工程測試技術(shù)復習1

1、工程測試技術(shù)緒論工程測試技術(shù)測試技術(shù)的基本概念：測量技術(shù)和試驗技術(shù)的總稱（利用現(xiàn)代測試手段對各種物理信號的測量、檢查、試驗、分析）；是實驗科學的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和信號分析處理方法；是進行科學實驗研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著延伸人的感官的作用。土木工程測試對于土木工程領域各種參數(shù)（物理量）的測試；以服務于土木工程研究、設計、施工為主要目的。土木工程測試的必要性 是土木工程結(jié)構(gòu)試驗、結(jié)構(gòu)檢測、監(jiān)測的基礎；由土木工程問題的復雜性（荷載、內(nèi)力、變形規(guī)律等）決定。測試技術(shù)分類按用機械式 電測式 電量電測 非電量電測千分表游標卡尺天平流量計秒表光學顯微鏡 ？電量Q 電壓U

2、 電流I 電容C 電感L或M、電阻R ？壓力變形振動濕度溫度流量？測試技術(shù)分類（信號傳輸形式）：模擬測試系統(tǒng)數(shù)字測試系統(tǒng)傳感器國標（GB766587）：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。 測試和檢驗技術(shù)的核心，又稱為變換器、變送器、測試元件等，在聲學測試中稱為換能器或探頭。電磁、光電、熱電、壓電和逆壓電、光學（光彈、云紋、 全息攝影）、聲學、味敏、機械式（含液壓、同位素（放射性測量）注意區(qū)分幾個概念：測量、測試試驗、實驗檢驗、檢測、監(jiān)測第一章 測試的技術(shù)基礎1-1測試系統(tǒng)的組成及其主要性能指標一、測試系統(tǒng)的組成傳感器：感測物理量并轉(zhuǎn)換為電量,又稱為“一次儀表”；

3、中間轉(zhuǎn)換裝置：接受傳感器輸出的電信號，通過硬件電路或軟件進行信號轉(zhuǎn)換、處理 ；顯示記錄裝置：顯示測量結(jié)果，提供給觀察者或自動控制裝置。荷載系統(tǒng)：液壓、重力、氣壓、杠桿、彈簧測量系統(tǒng)：包括：傳感器、信號變換與測量電路；信號變換與測量電路：使用較多的是電橋電路和放大電路，此外，還有濾波、整流，積分、微分電路、放大器等。最簡單情況，測量電路就是傳感器和測量儀器之的導線。 信號處理系統(tǒng)：對輸出信號的處理顯示記錄系統(tǒng)：顯示測量結(jié)果，提供給觀察者或自動控制裝置。多被計算機取代。二、測試系統(tǒng)的主要性能指標1 精度和誤差精度：測試系統(tǒng)給出的被測量的指示值(測量值)與真值(常用約定真值代替)的接近程度絕對誤差:

4、 相對誤差:引用誤差:式中： 分別代表儀器的指示值、真值、測量上限。2 穩(wěn)定性 穩(wěn)定度：時間上的穩(wěn)定性影響因素：周期性波動、隨機性波動，漂移表示方法：數(shù)值波動幅度/相應的時間長度例：s1.3mV/8h； s0.3/d環(huán)境影響：表示方法：影響系數(shù)溫度系數(shù)r0.3/；，電源電壓系數(shù)u0.02mA/10% 3 測量范圍（量程）系統(tǒng)正常工作時的最大測量范圍；動態(tài)測量中，需考慮工作頻率范圍4 分辨率(靈敏閾)系統(tǒng)能夠測量出的最小變化量；通常要求測定儀器在零點和90%滿量程時的分辨率。5 傳遞特性概念：是指測試系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。靜態(tài)測量：輸入量不隨時間變化(或變化很慢可忽略)靜態(tài)傳遞特性：靜態(tài)測量的輸入

5、輸出關(guān)系靜態(tài)測量系統(tǒng)可僅考慮靜態(tài)傳遞特性；動態(tài)測量：輸入量隨時間變化動態(tài)傳遞特性：動態(tài)測量的輸入輸出關(guān)系動態(tài)測量系統(tǒng)必須同時考慮系統(tǒng)的靜、動態(tài)傳遞特性。1-2線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)一、線性系統(tǒng)輸入、輸出之間具有確定的、線性關(guān)系；線性定常系統(tǒng)的方程（常系數(shù)線性微分方程）2 線性系統(tǒng)的主要特性假定：X Y ，X1 Y1， X2 Y2疊加性：X1+X2 Y1+Y2齊次性（比例性）：cX cY 微分特性： XY 積分特性： XY 頻率保持特性：x(t) Asin(t+) y(t)Bsin(t+ )利用該特性可以消除干擾(其它頻率的信號)。例題1:對某線性裝置輸入簡諧信號x(t)Asin(t+)，若輸出為

6、y(t)Bsin(t+ )，請對幅值等各對應量作定性比較，并用數(shù)學語言描述它們之間的關(guān)系。解: B=kA（幅值變化） =（頻率不變） =-C（相位變化） 例題2：滑動變阻器可以實現(xiàn)位移測試，能否測量速度和加速度？磁電式傳感器能夠測移動速度，能否測量位移和加速度？答：均可以利用微分特性和積分特性實現(xiàn)測量。1-3 測試系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞特性及其主要參數(shù)一、靜態(tài)方程和標定曲線靜態(tài)方程：標定曲線：二、測試系統(tǒng)的主要靜態(tài)特性參數(shù)(1)靈敏度 線性系統(tǒng)：注意量綱：例如S = 100mV/mm；輸入、輸出量綱相同時稱為“放大倍數(shù)” 數(shù)字儀表：分辨力注意：測試系統(tǒng)由若干環(huán)節(jié)串連而成，則系統(tǒng)靈敏度等于各環(huán)節(jié)靈敏度的

7、乘積。(2) 非線性度定義：標定曲線(試驗確定的實際工作曲線)與理想直線(常用參考理想直線代替）的接近程度。 B全量程內(nèi)輸出量最大偏差 A標稱輸出范圍(即量程)定義：相同測試條件下，輸入量由0增大至滿量程，以及由滿量程減小到0的過程中，同一輸入量所得到的兩個輸出值的最大偏差與滿量程A的百分比。原因：由滯后和不工作區(qū)(死區(qū))引起。（4）環(huán)境影響與對應措施環(huán)境影響因素：溫度、濕度、氣壓、電源電壓、接地條件、絕緣電阻系統(tǒng)表現(xiàn)：漂移：輸入量不變,輸出量隨時間變化零點漂移：零輸入條件下的漂移靈敏度漂移：由于靈敏度的變化引起的校正曲線斜率的變化減少環(huán)境影響的措施：隔離、補償、增益反饋、計算機修正補償例題3

8、： 某次壓力測量時，磁電式傳感器的靈敏度S=90.0vMPa，將它與增益為0.005Vv的電壓放大器相連，輸出到靈敏度為的20mmv筆式記錄儀上。 (1)求系統(tǒng)的總靈敏度。 (2)當P=5.0MPa時，記錄筆在記錄紙上的偏移量?解：總靈敏度 K=K1K2K3 =90v/MPa0.005V/v20mmv=9mm/MPa; 偏移量 W = KP = 9mmMPa5.0MPa=45mm1-4 測試系統(tǒng)的動態(tài)傳遞特性及其測定一、動態(tài)傳遞特性 傳遞函數(shù)、頻率的傳遞函數(shù)、頻率響應函數(shù)1 傳遞函數(shù)拉普拉斯變換定義式：設有一函數(shù)f(t) 0, 或 0t單邊函數(shù)其中，S=+j 是復參變量，稱為復頻率。左端的定積

9、分稱為拉普拉斯積分，又稱為f(t)的拉普拉斯變換；右端的F(S)是拉普拉斯積分的結(jié)果，此積分把實數(shù)域域中的單邊函數(shù)f(變換為以復頻率S為自變量的復頻域函數(shù)F(S)，稱為f(t)的拉普拉斯象函數(shù)。以上的拉普拉斯變換是對單邊函數(shù)的拉普拉斯變換，稱為單邊拉普拉斯變換。輸入、輸出關(guān)系可用微分方程描述。在輸入x(t)、輸出y(t)以及各階導數(shù)的初始值均為零的情況下，對微分方程進行拉普拉斯變換(簡稱拉式變換)，得 輸出的拉氏變換和輸入拉氏變換之比 即為傳遞函數(shù)拉普拉斯變換（1） 拉普拉斯變換是線性變換，變換前后不會影響原方程包含的信息。變換前后兩個方程等價。（2） 傳遞函數(shù)是一個代數(shù)有理分式函數(shù)，其特征容

10、易識別與研究。而考察微分方程的特性困難。說明：（1） 傳遞函數(shù)實質(zhì)是以復數(shù)域（s=a+jb)中的象函數(shù)X(s)、Y(s)的代數(shù)式去代替實數(shù)域中原函數(shù)x(t)、y(t)的微分方程式。 （2） H(s) 是將實際的物理系統(tǒng)抽象成數(shù)學模型，經(jīng)過變換后得出的，所以同一個傳遞函數(shù)可以表示具有相同的傳輸特性的不同系統(tǒng)。（3） 傳遞函數(shù)H(s)用于描述系統(tǒng)本身固有的特性，與輸入X(t)的表達式無關(guān)。 X(t)不同時，Y(t)的表達式不同，但傳遞函數(shù)H(s)保持不變。（4） 傳遞函數(shù)H(s)分母完全由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定，而分子則和待測變量及測點布置情況有關(guān)。2 串、并聯(lián)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 串聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)3 頻率響應

11、函數(shù)傳遞函數(shù)的傅式變換物理意義：頻率響應函數(shù)時描述系統(tǒng)的正弦輸入和其穩(wěn)定輸出的關(guān)系，對于穩(wěn)定的常系數(shù)線性系統(tǒng)，若輸入為正信號，則穩(wěn)態(tài)時的輸出是與輸入為同一頻率的正弦信號；輸出的幅值和相角通常不等于輸入的幅值和相角，輸出和輸入幅值比和相位差都是輸入頻率的函數(shù)，并反映在系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性中。3 頻率響應函數(shù) 幅頻特性：相頻特性：幅頻特性：當輸入正弦信號的頻率沿頻率軸滑動時，輸出、輸入正弦信號振幅之比隨頻率的變化規(guī)律相頻特性：輸入、輸出正弦信號的相位差之比隨頻率的變化規(guī)律頻率響應函數(shù)與傳遞函數(shù)的區(qū)別傳遞函數(shù)中的s換成j便得到了頻率響應函數(shù)。傳遞函數(shù)是輸出與輸入拉氏變換之比，其輸入并不限于正弦激

12、勵，不僅描述了測量裝置的穩(wěn)態(tài)特性也描述了它的瞬態(tài)特性。頻率響應函數(shù)是在正弦信號激勵下，測量裝置達到穩(wěn)態(tài)后輸出與輸入之間的關(guān)系。4 常見測試系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和頻率響應特性（1）一階系統(tǒng)幅頻特性相頻特性（2）二階系統(tǒng) 固有頻率 阻尼比傳遞函數(shù) 靈敏度頻率響應特性幅頻特性 相頻特性三、信號的失真及不失真測量條件1 定義不失真測試(傳遞)實質(zhì): 系統(tǒng)的響應波形（輸出）與輸入波形完全相似?？杀３衷盘柕奶匦院腿啃畔?。2 不失真條件幅頻函數(shù)為常數(shù):相頻函數(shù)為線性(過原點的直線):1-5 測試系統(tǒng)選擇的原則靈敏度對干擾的敏感。靈敏度高，測量范圍小，穩(wěn)定性差準確度價格影響。前面環(huán)節(jié)的準確度高于后面環(huán)節(jié)的準確度

13、響應特性不失真，延遲時間短線性范圍保證在近似線形區(qū)間工作穩(wěn)定性適應環(huán)境，零漂和漂移測量方式滿足實際的工作條件，在現(xiàn)場實時條件匹配性 總結(jié)內(nèi)容 測試系統(tǒng)的組成荷載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、顯示和記錄系統(tǒng)主要性能指標線形系統(tǒng)的性質(zhì)系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)系統(tǒng)信號不失真?zhèn)鬟f的條件系統(tǒng)選擇的原則第二章 傳感器2-1 概述1. 傳感器定義(GB7665一87)能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用 輸出信號的器件或裝置。狹義定義指傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。被測信號敏感元件+輔助裝置輸出信號2. 傳感器構(gòu)成3. 傳感器的分類1)按被測物理量分類常見的被測物理量： 機械量:長度,厚度

14、,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風速,流速,流量;聲: 聲壓,噪聲.磁: 磁通,磁場溫度: 溫度,熱量,比熱.光： 亮度，色彩2)按輸入信號變換成電信號的效應分類物理式： 光敏傳感器、壓力傳感器、磁敏傳感器、 熱敏傳感器化學式： 氣敏傳感器、熒光傳感器生物式： 酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器3)按信號變換特征：能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入能量使其工作.(有源）例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部(無源） 供給能量的變化.例如:電阻應變片.4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系:物性型:依靠敏感元件材料本身

15、物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換.如:水銀溫度計.結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變. 例如:電容式和電感式傳感器.5） 傳感器的命名原則主題詞加四級修飾語構(gòu)成： 主要技術(shù)指標特征描述變換原理被測量100mm應變式位移傳感器2MPa鋼弦式壓力傳感器15t電阻式荷重傳感器（1） 統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索中正序?！皞鞲衅鳎灰?，應變式，100mm” （2） 技術(shù)文件、產(chǎn)品樣本、論文、書刊，反序?！?0mm差動變壓器式位移傳感器” （3）實際應用中，可省略。4. 應力計和應變計原理Kk，應力計2-2 電阻式傳感器概念：把被測量轉(zhuǎn)化為電阻變化的一種傳感器。 按工作原理分類： 電阻應變式（核心為：

16、電阻應變片） 電位計式 壓阻式基本原理: 1 電阻應變式傳感器：應變片彈性元件附件工作原理：基于電阻應變效應電阻應變式傳感器應用：力、壓力、壓強、位移 2 電位計：精度0.050.025mm電位計的使用變阻器與分壓器電位器的優(yōu)點是：1）結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，價格低廉且性能穩(wěn)定；2）受環(huán)境因素(如溫度、濕度、電磁場干擾等)影響??；3）可以實現(xiàn)輸出輸人間任意函數(shù)關(guān)系；4）輸出信號大，一般不需放大。缺點是：1）因為存在電刷與線圈或電阻膜之間的摩擦，因此需要較大的輸入能量；磨損不僅影響使用壽命和降低可靠性，而且會降低測量精度，使分辨力較低；2）動態(tài)響應較差，適合于測量變化較緩慢的量。3、壓阻式傳感

17、器 F R壓阻效應：單晶半導體材料在沿某一軸向受外力作用時，其電阻率發(fā)生很大變化的現(xiàn)象壓阻式傳感器的優(yōu)點是：1）靈敏度非常高，有時傳感器的輸出不需放大可直接用于測量；2）分辨率高，例如測壓力時可測出1020 Pa的微壓；3）測量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應高；4）可測量低頻加速度和直線加速度。其最大的缺點是溫度誤差大，故密溫度補償或在恒溫條件下使用。2-3 電感式傳感器電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。特點：1）結(jié)構(gòu)簡單可靠2）分辨力高3）零點漂移少，小于0.1m4）線性度好5）輸出功率大6）不宜動態(tài)測量，響應時間長?；驹恚弘姶鸥袘?1 自感型：（

18、1）可變磁阻型（2）渦流式金屬板置于變化磁場中或在磁場中運動時，在金屬板種產(chǎn)生感應電流， 測量范圍02mm，分辨力可達到1um。2 互感型-差動變壓器工作原理：互感現(xiàn)象互感型-差動變壓器特點：線性范圍大、精度高、穩(wěn)定性好、使用方便2-4 鋼弦式傳感器1 工作原理傳感器可等效成一個兩端固定繃緊的均勻弦。 鋼弦內(nèi)應力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殇撓艺駝宇l率的變化。2 構(gòu)造和性能單膜式雙膜式鋼弦式應變計3 頻率計基本原理：發(fā)出脈沖信號輸入壓力盒的電磁線路，激勵鋼弦產(chǎn)生振動，鋼弦的振動在電磁線路內(nèi)產(chǎn)生交變電動勢，輸入頻率儀放大器后，示波，得到頻率。4 鋼弦式傳感器的特點優(yōu)點：（1）抗干擾強，特別是長導線、復雜條件下傳

19、輸信號，常時穩(wěn)定性好。對巖土工程尤為重要。（2）結(jié)構(gòu)簡單，價格低。（3）穩(wěn)定性好，高防水性能，密封良好（4）溫度影響小，振弦式傳感器的附帶測溫功能缺點：（1）對夾具要求特別高。（2）對鋼弦要求高。5 常用的鋼弦式傳感器（1）土壓力計用來測量土方和堤壩的總壓力。 （2）混凝土應力計用于鋼筋混凝土建筑體（如大壩）內(nèi)，測量混凝土各個不同方向上的應力。（3）荷載盒（測力計）荷載盒由經(jīng)過熱處理的高強度合金鋼元筒組成，合金鋼園筒內(nèi)安裝有36個高精度振弦傳感器測量施加到園筒上的載荷。由于采用多個傳感器，可以消除不均勻及偏心負荷的影響通（并可測出偏心荷載的大?。?。（4）錨索測力計、鋼筋計 斜拉橋、大壩、巖土工

20、程邊坡、大型地基基礎、隧道等處對錨索或錨桿拉力進行檢測，及對其應力變化情進行監(jiān)測；振弦式鋼筋計可長期埋設在水工建筑物或其他混凝土建筑物內(nèi)，測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋應力。（5）振弦式位移傳感器2-5 電容式、壓電式、壓磁式傳感器1 電容式傳感器：將被測量（尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器。工作原理：、A或發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。a)極距變化型b)面積變化型c) 介質(zhì)變化型特點：1）溫度穩(wěn)定性好2）結(jié)構(gòu)簡單適應性強3）動態(tài)響應好4）非接觸測量5）輸出阻抗高，負載能力小6）寄生電容影響大。應用舉例：電容式測厚儀電容式轉(zhuǎn)速傳感器2 壓電式傳感器基本原理：壓電效應（外力作用下激起晶體表面荷

21、電的現(xiàn)象，逆壓電效應）壓電材料：壓電單晶體（石英）、多晶體壓電陶瓷（鈦酸鋇）常用結(jié)構(gòu)形式：并聯(lián)時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號；串聯(lián)適于電路輸入阻抗很高的時候。應用舉例：加速傳感器測力傳感器3 壓磁式傳感器基本原理：壓磁效應（鐵磁材料受機械力作用，內(nèi)部產(chǎn)生機械效應力，從而引起導磁系數(shù)發(fā)生變化）特點：輸出功率大、抗干擾能力強、精度較高、壽命長、維護方便、適應惡劣工作環(huán)境；線性和穩(wěn)定性差。2-6 熱電式傳感器熱電阻、熱敏電阻傳感器T、 L 、 A R中低溫區(qū)（-200-850）精度高，線性好，穩(wěn)定體積大，易氧化，熱慣性大 鉑熱電阻基準儀 材料：鉑、銅，銦、鎳、鈷、錳和銠優(yōu)點：阻值變化大，靈敏度高半

22、導體材料制成體積小可測點溫度和固體表面溫度缺點:復現(xiàn)性和互換性差阻值與溫度呈非線性注：本節(jié)內(nèi)容參考劉迎春傳感器原理設計與應用或其它教材學習！一、基本原理溫度變化 電阻、電勢變化 常見類型：熱電偶、熱電阻、半導體熱敏電阻二、熱電偶熱電效應：兩種不同金屬組成的閉合回路中，當兩接觸點處的溫度不同時，回路中產(chǎn)生熱電勢的現(xiàn)象 注：總熱電勢取決于材料性質(zhì)、兩端點溫度熱電偶組成兩種不同的導體(熱電極)工作端(熱端)參考端(冷端)熱電偶類型:標準化熱電偶：鉑銠10鉑；鉑銠30鉑銠6；鎳鉻鎳硅；鎳鉻鎳鉛；鎳鉻考銅；鎳鉻康銅；銅康銅。非標準化熱電偶：鐵康銅；鎢鉬等熱電偶結(jié)構(gòu):普通型、鎧裝型、小慣性熱電偶熱電勢測量

23、:熱電式溫度表（直流毫伏計） 伺服式溫度表（自平衡電位差計）熱電偶標定:定點法、比較法熱電阻測溫就基本定律:1)均質(zhì)導體定律 兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢大小與熱電偶直徑、長度及沿熱電極長度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。2)中間導體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要其兩端的溫度相等，該導體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。3)參考電極定律 兩種導體A,B分別與參考電極C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：鉑的物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，多采用鉑作為參考電極。熱電偶的冷端溫度及其補償 只有在熱電極材料一定，其冷端溫度保

24、持不變，熱電勢才與工作溫度保持單值函數(shù)。實際工程測試中，冷端溫度常隨工作環(huán)境變化，造成測量誤差。冷端溫度修正冷端溫度補償 注：查閱參考書傳感器的原理 設計及應用作者：劉迎春，國防科技大學出版社 。P149P150.測溫方法:關(guān)鍵：借助“分度表”或“分度曲線”；分度表：令熱電偶冷端溫度恒為0，在工作端為不同溫度時，測定出相應的熱電勢制成的表.冷端溫度為0時：測出回路中熱電勢E（Tn，0 ;查表或曲線確定工作端溫度。冷端溫度非0時：進行“冷端溫度修正”；進行“冷端溫度補償”?！袄涠藴囟刃拚狈椒ǎ簾犭妱菪拚?利用“中間溫度定律”)已知冷端溫度為Tn,查出：測定出：計算出:查分度表得到工作端溫度T

25、。溫度修正法(利用熱點偶修正系數(shù)k)設 T為儀器指示溫度；Tn 為冷端溫度, k 為熱電偶的修正系數(shù)。則工作端溫度:例題：用鎳鉻鎳硅熱電偶測爐溫，冷端溫度 T0=30時，測得熱電勢 E(T,T0) =39.17mV ,求實際爐溫？解：法1熱電勢修正法 由 T0 =30,查出：E(30,0)=1.2mV計算：E(T,0)=E(T,30)+E(30,0)=39.17+1.2=40.37mV查分度表得：T=977 法2：溫度修正法由 E(T,T0) =39.17mV直接查分度表得指示溫度:T=946由熱電偶類型查得:k=1實際爐溫:T=T+kTn=946+130=976“冷端溫度自動補償”方法：實質(zhì)

26、：進行電勢補償電橋補償法原理:利用電橋的不平衡電壓,消除冷端的溫度變化影響；“冷端溫度補償器”串連在回路中；同樣的溫度變化 ，使熱電偶、補償器產(chǎn)生“數(shù)值相等，符號相反”的電勢，相互抵消，實現(xiàn)補償。注意：冷端補償器熱電偶選型的匹配。Pn結(jié)冷端溫度補償法(略)延引熱電極法(略)注：參見有關(guān)教材自學2-7 其它傳感器1 磁電式傳感器 基本原理：電磁感應，產(chǎn)生感應電動勢（1）恒定磁通式（2）霍爾傳感器基本原理：霍爾元件基于霍爾效應，產(chǎn)生感應電動勢應用舉例：位移傳感器、霍爾乘法器（3）磁阻效應傳感器基本原理：磁阻效應2 光電式傳感器（1）外光電效應（在光線作用下，物質(zhì)內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象）

27、（2）內(nèi)光電效應（受光照物體電導率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動勢的效應）3氣敏傳感器基本原理：半導體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導體性質(zhì)發(fā)生變化，測量特定氣體的成分或者濃度將成分和濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，進行監(jiān)測和報警。4 濕度傳感器基本原理：利用濕敏元件進行濕度測量和控制。濕敏元件利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導致本身電阻值發(fā)生變化。5 水分傳感器基本原理：將水分含量轉(zhuǎn)換成電信號進行測定和表示高分子物質(zhì)的電阻與含水率有關(guān)。6 光纖傳感器基本原理：外界因素（溫度、壓力、電場、磁場等）變化時，傳光特性（相位和光強）會發(fā)生變化。2-7 傳感器的選擇和標定1 傳感器的選擇 輸入輸出線性好，靈敏度高滯后、偏移誤差小

28、動態(tài)特性好功耗小對測試對象影響小抗干擾能力強重復性好，有互換性抗腐蝕性好，能長期使用易維修和校準2 壓力盒的選擇和埋設要求 靜力匹配彈性模量泊松比密度3 傳感器的標定定義：通過試驗建立傳感器輸入量和輸出量之間的關(guān)系，求出傳感器輸出特性曲線（標定曲線）標定方法：標準輸出設備非電量標準值標準測試系統(tǒng)未知的非電量要求：(1)傳感器的標定應該在其使用條件相似的狀態(tài)下進行；(2)被測對象的f30Hz時，可只作靜標定。 (3) 重復標定的次數(shù)和提高測試精度，減小偶然誤差。(4)對于自由場應力測量的壓力盒，要作雙向或三向流體標定；對于用作剛性結(jié)構(gòu)表面壓力測量的壓力盒，只需作單向流體標定；對于測動態(tài)壓力的壓力

29、盒，則最后須作動態(tài)標定。在介質(zhì)中標定時，力爭做到使標定與使用時在介質(zhì)密度、含水量和介質(zhì)變形特性等方面的一致。4 壓力傳感器的標定靜態(tài)校準：確定壓力傳感器或壓力測量系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度及各種靜態(tài)誤差，動態(tài)校準：確定其動態(tài)響應特性。（1）油壓標定（2）埋入式壓力傳感器的砂壓標定（3）接觸式壓力傳感器（4）用材料試驗機標定法5 位移傳感器的標定-標定架 本章總結(jié)1 傳感器的分類及各類傳感器的工作原理2 傳感器的選擇和埋設要求3 傳感器的標定第三章 電阻應變測量技術(shù)3-1 電阻應變片 1）電阻應變測試技術(shù)的優(yōu)點（1）測量范圍廣、靈敏度和精確度高； （2）應變片尺寸小、重量輕、慣性小，對被測試件工作狀態(tài)和應

30、力狀態(tài)影響極??； （3）頻率響應快，機械滯后??； （4）適用范圍廣； （5）能實現(xiàn)遠距離測量，易實現(xiàn)測試工作自動化。2）電阻應變測試技術(shù)的缺點： （1）測出的是平均應變； （2）貼片技術(shù)要求高； （3）測試儀表結(jié)構(gòu)復雜，不易掌握使用和維修； （4）普通應變片輸出信號小，在強電磁場中易受干擾。 電阻應變測量基本原理:電阻應變片：待測非電量應變值 電阻變化R電阻應變儀：測量R將應變片的 R U或 I放大器輸出到顯示和記錄設備說明：理論分析：大應變時， Ks通常不是常數(shù)；但對于康銅等少數(shù)幾種電阻絲而言， Ks 基本為定值,因此它們可用于大應變（800010000）的量測。實際情形：電阻應變片的實際靈

31、敏度KKS。 電阻絲端頭橫向變形；基底傳遞變形的影響例題：等強度梁靜態(tài)應變測試等強度鋼梁，鋼梁的=0.285，L=150mm,室溫、單向受力狀態(tài)，應變片絲柵方向與最大主應變方向一致，采用砝碼在梁一端施加作用力P=0.1KN，測得撓度為1.5mm，實測量得電阻由120變?yōu)?20.12，求得應變片的實際靈敏度K。等強度梁： 截面按一定規(guī)律變化，距作用力任何距離的截面上的應力相等。解： R/R :R/R =（120.12-120）/120=0.001: = E =Mh / 2I (1) y=- -ML2 / 3EI (2)= -3hy /2 L2 =0.0005K:K= (R/R)/ =22 構(gòu)造：

32、電阻絲 基底與覆蓋層 引線2 構(gòu)造（1）電阻絲：敏感材料，關(guān)鍵性部分。要求：電阻率大，應變電阻系數(shù)大，溫度電阻系數(shù)小，可加工性能（壓延性）好。材料：銅鎳、鎳鉻、鐵鉻鋁等高阻合金。 （2）基底與覆蓋層：定位，傳力，保護要求：絕緣，強度大，易粘貼，蠕變小，滯后小，防潮，熱穩(wěn)定，溫度應變小。材料：紙基、膠基、紙浸膠基（3）引線：0.15-0.18的鍍錫（銥、銀）軟銅線。3 分類1)金屬類金屬絲式應變片：絲繞式、短接式0.01-0.03mm ，響應時間為10-7s，散熱效果差，許用電流低。圓角線柵，橫向效應大；直角線柵，制作復雜。箔式應變片3- 10m厚的康銅或其它合金膜，光刻印刷。照相腐蝕成形法，集

33、成電路制造技術(shù)。目前主要使用的一種傳感器。橫向效應小，散熱好于絲式。薄膜式應變片：800厚度0.1m的金屬薄膜，真空電鍍制造，用于高溫等特殊條件2）半導體式應變片（壓阻效應）半導體材料，根據(jù)壓阻效應制成。 靈敏系數(shù)高，K100，可直接用萬用表測應變響應時間僅有10-11s熱穩(wěn)性能差；大應變時，非線形較大，多用于測量500以下的小應變。3）應變花: 在一個基底上有幾個按一定角度排列的敏感柵的應變片。測量主應力方向未知條件下平面應力狀態(tài)。自補償應變片：用于高低溫和溫差大的條件4 應變片的參數(shù)和工作特性（1）靈敏系數(shù) 單向受力狀態(tài)下，敏感柵縱向中心線與應力方向平行時，應變片電阻值的相對變化與沿其縱向

34、的應變之比值。（2）橫向效應 由于橫向應變使得應變片的總電阻變化量減小的現(xiàn)象，降低靈敏度，稱橫向效應。橫向效應用橫向效應系數(shù)H描述。 H通過實際測定，一般較小，只有高精度測量才考慮修正。不考慮H：考慮H：標定的靈敏度K：（2）橫向效應的影響設此時測點的真實應變?yōu)閤 、y，實測應變?yōu)閤 ，由式2、3得。相對誤差：例：設H=0.03，0.285單向應力狀態(tài)下橫向效應誤差估計： y=-x，平面受力條件橫向效應誤差估計：雙向受壓的混凝土梁，設： x /y=1，估計橫向效應產(chǎn)生的誤差。解：3）應變片的規(guī)格幾何參數(shù)應變片的敏感柵工作面積：應變片敏感柵長寬之積，S=L*b。 L-柵長標距 b-柵寬注意：盡量

35、選用L大、 b小的應變片。（4）應變片電阻值:指應變片在未安裝、不受外力、室溫條件下的電阻值。單片阻值：單個應變片的標定電阻值。標準名義阻值 ：人為規(guī)定的生產(chǎn)標準，為一定值，如120、240。一般應變儀是按120應變片要求設計的。平均名義阻值：一批應變片抽樣標定，電阻值取平均、求公差。如120 0.5%或1200.6。（5）機械滯后量：恒溫時，在加、卸載過程中對各個應力水平分別測得的指示應變量的最大差值。產(chǎn)生原因:金屬絲、粘貼計、基底等的殘余變形，在測試時尚未完全釋放。消除方法：采用優(yōu)質(zhì)片，正確選擇粘合劑及粘貼工藝。如用于制造傳感器，標定前應作循環(huán)加載以消除滯后影響。（6） 零漂、蠕變零漂：不

36、受力、溫度均不變時，應變測量值依然產(chǎn)生變化。蠕變：、恒溫情況下，受恒定力的作用時應變測量值隨時間而變化。產(chǎn)生原因：應變片受潮后，絕緣電阻降低，或通電后產(chǎn)生的熱電勢造成的。（7）應變極限：應變片最大應變測量值。 一般規(guī)定：應變片顯示的值與機械應變的相對誤差達到規(guī)定標準（一般10%）時的機械應變即為應變極限。此時，認為應變片失去了工作能力。（8）絕緣電阻：敏感柵及引線與被測試件之間的電阻值。 應變片粘結(jié)層固化程度和是否受潮的標志。一般 2M歐，高精度測試50M歐。（9）動態(tài)測量時的特性疲勞壽命：應變片承受特定的交變荷載至破壞（脫片、斷柵等）時的使用次數(shù)。頻率響應：應變波由試件傳遞到應變片所需時間為

37、動態(tài)頻率響應時間，金屬絲式為10-7s，半導體式為10-11s，可以認為應變片是基本沒有慣性的。（10）應變片的許用電流:不影響工作特性的最大電流。 控制應變片的工作溫度，以防燒毀，其具體數(shù)值由廠家提供。一般絲式應變片許用電流為2025mA，測動態(tài)時可達75100mA。箔式應變片散熱性能好，可達200mA以上。5 應變片的選用與應變片粘結(jié)工藝(1) 應變片選用：1 工作環(huán)境溫度保證、地下工程中防潮特性好2 被測物的材料性質(zhì)彈模高，基長?。淮志Яr石混凝土選用基長長3 按被測試件受力狀態(tài)和應變性質(zhì)：應變花變化大選用基長小，變化小選用基長大4 按測量精度：材料 電阻值、靈敏度(2)應變片粘結(jié)工藝：

38、1 應變片檢查:外觀檢查、電阻值檢查2 表面處理:刮刀除銹、砂布打磨、脫脂棉擦洗、吹風機烘干3 貼片與固化:畫線、涂膠、用玻璃紙壓、調(diào)整、補膠4 粘貼質(zhì)量檢查:外觀檢查、電阻值檢查、絕緣電阻檢查、連接電阻應變儀檢查5 連接導線:導線固定、導線焊接6 防潮處理:凡士林、石蠟等為何要使用應變儀？1應變對應的電阻變化？R小極了！應變片的溫度效應 因環(huán)境溫度變化引起的虛假應變。 電阻絲的電阻溫度變化。 應變片與試件溫度膨脹系數(shù)的差異造成的誤差。 R/R= s T + K（shs） T= R/R /Kt= s T /K + （shs） T例：溫度應變的定量估算應變片的康銅絲s=2010-6/，線膨脹系數(shù)

39、s =1510-6 /，碳素鋼試件的線膨脹系數(shù)sh=1110-6 /，碳素鋼彈模E=2106Kg/cm2，應變片靈敏度K=2.0，當環(huán)境溫度T變化10時，求應變片的溫度應變t？ t= s T /K + （sh- s） T 解：溫度升高10， T=+10t= s T /K + （sh- s） T = 2010-610/2+（1110-6-1510-6 ） 10 = 6010-6 60T=+10 ，=E=12Mpa，造成被測物體受拉假象。T=-10 ,t=-60， =E=-12Mpa，受壓。3-2 測量電路1 定義實現(xiàn)二次轉(zhuǎn)換；并構(gòu)成電阻應變儀?；菟沟请姌颍阂灾绷骰菟沟请姌驗槔?，常用交流。電橋平衡

40、條件:2 電橋分析：全等臂電橋：R1=R2=R3=R4=R 輸出對稱電橋：R1=R2=R， R3=R4=R 電源對稱電橋：R1=R3=R，R2=R4 =R1）全等臂電橋單臂電橋：R1為工作片，受力變形，產(chǎn)生阻值增量 R，當 R0.750.75Cm0.45Cm0.45完整性好完整性較好完整性差3）聲波測井2 巖土工程： 1）巖土體力學參數(shù)確定2）樁基完整性檢測3）注/灌漿效果評價：聲波CT4）隧洞內(nèi)超前探測3 結(jié)構(gòu)工程： 1）混凝土厚度檢測經(jīng)驗公式：h=kVpt2）混凝土空洞檢測經(jīng)驗公式：R=l2tdtc2-13）混凝土裂縫檢測4）深孔法混凝土裂縫檢測4 波的其它參數(shù)利用：溶洞的探測第五章 非破

41、損檢測技術(shù)無損檢測的應用 :1、施工過程中工程質(zhì)量，如：混凝土強度不夠；混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的檢測約占65%；2、原建筑物上改造，如需要加高接層或者樓面荷載改變等，鑒定原建筑物約占20%；3、受損結(jié)構(gòu)，如受化學介質(zhì)侵蝕、火災、地震等的檢測約占10%；4、重要工程的驗收檢測，如核電站安全殼、大型電站基礎、水庫閘門和電站大壩等的檢測約占5%。5、預制構(gòu)件產(chǎn)品質(zhì)量鑒定。力學強度、彈塑性性質(zhì)、斷裂性能、缺陷損傷以及耐久性，材料強度檢測，內(nèi)部缺陷損傷探測5-1 回彈法檢測混凝土強1 概念：無損檢測技術(shù):在不擾動介質(zhì)性狀、不損害材料承載能力的條件下實現(xiàn)對被測物體性質(zhì)和相關(guān)參數(shù)的測定。 回彈法檢測混凝土強度：以回

42、彈儀彈擊混凝土表面，測得回彈值，根據(jù)回彈值與抗壓強度校準的相關(guān)關(guān)系，用回彈值推算混凝土強度。 采用回彈法檢測不會對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的力學性質(zhì)和承載能力產(chǎn)生不利影響，因而被廣泛應用于工程驗收的質(zhì)量檢測。2 回彈儀1） 工作原理：2）式中:l彈簧的初始拉伸長度X重錘反彈位置或回彈時彈簧的拉伸長度借助彈擊拉簧獲得一定沖擊動能的彈擊錘，通過彈擊桿將能量傳送給試件，彈擊后又以試件的彈性反應，將回彈能量通過彈擊桿傳給彈擊錘，于是彈擊錘帶動指針滑動直至回彈能量消失，最后從儀器讀尺上讀取回彈值。3）回彈儀的分類（按沖擊能量分）： 重型回彈儀：30NM，大型結(jié)構(gòu)物中型回彈儀：2.25NM，10-80CM厚普通混凝土構(gòu)件輕型回彈儀：0.75NM，輕質(zhì)、低標號、薄壁混凝土3）回彈值與混凝土抗壓強度的關(guān)系 回彈值與表面硬度有關(guān)，而表面硬度反映了混凝土抗壓強度的大小。 水平方向測試時，回彈值與彈痕面積關(guān)系：R=kd-4回彈值與混凝土抗壓強度的統(tǒng)計關(guān)系：