定性導(dǎo)電液體的玻璃器皿，在導(dǎo)電液體中插入3根電極并加

56、根電極并加以固定，電極等距離設(shè)置且垂直于器皿底面。以固定，電極等距離設(shè)置且垂直于器皿底面。 量測力的儀器分為機(jī)械式和電測式兩種，其基本原量測力的儀器分為機(jī)械式和電測式兩種，其基本原理是用一彈性元件去感受力或液壓，彈性元件在力的作理是用一彈性元件去感受力或液壓，彈性元件在力的作用下，發(fā)生與外力或液壓成對應(yīng)關(guān)系的變形。用下，發(fā)生與外力或液壓成對應(yīng)關(guān)系的變形。 第六講第六講 力值測量儀器力值測量儀器1. 荷載和反力測定荷載和反力測定圖圖8 8 荷重傳感器內(nèi)壁筒荷重傳感器內(nèi)壁筒 荷載傳感器可以量測荷載、反荷載傳感器可以量測荷載、反力以及其他各種外力。根據(jù)荷載性力以及其他各種外力。根據(jù)荷載性質(zhì)不同，荷載

57、傳感器的形式有拉伸質(zhì)不同，荷載傳感器的形式有拉伸型、壓縮型和通用型三種。各種荷型、壓縮型和通用型三種。各種荷載傳感器的外形基本相同，其核心載傳感器的外形基本相同，其核心部件是一個(gè)厚壁筒（圖部件是一個(gè)厚壁筒（圖8）。）。 在筒壁上貼有電阻應(yīng)變片以便在筒壁上貼有電阻應(yīng)變片以便將機(jī)械變形轉(zhuǎn)換為電量。目前，荷將機(jī)械變形轉(zhuǎn)換為電量。目前，荷重傳感器多用鋼弦代替應(yīng)變片，可重傳感器多用鋼弦代替應(yīng)變片，可以直接讀出所需要的力值。以直接讀出所需要的力值。 2. 拉力和壓力測定拉力和壓力測定 測力計(jì)是利用鋼制彈簧、環(huán)箍或簧測力計(jì)是利用鋼制彈簧、環(huán)箍或簧片在受力后產(chǎn)生彈性變形的原理，將片在受力后產(chǎn)生彈性變形的原理，

58、將變形通過機(jī)械放大后，用指針度盤表變形通過機(jī)械放大后，用指針度盤表示或借助位移計(jì)反映力的數(shù)值。示或借助位移計(jì)反映力的數(shù)值。 用于測量張拉鋼絲或鋼絲繩拉力的用于測量張拉鋼絲或鋼絲繩拉力的環(huán)箍式拉力計(jì)如圖環(huán)箍式拉力計(jì)如圖9所示。它由兩片弓所示。它由兩片弓形鋼板組成一個(gè)環(huán)箍。在拉力作用下，形鋼板組成一個(gè)環(huán)箍。在拉力作用下，環(huán)箍產(chǎn)生變形，通過一套機(jī)械傳動放環(huán)箍產(chǎn)生變形，通過一套機(jī)械傳動放大系統(tǒng)帶動指針轉(zhuǎn)動，指針在度盤上大系統(tǒng)帶動指針轉(zhuǎn)動，指針在度盤上的示值即為外力值。的示值即為外力值。 如圖如圖10所示是另一個(gè)環(huán)箍式拉、壓所示是另一個(gè)環(huán)箍式拉、壓測力計(jì)。它用粗大的鋼環(huán)作彈簧，鋼測力計(jì)。它用粗大的鋼環(huán)作

59、彈簧，鋼環(huán)在拉、壓力作用下的變形，經(jīng)過杠環(huán)在拉、壓力作用下的變形，經(jīng)過杠桿放大后推動位移計(jì)工作。桿放大后推動位移計(jì)工作。 1-指針；指針；2-中央齒輪；中央齒輪；3-弓形彈簧；弓形彈簧；4-耳耳環(huán)；環(huán)； 5-連桿；連桿；6-扇形齒輪；扇形齒輪；7-可動接板可動接板 圖圖9 環(huán)箍式拉力計(jì)環(huán)箍式拉力計(jì) 1-位移計(jì)；位移計(jì)；2-彈簧；彈簧；3-杠桿；杠桿；4、7-下、上壓下、上壓頭頭;5-杠桿；杠桿；6-鋼環(huán)；鋼環(huán)；8-拉力夾頭拉力夾頭 圖圖10 環(huán)箍式拉、壓測力計(jì)環(huán)箍式拉、壓測力計(jì) 第七講第七講 裂縫與溫度測定裂縫與溫度測定1. 裂縫檢測裂縫檢測裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)反映的一個(gè)重要裂縫的

60、產(chǎn)生和發(fā)展是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)反映的一個(gè)重要特征，對確定結(jié)構(gòu)的開裂荷載、研究結(jié)構(gòu)的破壞過程特征，對確定結(jié)構(gòu)的開裂荷載、研究結(jié)構(gòu)的破壞過程與結(jié)構(gòu)的抗裂及變形性能均有十分重要的價(jià)值。與結(jié)構(gòu)的抗裂及變形性能均有十分重要的價(jià)值。目前，最常用于發(fā)現(xiàn)裂縫最簡便的方法是借助放大鏡用肉眼觀察。目前，最常用于發(fā)現(xiàn)裂縫最簡便的方法是借助放大鏡用肉眼觀察。在試驗(yàn)前用純石灰水溶液均勻地刷在結(jié)構(gòu)表面并等待干燥。當(dāng)試在試驗(yàn)前用純石灰水溶液均勻地刷在結(jié)構(gòu)表面并等待干燥。當(dāng)試件受力后，白色涂層將在高應(yīng)變下開裂并剝落。用白灰涂層，具件受力后，白色涂層將在高應(yīng)變下開裂并剝落。用白灰涂層，具有效果好、價(jià)廉和使用技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn)。而裂