結構試驗量測技術學習教案

1、會計學1結構結構(jigu)試驗量測技術試驗量測技術第一頁，共89頁。結構(jigu)試驗模擬(mn)結構在實際受力工作狀態(tài)下的反應對試驗對象施加(shji)荷載量測應變、力、裂縫、位移、速度、加速度等第1頁/共88頁第二頁，共89頁。第四章第四章 結構結構(jigu)試驗量測技術試驗量測技術n概述概述n應變量應變量(binling)測測n力的量測力的量測n位移與變形量測位移與變形量測n裂縫的測定裂縫的測定n加速度的測定加速度的測定第2頁/共88頁第三頁，共89頁。1、人工測量、人工記錄、人工測量、人工記錄(量結構的尺寸量結構的尺寸)2、儀器測量、人工記錄、儀器測量、人工記錄(千分表測應變千分

2、表測應變)3、儀器測量、儀器記錄、儀器測量、儀器記錄(應變儀測應變應變儀測應變)4、自動化數(shù)據(jù)采集、自動化數(shù)據(jù)采集(cij)系統(tǒng)進行測量、記錄、系統(tǒng)進行測量、記錄、處理處理(智能數(shù)據(jù)采集智能數(shù)據(jù)采集(cij)系統(tǒng)系統(tǒng))概述試驗數(shù)據(jù)的量測與采集(cij)方法從簡單到復雜(fz)、從單一學科到各學科互相滲透、從低級到高級的過程。第3頁/共88頁第四頁，共89頁。量測系統(tǒng)的基本量測系統(tǒng)的基本(jbn)組成單元組成單元敏感元件傳感器敏感元件控制(kngzh)裝置指示(zhsh)記錄系統(tǒng)應變片應變信號轉換為電阻值的變化測量橋路將電阻值變化轉換成電流或電壓信號電阻應變儀對測量信號進行控制、放大、顯示或記錄

3、的裝置顯示器顯示所測數(shù)據(jù)，分為模擬顯示和數(shù)字顯示試件荷載傳感器敏感元件控制裝置傳感器敏感元件第4頁/共88頁第五頁，共89頁。量測儀器量測儀器(yq)的分類的分類按功能分類傳感器：將感受的各物理量（力、位移、 應變等）轉變成電信號；放大器：將傳感器傳來的信號進行放大，使之可以被顯示(xinsh)和記錄；顯示(xinsh)器：將信號用可見的形式顯示(xinsh)出來；記錄器：將數(shù)據(jù)記錄以利長期保存；分析儀器：對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理。第5頁/共88頁第六頁，共89頁。量測儀器量測儀器(yq)的分類的分類按工作原理機械式儀器：純機械傳動、放大和指示(千分表)電測儀器：利用機電轉換，將機械量轉換為電

4、量 (電測千分表、位移計)光學測量儀器：利用光學原理轉換、放大和顯示 (水準儀)復合式儀器：以兩種或幾種原理的組合伺服式儀器：測量和控制(kngzh)功能的組合第6頁/共88頁第七頁，共89頁。量測儀器量測儀器(yq)的分類的分類應變計：用來測量應變；測力傳感器：用來測量荷載；位移傳感器：用來測量位移；傾角傳感器：用來測量轉角；頻率計：測量結構(jigu)振動的頻率；裂縫傳感器：測量混凝土的裂縫；測振傳感器：測量結構(jigu)振動的位移、速度和加速度。結構(jigu)試驗通常量測的參數(shù)有哪些？按用途分第7頁/共88頁第八頁，共89頁。按儀器與結構的關系分附著(fzhu)式與手持式接觸式與非接

5、觸式絕對式與相對式量測儀器量測儀器(yq)的分類的分類第8頁/共88頁第九頁，共89頁。按儀器顯示與記錄(jl)方式分直讀式與自動記錄(jl)式模擬式與數(shù)字式量測儀器(yq)的分類第9頁/共88頁第十頁，共89頁。量測儀表量測儀表(ybio)的性能指標的性能指標量程：儀表(ybio)所能量測的最小至最大的量值范圍。滯后：在恒定的環(huán)境條件下，儀器在整個量測范圍內，從起始值到最大值來回輸出(shch)中的最大偏差值或該值與量程的百分比。精確度：儀表的指示值與被測值的符合程度，常用滿程相對誤差表示。靈敏度：被測量的單位變化引起儀器示值的變化值。最小分度值：儀器的指示或顯示裝置所能指出的最小測量值。第

6、10頁/共88頁第十一頁，共89頁。量測儀表量測儀表(ybio)的性能指標的性能指標量程：儀表所能量(nngling)測的最小至最大的量值范圍。量程(lingchng)：0100 第11頁/共88頁第十二頁，共89頁。量測儀表量測儀表(ybio)的性能指標的性能指標最小分度值：儀器的指示或顯示裝置所能指出(zh ch)的最小測量值。量程(lingchng)：0100 最小分度值：0.1第12頁/共88頁第十三頁，共89頁。量測儀表量測儀表(ybio)的性能指標的性能指標量程：0100 最小分度值：0.1精確度：當前(dngqin)測量值65.7，實際精確值 65.5，則精確度=（65.7-65

7、.5）/100=0.2%精確度（/測量精度/準確度）：儀表的指示(zhsh)值與被測值的符合程度，常用滿程相對誤差表示。第13頁/共88頁第十四頁，共89頁。量測儀表量測儀表(ybio)的性能指標的性能指標量程：0100 最小分度值：0.1精確度：當前測量(cling)值65.7，實際精確值 65.5，則精確度=（65.7-65.5）/100=0.2%靈敏度：200mm/100=2mm/靈敏度：被測量的單位變化(binhu)引起儀器示值的變化(binhu)值。第14頁/共88頁第十五頁，共89頁。量測儀表量測儀表(ybio)的性能指標的性能指標滯后(zh hu)：將該溫度計置于冰水混合物中煮開

8、再降為冰水混合物，如顯示1，則稱該溫度計的滯后(zh hu)為1。滯后：在恒定的環(huán)境條件下，儀器(yq)在整個量測范圍內，從起始值到最大值來回輸出中的最大偏差值或該值與量程的百分比。第15頁/共88頁第十六頁，共89頁。溫度計溫度計量程：0100 最小分度值：0.1精確度：當前測量(cling)值65.7，實際精確值 65.5，則精確度=（65.7-65.5）/100=0.2%靈敏度：200mm/100=2mm/滯后：將該溫度計置于冰水混合物中煮開再降為冰水混合物，如顯示1，則稱該溫度計的滯后為1。第16頁/共88頁第十七頁，共89頁。第17頁/共88頁第十八頁，共89頁。千分表量測應變千分表

9、量測應變(yngbin)第18頁/共88頁第十九頁，共89頁。p2 應變量應變量(binling)測測電阻應變計（簡稱應變片）電阻應變計的測量電路(dinl)應變片的粘貼技術應變的其他量測方法與儀表第19頁/共88頁第二十頁，共89頁。電阻應變計原理(yunl)及構造第20頁/共88頁第二十一頁，共89頁。電阻電阻(dinz)應變片的主要技術指應變片的主要技術指標標溫度(wnd)適用范圍：取決于膠合劑的性質靈敏系數(shù)：由出廠前抽樣(chu yn)試驗確定，使用 時應變儀的靈敏系數(shù)一般應與 應變片相同,K電阻值：產(chǎn)品標準為120規(guī)格：敏感柵的有效使用面積LB標距：敏感柵在縱軸方向的有效長度L第21

10、頁/共88頁第二十二頁，共89頁。電阻電阻(dinz)應變片應變片的分類的分類按柵極分絲式箔式半導體紙基膠基低溫常溫高溫高溫第22頁/共88頁第二十三頁，共89頁。第23頁/共88頁第二十四頁，共89頁。金屬絲電阻(dinz)一個(y )長度為l，截面積為A，電阻率為的導體第24頁/共88頁第二十五頁，共89頁。當電阻絲受到拉力F作用時， 將伸長l，橫截面積相應(xingyng)減小A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了d，從而引起電阻值相對變化量為 n軸向應變(yngbin)n徑向(jn xin)應變式中, 為電阻絲材料的泊松比， 負號表示應變軸向方向相反。 第25頁/共88頁第二十

11、六頁，共89頁。代入得:通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為(chn wi)電阻絲的靈敏系數(shù)。物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化量。第26頁/共88頁第二十七頁，共89頁。對于金屬材料， 1+2 （d/）/;大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內，電阻的相對變化與應變(yngbin)成正比，即K為常數(shù)。012ddRRK 應變片受力后材料幾何尺寸(ch cun)的變化應變片受力后材料(cilio)的電阻率發(fā)生的變化第27頁/共88頁第二十八頁，共89頁。用半導體材料(cilio)制成的，其工作原理是基于半導體材料(cilio)的壓阻效應。壓阻效應是指半導體材料(cilio)，當某一軸向受外力作用時

12、， 其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 半導體應變(yngbin)片第28頁/共88頁第二十九頁，共89頁。應變量測的基本原理：在標準應變量測的基本原理：在標準長度范圍長度范圍L內，量測長度變化內，量測長度變化(binhu)增量的平均值增量的平均值L，由，由= L/L求得平均應變求得平均應變。標距L的選擇原則：根據(jù)(gnj)應力的均勻性和材料的均質性選擇，應力梯度大，L應盡量小，對非均質材料，如混凝土，L4dmax。第29頁/共88頁第三十頁，共89頁。粘貼粘貼(zhnti)在混凝土上的在混凝土上的應變片應變片第30頁/共88頁第三十一頁，共89頁。粘貼粘貼(zhnti)在鋼結構上的電阻應變在鋼結構上的

13、電阻應變片片第31頁/共88頁第三十二頁，共89頁。u2 應變量應變量(binling)測測電阻應變計（簡稱應變片）電阻應變計的測量(cling)電路應變片的粘貼技術應變的其他量測方法與儀表第32頁/共88頁第三十三頁，共89頁。測量測量(cling)電路的引入電路的引入電阻電阻(dinz)應應變計變計電阻電阻(dinz)應變儀應變儀測量電路測量電路第33頁/共88頁第三十四頁，共89頁。電阻電阻(dinz)應變量測的基本公式應變量測的基本公式(1)第34頁/共88頁第三十五頁，共89頁。電阻電阻(dinz)應變量測的基本公式應變量測的基本公式(2)第35頁/共88頁第三十六頁，共89頁。溫度

14、溫度(wnd)補償技術補償技術進行溫度補償?shù)脑颍?1)溫度改變使電阻(dinz)應變片的導電率發(fā)生改變；(2)應變片與構件測點粘貼在一起，溫度改變使構件發(fā)生變形。溫度(wnd)對測量結果的影響程度：貼在鋼結構上的應變片，當應變片的電阻絲為鎳鉻合金時，溫度(wnd)變動1度，如果不進行補償，將引起應力的偏差為14.7MPa。第36頁/共88頁第三十七頁，共89頁。溫度溫度(wnd)補償技術補償技術溫度補償(bchng)的方法：(1)溫度補償(bchng)應變片法;(2)工作片自補償(bchng)法。第37頁/共88頁第三十八頁，共89頁。溫度補償技術溫度補償技術(jsh)溫度補償應變片法溫度補

15、償應變片法在電橋上接一個與測量片R1相同規(guī)格的應變片（溫度(wnd)補償片）R2，R2粘貼在與試件材料相同的補償塊上，補償塊置于與試件測點相同的溫度(wnd)場中。該方法適用于大部分場合。第38頁/共88頁第三十九頁，共89頁。溫度(wnd)補償應變片法 R1R2讀第39頁/共88頁第四十頁，共89頁。某些結構或構件，存在著應變符號相反，比例關系已知，某些結構或構件，存在著應變符號相反，比例關系已知，溫度條件又相同的二個或四個（偶數(shù)個）測點，可以將這溫度條件又相同的二個或四個（偶數(shù)個）測點，可以將這些應變片按照符號不同些應變片按照符號不同(b tn)，分別接在相應的鄰臂上，分別接在相應的鄰臂上

16、，它們既是工作應變片，又互為溫度補償。它們既是工作應變片，又互為溫度補償。溫度補償技術(jsh)工作應變片自補償法2個測點：個測點：4個測點：個測點：第40頁/共88頁第四十一頁，共89頁。工作(gngzu)應變片自補償法R1R2第41頁/共88頁第四十二頁，共89頁。工作(gngzu)應變片自補償法R4第42頁/共88頁第四十三頁，共89頁。橋橋半橋半橋全橋全橋實用(shyng)橋路及其應用第43頁/共88頁第四十四頁，共89頁。全橋橋路：電橋中的四個橋臂上均為工作(gngzu)片。半橋橋路：電橋中二個橋臂上為工作(gngzu)片，另 二個橋臂為固定電阻。橋橋路：電橋中只有一個橋臂（AB）上

17、 為工作(gngzu)片，另三個橋臂為固定電阻。接橋方法確定的原則：在滿足特殊要求的條件下，選擇測量電橋輸出電壓高、橋臂系數(shù)大、能實現(xiàn)溫度互補且便于分析的接橋方法。實用(shyng)橋路及其應用)(KU41U4321ACBD第44頁/共88頁第四十五頁，共89頁。多點測量多點測量(cling)線線路路實用(shyng)橋路及其應用第45頁/共88頁第四十六頁，共89頁。第46頁/共88頁第四十七頁，共89頁。u2 應變量應變量(binling)測測電阻應變計（簡稱應變片）電阻應變計的測量電路應變片的粘貼技術應變的其他(qt)量測方法與儀表第47頁/共88頁第四十八頁，共89頁。應變應變(yng

18、bin)片粘貼技術片粘貼技術1. 應變片檢查分選應變片檢查分選特別注意特別注意(zh y)同一試驗的應變片批號最好一致（靈敏同一試驗的應變片批號最好一致（靈敏系數(shù)系數(shù)K相同）。相同）。同一測區(qū)的應變片阻值基本一致（在儀器的可調范圍內同一測區(qū)的應變片阻值基本一致（在儀器的可調范圍內能滿足初始平衡條件能滿足初始平衡條件R1R3 =R2R4。第48頁/共88頁第四十九頁，共89頁。2. 測點處理測點處理測點表面應平整測點表面應平整(pngzhng)、無銹、無浮漿。無銹、無浮漿。測點表面用酒精或丙酮清洗。測點表面用酒精或丙酮清洗?；炷帘砻嬉话阌铆h(huán)氧樹脂打混凝土表面一般用環(huán)氧樹脂打底抹平。底抹平。測點

19、位置準確，應變片長邊方測點位置準確，應變片長邊方向與所測應變方向相同。向與所測應變方向相同。應變片粘貼應變片粘貼(zhnti)技術技術第49頁/共88頁第五十頁，共89頁。3. 應變片粘貼應變片粘貼粘貼用膠一般為粘貼用膠一般為502等快干膠或等快干膠或環(huán)氧樹脂類慢干膠。環(huán)氧樹脂類慢干膠?？旄赡z適用快干膠適用(shyng)于短期量于短期量測，防潮性能較環(huán)氧樹脂差、測，防潮性能較環(huán)氧樹脂差、操作時間短。慢干膠在粘貼后操作時間短。慢干膠在粘貼后需要較長時間（需要較長時間（24小時）的固小時）的固化時間，期間需加壓、加溫以化時間，期間需加壓、加溫以促使固化。促使固化。應變應變(yngbin)片粘貼技術

20、片粘貼技術第50頁/共88頁第五十一頁，共89頁。4. 固化處理固化處理自然干燥：自然干燥：在室溫在室溫15度以上，濕度度以上，濕度60%以以下固化下固化12天（環(huán)氧樹脂類慢干天（環(huán)氧樹脂類慢干膠）。膠）。人工固化：人工固化：氣溫氣溫(qwn)低、濕度大，在自低、濕度大，在自然固化然固化12小時后用人工加溫小時后用人工加溫（環(huán)氧樹脂類慢干膠）。（環(huán)氧樹脂類慢干膠）。應變片粘貼(zhnti)技術第51頁/共88頁第五十二頁，共89頁。5. 粘貼質量檢查粘貼質量檢查粘貼牢固，位置、方向準確。粘貼牢固，位置、方向準確。無短路、斷路現(xiàn)象，阻值無短路、斷路現(xiàn)象，阻值(z zh)與粘貼前相同。與粘貼前相同

21、。電阻應變片與試件間的絕緣度電阻應變片與試件間的絕緣度達到達到50M以上，在惡劣環(huán)境應以上，在惡劣環(huán)境應達到達到500M以上。以上。應變片粘貼(zhnti)技術第52頁/共88頁第五十三頁，共89頁。6. 導線連接導線連接保證保證(bozhng)引出線不與試件引出線不與試件形成短路。形成短路。保證保證(bozhng)量測導線輕微拉量測導線輕微拉動時，引出線不被拉斷。動時，引出線不被拉斷。導線各連接點應可靠連接，無導線各連接點應可靠連接，無虛焊。虛焊。應變(yngbin)片粘貼技術第53頁/共88頁第五十四頁，共89頁。7. 防潮防潮(fngcho)防護防護短期量測且在干燥環(huán)境下可不短期量測且在

22、干燥環(huán)境下可不做防潮做防潮(fngcho)處理。處理。長期觀測或在潮濕環(huán)境下必須長期觀測或在潮濕環(huán)境下必須進行防潮進行防潮(fngcho)處理，一般處理，一般用硅橡膠密封。用硅橡膠密封。粘貼在鋼筋上澆灌入混凝土時，粘貼在鋼筋上澆灌入混凝土時，必須用紗布和環(huán)氧樹脂密封，必須用紗布和環(huán)氧樹脂密封，防止混凝土澆筑過程中損壞電防止混凝土澆筑過程中損壞電阻應變片。阻應變片。應變片粘貼(zhnti)技術第54頁/共88頁第五十五頁，共89頁。用硅橡膠密封(mfng)后的應變片第55頁/共88頁第五十六頁，共89頁。粘貼粘貼(zhnti)在鋼結構上的電阻應變在鋼結構上的電阻應變片片第56頁/共88頁第五十七

23、頁，共89頁。1. 應變片檢查分選應變片檢查分選2. 測點處理測點處理3. 應變片粘貼應變片粘貼4. 固化處理固化處理5.粘貼質量檢查粘貼質量檢查6.導線連接導線連接(linji)7. 防潮防護防潮防護應變(yngbin)片粘貼技術第57頁/共88頁第五十八頁，共89頁。第58頁/共88頁第五十九頁，共89頁。p3 荷載荷載(hzi)量測量測第59頁/共88頁第六十頁，共89頁。應變應變(yngbin)式力式力傳感器傳感器第60頁/共88頁第六十一頁，共89頁。拉壓傳感器原理拉壓傳感器原理(yunl)每個橋路上(l shng)粘有2個應變片，目的是消除傳感器受力偏心所產(chǎn)生的影響。第61頁/共8

24、8頁第六十二頁，共89頁。第62頁/共88頁第六十三頁，共89頁。幾種幾種(j zhn)常用的荷載量測傳感常用的荷載量測傳感器器v 柱式力傳感器v 筒式壓力(yl)傳感器v 梁式力傳感器v 環(huán)式力傳感器v 輪輻式力傳感器第63頁/共88頁第六十四頁，共89頁。柱式力傳感器第64頁/共88頁第六十五頁，共89頁。筒式壓力(yl)傳感器第65頁/共88頁第六十六頁，共89頁。梁式力傳感器v 等截面梁： v 懸臂梁的橫截面積處處相等，所以稱等截面梁。 v 當外力(wil)F作用在梁的自由端時，固定端產(chǎn)生的應 v 變最大，粘貼在應變片處的應變?yōu)椋?26Flbh E式中：l0是梁上應變片至自由端距離，

25、b、h 分別為梁的寬度和梁的厚度。 第66頁/共88頁第六十七頁，共89頁。v 等強度梁：v 懸臂梁長度方向的截面積按一定規(guī)律變化，是一種特殊形式的懸臂梁。v 當力作用在自由端時，力距作用點任何(rnh)截面積上應力相等，應變片的應變大小為：梁式力傳感器第67頁/共88頁第六十八頁，共89頁。l順梁的方向上下各貼兩只；l 四個應變片組成全橋。上面兩個受壓時下面兩個受拉。l 這種傳感器適用于測量500Kg以下荷重。l問題：根據(jù)等強度梁工作(gngzu)原理和電橋，設計一個梁式力傳感器。梁式力傳感器第68頁/共88頁第六十九頁，共89頁。懸臂梁應變懸臂梁應變(yngbin)式電子秤式電子秤上下表面

26、的應變(yngbin)片也隨之拉伸和縮短。得到正負相間的電阻值的變化，接入橋路后，就能產(chǎn)生輸出電壓。第69頁/共88頁第七十頁，共89頁。環(huán)式力傳感器 (a)為拉力(ll)環(huán) (b)為壓力環(huán)第70頁/共88頁第七十一頁，共89頁。幾種幾種(j zhn)常用的荷載量測傳感常用的荷載量測傳感器器第71頁/共88頁第七十二頁，共89頁。第72頁/共88頁第七十三頁，共89頁。幾種常用(chn yn)的位移傳感器a.機械式 b.電阻(dinz)應變式 c.滑阻式 d.差動式第73頁/共88頁第七十四頁，共89頁。n機械式機械式百分表、千分表百分表、千分表位移(wiy)的量測原理：測桿上下運動(yndng)，測桿上的齒條帶動齒輪，使長短針按一定比例關系轉動，從而給出位移值。第74頁/共88頁第七十五頁，共89頁。n電阻電阻(dinz)應變式位移傳感器（電子百分表）應變式位移傳感器（電子百分表）位移(wiy)的量測第75頁/共88頁第七十六頁，共89頁。位移量測儀器位移量測儀器(yq)的標定的標定n電阻應變電阻應變(yngbin)式位移計式位移計n一般是接入應變一般是接入應變(yngbin)儀，測出應變儀，測出應變(yngbin)儀讀數(shù)，此讀數(shù)既不是位移，也不是應儀讀數(shù)，此讀數(shù)既不是位移，也不是應變變(yngbi