結構試驗量測技術教案課件

會計學1結構試驗量測技術會計學1結構試驗量測技術結構試驗模擬結構在實際受力工作狀態(tài)下的反應對試驗對象施加荷載量測應變、力、裂縫、位移、速度、加速度等第1頁/共88頁結構試驗模擬結構在實際受力工作狀態(tài)下的反應對試驗對象施加荷載第四章結構試驗量測技術概述應變量測力的量測位移與變形量測裂縫的測定加速度的測定第2頁/共88頁第四章結構試驗量測技術概述第2頁/共88頁1、人工測量、人工記錄(量結構的尺寸)2、儀器測量、人工記錄(千分表測應變)3、儀器測量、儀器記錄(應變儀測應變)4、自動化數據采集系統進行測量、記錄、處理(智能數據采集系統)概述－試驗數據的量測與采集方法從簡單到復雜、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1、人工測量、人工記錄(量結構的尺寸)概述－試驗數據的量測與量測系統的基本組成單元敏感元件傳感器敏感元件控制裝置指示記錄系統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、顯示或記錄的裝置顯示器顯示所測數據，分為模擬顯示和數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頁量測系統的基本組成單元敏感元件傳感器敏感元件控制裝置指示記錄量測儀器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，使之可以被顯示和記錄；顯示器：將信號用可見的形式顯示出來；記錄器：將數據記錄以利長期保存；分析儀器：對采集的數據進行分析處理。第5頁/共88頁量測儀器的分類按功能分類第5頁/共88頁量測儀器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：測量和控制功能的組合第6頁/共88頁量測儀器的分類按工作原理第6頁/共88頁量測儀器的分類應變計：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：測量結構振動的位移、速度和加速度。結構試驗通常量測的參數有哪些？按用途分第7頁/共88頁量測儀器的分類應變計：用來測量應變；結構試驗通常量測的參數有按儀器與結構的關系分附著式與手持式接觸式與非接觸式絕對式與相對式量測儀器的分類第8頁/共88頁按儀器與結構的關系分量測儀器的分類第8頁/共88頁按儀器顯示與記錄方式分直讀式與自動記錄式模擬式與數字式量測儀器的分類第9頁/共88頁按儀器顯示與記錄方式分量測儀器的分類第9頁/共88頁量測儀表的性能指標量程：儀表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10頁/共88頁量測儀表的性能指標量程：儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。量測儀表的性能指標量程：儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃第11頁/共88頁量測儀表的性能指標量程：儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。量測儀表的性能指標最小分度值：儀器的指示或顯示裝置所能指出的最小測量值。65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃第12頁/共88頁量測儀表的性能指標最小分度值：儀器的指示或顯示裝置所能指出的量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃精確度：當前測量值65.7℃，實際精確值65.5℃，則精確度=（65.7-65.5）/100=0.2%精確度（/測量精度/準確度）：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。第13頁/共88頁量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃精確度：當前測量值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：被測量的單位變化引起儀器示值的變化值。第14頁/共88頁量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm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℃。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中的最大偏差值或該值與量程的百分比。第15頁/共88頁量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm滯后：將溫度計65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃精確度：當前測量值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頁溫度計65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃應變量測概述第17頁/共88頁應變量測概述第17頁/共88頁千分表量測應變L第18頁/共88頁千分表量測應變L第18頁/共88頁2應變量測電阻應變計（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量測方法與儀表第19頁/共88頁2應變量測第19頁/共88頁電阻應變計－原理及構造

第20頁/共88頁電阻應變計－原理及構造

第20頁/共88頁電阻應變片的主要技術指標溫度適用范圍：取決于膠合劑的性質靈敏系數：由出廠前抽樣試驗確定，使用時應變儀的靈敏系數一般應與應變片相同,K電阻值：產品標準為120Ω規(guī)格：敏感柵的有效使用面積L×B標距：敏感柵在縱軸方向的有效長度L第21頁/共88頁電阻應變片的主要技術指標溫度適用范圍：取決于膠合劑的性質靈敏電阻應變片的分類按柵極分絲式箔式半導體按基底材料分紙基膠基按使用溫度分低溫常溫高溫第22頁/共88頁電阻應變片的分類按柵極分絲式箔式半導體按基底材料分紙基膠基按電阻應變計的工作原理電阻應變效應 當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，這種效應稱為電阻應變效應。ε

ΔR第23頁/共88頁電阻應變計的工作原理電阻應變效應εΔR第23頁/共88頁金屬絲電阻一個長度為l，截面積為A，電阻率為ρ的導體第24頁/共88頁金屬絲電阻一個長度為l，截面積為A，電阻率為ρ的導體第24頁當電阻絲受到拉力F作用時，將伸長Δl，橫截面積相應減小ΔA，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了dρ，從而引起電阻值相對變化量為

軸向應變徑向應變式中,μ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頁當電阻絲受到拉力F作用時，將伸長Δl，橫截面積相應減小ΔA代入得:通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數。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頁代入得:通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數對于金屬材料，1+2μ>>（dρ/ρ）/ε;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成正比，即K為常數。應變片受力后材料幾何尺寸的變化應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化第27頁/共88頁對于金屬材料，1+2μ>>（dρ/ρ）/ε;應變片受力后用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。壓阻效應是指半導體材料，當某一軸向受外力作用時，其電阻率ρ發(fā)生變化的現象。半導體應變片第28頁/共88頁用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。壓應變量測的基本原理：在標準長度范圍L內，量測長度變化增量的平均值ΔL，由ε=ΔL/L求得平均應變ε。標距L的選擇原則：根據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，L>4dmax。第29頁/共88頁應變量測的基本原理：在標準長度范圍L內，量測長度變化增量的粘貼在混凝土上的應變片（L>4dmax&&L>=50mm)第30頁/共88頁粘貼在混凝土上的應變片（L>4dmax&&L>=50mm粘貼在鋼結構上的電阻應變片第31頁/共88頁粘貼在鋼結構上的電阻應變片第31頁/共88頁2應變量測電阻應變計（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量測方法與儀表第32頁/共88頁2應變量測第32頁/共88頁測量電路的引入ε

ΔRΔU電阻應變計電阻應變儀測量電路第33頁/共88頁測量電路的引入εΔRΔU電阻應變計電阻應變儀電阻應變量測的基本公式(1)R1R2BACDR4R3U第34頁/共88頁電阻應變量測的基本公式(1)R1R2BACDR4R3U第34電阻應變量測的基本公式(2)R1R2BACDR4R3U第35頁/共88頁電阻應變量測的基本公式(2)R1R2BACDR4R3U第35溫度補償技術進行溫度補償的原因：(1)溫度改變使電阻應變片的導電率ρ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頁溫度補償技術進行溫度補償的原因：溫度對測量結果的影響程度：第溫度補償技術溫度補償的方法：(1)溫度補償應變片法;(2)工作片自補償法。第37頁/共88頁溫度補償技術溫度補償的方法：第37頁/共88頁溫度補償技術－溫度補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場中。該方法適用于大部分場合。BR1R2ACR1R2第38頁/共88頁溫度補償技術在電橋上接一個與測量片R1相同規(guī)格的應變片（溫度溫度補償應變片法

R1R2BACDR4R3UR1R2第39頁/共88頁溫度補償應變片法R1R2BACDR4R3UR1R2第39頁某些結構或構件，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（偶數個）測點，可以將這些應變片按照符號不同，分別接在相應的鄰臂上，它們既是工作應變片，又互為溫度補償。溫度補償技術－工作應變片自補償法2個測點：4個測點：第40頁/共88頁某些結構或構件，存在著應變符號相反，比例關系已知，溫度條件又工作應變片自補償法R1R2BACDR4R3UR1R2第41頁/共88頁工作應變片自補償法R1R2BACDR4R3UR1R2第41頁工作應變片自補償法R4第42頁/共88頁工作應變片自補償法R4第42頁/共88頁?橋半橋全橋實用橋路及其應用第43頁/共88頁?橋半橋全橋實用橋路及其應用第43頁/共88頁全橋橋路：電橋中的四個橋臂上均為工作片。半橋橋路：電橋中二個橋臂上為工作片，另二個橋臂為固定電阻。?橋橋路：電橋中只有一個橋臂（AB）上為工作片，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、橋臂系數大、能實現溫度互補且便于分析的接橋方法。實用橋路及其應用第44頁/共88頁全橋橋路：電橋中的四個橋臂上均為工作片。實用橋路及其應用第4多點測量線路RtR1RnR3R2ACB實用橋路及其應用第45頁/共88頁多點測量線路RtR1RnR3R2ACB實用橋路及其應用第45常見接橋方法見教材page52及例題應變片編號畫出橋路圖計算公式結果第46頁/共88頁常見接橋方法見教材page52及例題第46頁/共88頁2應變量測電阻應變計（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量測方法與儀表第47頁/共88頁2應變量測第47頁/共88頁應變片粘貼技術1.應變片檢查分選特別注意同一試驗的應變片批號最好一致（靈敏系數K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能滿足初始平衡條件R1R3=R2R4。第48頁/共88頁應變片粘貼技術1.應變片檢查分選第48頁/共88頁2.測點處理測點表面應平整、無銹、無浮漿。測點表面用酒精或丙酮清洗?；炷帘砻嬉话阌铆h(huán)氧樹脂打底抹平。測點位置準確，應變片長邊方向與所測應變方向相同。應變片粘貼技術第49頁/共88頁2.測點處理應變片粘貼技術第49頁/共88頁3.應變片粘貼粘貼用膠一般為502等快干膠或環(huán)氧樹脂類慢干膠?？旄赡z適用于短期量測，防潮性能較環(huán)氧樹脂差、操作時間短。慢干膠在粘貼后需要較長時間（24小時）的固化時間，期間需加壓、加溫以促使固化。應變片粘貼技術第50頁/共88頁3.應變片粘貼應變片粘貼技術第50頁/共88頁4.固化處理自然干燥：在室溫15度以上，濕度60%以下固化1~2天（環(huán)氧樹脂類慢干膠）。人工固化：氣溫低、濕度大，在自然固化12小時后用人工加溫（環(huán)氧樹脂類慢干膠）。應變片粘貼技術第51頁/共88頁4.固化處理應變片粘貼技術第51頁/共88頁5.粘貼質量檢查粘貼牢固，位置、方向準確。無短路、斷路現象，阻值與粘貼前相同。電阻應變片與試件間的絕緣度達到50MΩ以上，在惡劣環(huán)境應達到500MΩ以上。應變片粘貼技術第52頁/共88頁5.粘貼質量檢查應變片粘貼技術第52頁/共88頁6.導線連接保證引出線不與試件形成短路。保證量測導線輕微拉動時，引出線不被拉斷。導線各連接點應可靠連接，無虛焊。應變片粘貼技術第53頁/共88頁6.導線連接應變片粘貼技術第53頁/共88頁7.防潮防護短期量測且在干燥環(huán)境下可不做防潮處理。長期觀測或在潮濕環(huán)境下必須進行防潮處理，一般用硅橡膠密封。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，防止混凝土澆筑過程中損壞電阻應變片。應變片粘貼技術第54頁/共88頁7.防潮防護應變片粘貼技術第54頁/共88頁用硅橡膠密封后的應變片第55頁/共88頁用硅橡膠密封后的應變片第55頁/共88頁粘貼在鋼結構上的電阻應變片第56頁/共88頁粘貼在鋼結構上的電阻應變片第56頁/共88頁1.應變片檢查分選2.測點處理3.應變片粘貼4.固化處理5.粘貼質量檢查6.導線連接7.防潮防護應變片粘貼技術第57頁/共88頁1.應變片檢查分選應變片粘貼技術第57頁/共88頁應變的量測荷載的量測概述第58頁/共88頁應變的量測概述第58頁/共88頁機械式測力儀器基本原理是利用彈性元件的彈性變形與所受外力成一定比例關系，如環(huán)箍式拉力計、環(huán)箍式壓力計。電測式儀器（荷載傳感器） 基本原理：力應變電阻電壓3荷載量測Fε

ΔRΔU第59頁/共88頁機械式測力儀器3荷載量測FεΔRΔ電子秤材料試驗機的測力元件水壩壩體承載狀況監(jiān)測樁基受力監(jiān)測應變式力傳感器第60頁/共88頁電子秤應變式力傳感器第60頁/共88頁拉壓傳感器原理R1R6R7R8R4R3R2R5BACDR1R4R3R2R6R5R8R7每個橋路上粘有2個應變片，目的是消除傳感器受力偏心所產生的影響。第61頁/共88頁拉壓傳感器原理R1R6R7R8R4R3R2R5BACDR1RBACDR1R4R3R2R6R5R8R7第62頁/共88頁BACDR1R4R3R2R6R5R8R7第62頁/共88頁幾種常用的荷載量測傳感器

柱式力傳感器筒式壓力傳感器梁式力傳感器

環(huán)式力傳感器輪輻式力傳感器第63頁/共88頁幾種常用的荷載量測傳感器柱式力傳感器第63頁/共88頁柱式力傳感器第64頁/共88頁柱式力傳感器第64頁/共88頁筒式壓力傳感器第65頁/共88頁筒式壓力傳感器第65頁/共88頁梁式力傳感器

等截面梁：

懸臂梁的橫截面積處處相等，所以稱等截面梁。當外力F作用在梁的自由端時，固定端產生的應變最大，粘貼在應變片處的應變?yōu)椋菏街校簂0是梁上應變片至自由端距離，

b、h

分別為梁的寬度和梁的厚度。第66頁/共88頁梁式力傳感器等截面梁：式中：l0是梁上應變片至自由端距離

等強度梁：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。當力作用在自由端時，力距作用點任何截面積上應力相等，應變片的應變大小為：梁式力傳感器第67頁/共88頁等強度梁：梁式力傳感器第67頁/共88頁順梁的方向上下各貼兩只；四個應變片組成全橋。上面兩個受壓時下面兩個受拉。這種傳感器適用于測量500Kg以下荷重。問題：根據等強度梁工作原理和電橋，設計一個梁式力傳感器。梁式力傳感器第68頁/共88頁順梁的方向上下各貼兩只；梁式力傳感器第68頁/共88頁懸臂梁應變式電子秤上下表面的應變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，就能產生輸出電壓。第69頁/共88頁懸臂梁應變式電子秤上下表面的應變片也隨之拉伸和縮短。得到正負環(huán)式力傳感器

(a)為拉力環(huán)(b)為壓力環(huán)第70頁/共88頁環(huán)式力傳感器(a)為拉力環(huán)幾種常用的荷載量測傳感器第71頁/共88頁幾種常用的荷載量測傳感器第71頁/共88頁概述應變的量測荷載的量測位移與變形的量測第72頁/共88頁概述第72頁/共88頁位移的量測幾種常用的位移傳感器a.機械式b.電阻應變式c.滑阻式d.差動式第73頁/共88頁位移的量測幾種常用的位移傳感器a.機械式b.電阻機械式百分表、千分表位移的量測原理：測桿上下運動，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頁機械式百分表、千分表位移的量測原理：測桿上下運動，測桿上的齒電阻應變式位移傳感器（電子百分表）位移的量測第75頁/共88頁電阻應變式位移傳感器（電子百分表）位移的量測第75頁/共88位移量測儀器的標定電阻應變式位移計一般是接入應變儀，測出應變儀讀數，此讀數既不是位移，也不是應變。因此，在試驗前給位移計一已知的標準位移，同時在應變儀上得到對應的讀數，從而求得位移和應變儀讀數的對應關系，此過程稱為標定。第76頁/共88頁位移量測儀器的標定電阻應變式位移計第76頁/共88頁滑阻式位移傳感器位移的量測第77頁/共88頁滑阻式位移傳感器位移的量測第77頁/共88頁水準儀、全站儀等測量儀器。水準儀適用于位移量較大，要求精度不高的測量；而全站儀的精度更高一些。位移量測的其它方法第78頁/共88頁水準儀、全站儀等測量儀器。位移量測的其它方法第78頁/變形的量測轉角的測定曲率的測定剪切變形的量測第79頁/共88頁變形的量測轉角的測定第79頁/共88頁概述應變的量測荷載的量測位移與變形的量測裂縫的量測第80頁/共88頁概述第80頁/共88頁裂縫測量儀器（讀數顯微鏡）刻度放大鏡最小分度不宜大于0.05mm第81頁/共88頁裂縫測量儀器（讀數顯微鏡）刻度放大鏡最小分度不宜大于0.05裂縫的量測白色涂層法（表面刷石灰漿）脆漆涂層法裂紋擴展片法。。。第82頁/共88頁裂縫的量測白色涂層法（表面刷石灰漿）第82頁/共88頁裂紋擴展片法利用電阻法的基本原理，通過裂紋擴展計（片）進行裂紋長度的測量。使用時將裂紋擴展計的柵條垂直于裂紋擴展方向粘貼，隨著裂紋的擴展，敏感柵柵條漸次斷裂，通過測量其電阻變化而得到裂紋擴展長度。第83頁/共88頁裂紋擴展片法利用電阻法的基本原理，通過裂紋擴展計（片）進行裂概述應變的量測荷載的量測位移與變形的量測裂縫的量測加速度的量測第84頁/共88頁概述第84頁/共88頁在一懸臂梁1的自由端固定一質量塊3。當殼體4與待測物一起作加速運動時，梁在質量塊慣性力的作用下發(fā)生形變，使粘貼于其上的應變計2阻值變化。根據阻值的變化可求得待測物的加速度。應變式加速度傳感器第85頁/共88頁在一懸臂梁1的自由端固定一質量塊3。當殼體4與待測物一起作加各種電阻應變式傳感器回顧敏感元件：應變片；傳感器：利用測量橋路doraF

ε

ΔRΔU第86頁/共88頁各種電阻應變式傳感器回顧敏感元件：應變片；傳感器：利用測量橋課堂小結掌握量程、精確度、靈敏度、滯后等量測儀表指標的意義。掌握電阻應變計測量的原理。掌握不同橋路的測量方式和相應的精度。掌握應變片的粘貼技術。掌握力和位移的測量方法。第87頁/共88頁課堂小結掌握量程、精確度、靈敏度、滯后等量測儀表指標的意義。感謝您的觀看。第88頁/共88頁感謝您的觀看。第88頁/共88頁會計學90結構試驗量測技術會計學1結構試驗量測技術結構試驗模擬結構在實際受力工作狀態(tài)下的反應對試驗對象施加荷載量測應變、力、裂縫、位移、速度、加速度等第1頁/共88頁結構試驗模擬結構在實際受力工作狀態(tài)下的反應對試驗對象施加荷載第四章結構試驗量測技術概述應變量測力的量測位移與變形量測裂縫的測定加速度的測定第2頁/共88頁第四章結構試驗量測技術概述第2頁/共88頁1、人工測量、人工記錄(量結構的尺寸)2、儀器測量、人工記錄(千分表測應變)3、儀器測量、儀器記錄(應變儀測應變)4、自動化數據采集系統進行測量、記錄、處理(智能數據采集系統)概述－試驗數據的量測與采集方法從簡單到復雜、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1、人工測量、人工記錄(量結構的尺寸)概述－試驗數據的量測與量測系統的基本組成單元敏感元件傳感器敏感元件控制裝置指示記錄系統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、顯示或記錄的裝置顯示器顯示所測數據，分為模擬顯示和數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頁量測系統的基本組成單元敏感元件傳感器敏感元件控制裝置指示記錄量測儀器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，使之可以被顯示和記錄；顯示器：將信號用可見的形式顯示出來；記錄器：將數據記錄以利長期保存；分析儀器：對采集的數據進行分析處理。第5頁/共88頁量測儀器的分類按功能分類第5頁/共88頁量測儀器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：測量和控制功能的組合第6頁/共88頁量測儀器的分類按工作原理第6頁/共88頁量測儀器的分類應變計：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：測量結構振動的位移、速度和加速度。結構試驗通常量測的參數有哪些？按用途分第7頁/共88頁量測儀器的分類應變計：用來測量應變；結構試驗通常量測的參數有按儀器與結構的關系分附著式與手持式接觸式與非接觸式絕對式與相對式量測儀器的分類第8頁/共88頁按儀器與結構的關系分量測儀器的分類第8頁/共88頁按儀器顯示與記錄方式分直讀式與自動記錄式模擬式與數字式量測儀器的分類第9頁/共88頁按儀器顯示與記錄方式分量測儀器的分類第9頁/共88頁量測儀表的性能指標量程：儀表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10頁/共88頁量測儀表的性能指標量程：儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。量測儀表的性能指標量程：儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃第11頁/共88頁量測儀表的性能指標量程：儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。量測儀表的性能指標最小分度值：儀器的指示或顯示裝置所能指出的最小測量值。65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃第12頁/共88頁量測儀表的性能指標最小分度值：儀器的指示或顯示裝置所能指出的量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃精確度：當前測量值65.7℃，實際精確值65.5℃，則精確度=（65.7-65.5）/100=0.2%精確度（/測量精度/準確度）：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。第13頁/共88頁量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃精確度：當前測量值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：被測量的單位變化引起儀器示值的變化值。第14頁/共88頁量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm量程：0量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm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℃。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中的最大偏差值或該值與量程的百分比。第15頁/共88頁量測儀表的性能指標65℃66℃0℃100℃200mm滯后：將溫度計65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃最小分度值：0.1℃精確度：當前測量值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頁溫度計65℃66℃0℃100℃200mm量程：0℃~100℃應變量測概述第17頁/共88頁應變量測概述第17頁/共88頁千分表量測應變L第18頁/共88頁千分表量測應變L第18頁/共88頁2應變量測電阻應變計（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量測方法與儀表第19頁/共88頁2應變量測第19頁/共88頁電阻應變計－原理及構造

第20頁/共88頁電阻應變計－原理及構造

第20頁/共88頁電阻應變片的主要技術指標溫度適用范圍：取決于膠合劑的性質靈敏系數：由出廠前抽樣試驗確定，使用時應變儀的靈敏系數一般應與應變片相同,K電阻值：產品標準為120Ω規(guī)格：敏感柵的有效使用面積L×B標距：敏感柵在縱軸方向的有效長度L第21頁/共88頁電阻應變片的主要技術指標溫度適用范圍：取決于膠合劑的性質靈敏電阻應變片的分類按柵極分絲式箔式半導體按基底材料分紙基膠基按使用溫度分低溫常溫高溫第22頁/共88頁電阻應變片的分類按柵極分絲式箔式半導體按基底材料分紙基膠基按電阻應變計的工作原理電阻應變效應 當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，這種效應稱為電阻應變效應。ε

ΔR第23頁/共88頁電阻應變計的工作原理電阻應變效應εΔR第23頁/共88頁金屬絲電阻一個長度為l，截面積為A，電阻率為ρ的導體第24頁/共88頁金屬絲電阻一個長度為l，截面積為A，電阻率為ρ的導體第24頁當電阻絲受到拉力F作用時，將伸長Δl，橫截面積相應減小ΔA，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了dρ，從而引起電阻值相對變化量為

軸向應變徑向應變式中,μ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頁當電阻絲受到拉力F作用時，將伸長Δl，橫截面積相應減小ΔA代入得:通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數。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頁代入得:通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數對于金屬材料，1+2μ>>（dρ/ρ）/ε;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成正比，即K為常數。應變片受力后材料幾何尺寸的變化應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化第27頁/共88頁對于金屬材料，1+2μ>>（dρ/ρ）/ε;應變片受力后用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。壓阻效應是指半導體材料，當某一軸向受外力作用時，其電阻率ρ發(fā)生變化的現象。半導體應變片第28頁/共88頁用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。壓應變量測的基本原理：在標準長度范圍L內，量測長度變化增量的平均值ΔL，由ε=ΔL/L求得平均應變ε。標距L的選擇原則：根據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，L>4dmax。第29頁/共88頁應變量測的基本原理：在標準長度范圍L內，量測長度變化增量的粘貼在混凝土上的應變片（L>4dmax&&L>=50mm)第30頁/共88頁粘貼在混凝土上的應變片（L>4dmax&&L>=50mm粘貼在鋼結構上的電阻應變片第31頁/共88頁粘貼在鋼結構上的電阻應變片第31頁/共88頁2應變量測電阻應變計（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量測方法與儀表第32頁/共88頁2應變量測第32頁/共88頁測量電路的引入ε

ΔRΔU電阻應變計電阻應變儀測量電路第33頁/共88頁測量電路的引入εΔRΔU電阻應變計電阻應變儀電阻應變量測的基本公式(1)R1R2BACDR4R3U第34頁/共88頁電阻應變量測的基本公式(1)R1R2BACDR4R3U第34電阻應變量測的基本公式(2)R1R2BACDR4R3U第35頁/共88頁電阻應變量測的基本公式(2)R1R2BACDR4R3U第35溫度補償技術進行溫度補償的原因：(1)溫度改變使電阻應變片的導電率ρ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頁溫度補償技術進行溫度補償的原因：溫度對測量結果的影響程度：第溫度補償技術溫度補償的方法：(1)溫度補償應變片法;(2)工作片自補償法。第37頁/共88頁溫度補償技術溫度補償的方法：第37頁/共88頁溫度補償技術－溫度補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場中。該方法適用于大部分場合。BR1R2ACR1R2第38頁/共88頁溫度補償技術在電橋上接一個與測量片R1相同規(guī)格的應變片（溫度溫度補償應變片法

R1R2BACDR4R3UR1R2第39頁/共88頁溫度補償應變片法R1R2BACDR4R3UR1R2第39頁某些結構或構件，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（偶數個）測點，可以將這些應變片按照符號不同，分別接在相應的鄰臂上，它們既是工作應變片，又互為溫度補償。溫度補償技術－工作應變片自補償法2個測點：4個測點：第40頁/共88頁某些結構或構件，存在著應變符號相反，比例關系已知，溫度條件又工作應變片自補償法R1R2BACDR4R3UR1R2第41頁/共88頁工作應變片自補償法R1R2BACDR4R3UR1R2第41頁工作應變片自補償法R4第42頁/共88頁工作應變片自補償法R4第42頁/共88頁?橋半橋全橋實用橋路及其應用第43頁/共88頁?橋半橋全橋實用橋路及其應用第43頁/共88頁全橋橋路：電橋中的四個橋臂上均為工作片。半橋橋路：電橋中二個橋臂上為工作片，另二個橋臂為固定電阻。?橋橋路：電橋中只有一個橋臂（AB）上為工作片，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、橋臂系數大、能實現溫度互補且便于分析的接橋方法。實用橋路及其應用第44頁/共88頁全橋橋路：電橋中的四個橋臂上均為工作片。實用橋路及其應用第4多點測量線路RtR1RnR3R2ACB實用橋路及其應用第45頁/共88頁多點測量線路RtR1RnR3R2ACB實用橋路及其應用第45常見接橋方法見教材page52及例題應變片編號畫出橋路圖計算公式結果第46頁/共88頁常見接橋方法見教材page52及例題第46頁/共88頁2應變量測電阻應變計（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量測方法與儀表第47頁/共88頁2應變量測第47頁/共88頁應變片粘貼技術1.應變片檢查分選特別注意同一試驗的應變片批號最好一致（靈敏系數K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能滿足初始平衡條件R1R3=R2R4。第48頁/共88頁應變片粘貼技術1.應變片檢查分選第48頁/共88頁2.測點處理測點表面應平整、無銹、無浮漿。測點表面用酒精或丙酮清洗?；炷帘砻嬉话阌铆h(huán)氧樹脂打底抹平。測點位置準確，應變片長邊方向與所測應變方向相同。應變片粘貼技術第49頁/共88頁2.測點處理應變片粘貼技術第49頁/共88頁3.應變片粘貼粘貼用膠一般為502等快干膠或環(huán)氧樹脂類慢干膠?？旄赡z適用于短期量測，防潮性能較環(huán)氧樹脂差、操作時間短。慢干膠在粘貼后需要較長時間（24小時）的固化時間，期間需加壓、加溫以促使固化。應變片粘貼技術第50頁/共88頁3.應變片粘貼應變片粘貼技術第50頁/共88頁4.固化處理自然干燥：在室溫15度以上，濕度60%以下固化1~2天（環(huán)氧樹脂類慢干膠）。人工固化：氣溫低、濕度大，在自然固化12小時后用人工加溫（環(huán)氧樹脂類慢干膠）。應變片粘貼技術第51頁/共88頁4.固化處理應變片粘貼技術第51頁/共88頁5.粘貼質量檢查粘貼牢固，位置、方向準確。無短路、斷路現象，阻值與粘貼前相同。電阻應變片與試件間的絕緣度達到50MΩ以上，在惡劣環(huán)境應達到500MΩ以上。應變片粘貼技術第52頁/共88頁5.粘貼質量檢查應變片粘貼技術第52頁/共88頁6.導線連接保證引出線不與試件形成短路。保證量測導線輕微拉動時，引出線不被拉斷。導線各連接點應可靠連接，無虛焊。應變片粘貼技術第53頁/共88頁6.導線連接應變片粘貼技術第53頁/共88頁7.防潮防護短期量測且在干燥環(huán)境下可不做防潮處理。長期觀測或在潮濕環(huán)境下必須進行防潮處理，一般用硅橡膠密封。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，防止混凝土澆筑過程中損壞電阻應變片。應變片粘貼技術第54頁/共88頁7.防潮防護應變片粘貼技術第54頁/共88頁用硅橡膠密封后的應變片第55頁/共88頁用硅橡膠密封后的應變片第55頁/共88頁粘貼在鋼結構上的電阻應變片第56頁/共88頁粘貼在鋼結構上的電阻應變片第56頁/共88頁1.應變片檢查分選2.測點處理3.應變片粘貼4.固化處理5.粘貼質量檢查6.導線連接7.防潮防護應變片粘貼技術第57頁/共88頁1.應變片檢查分選應變片粘貼技術第57頁/共88頁應變的量測荷載的量測概述第58頁/共88頁應變的量測概述第58頁/共88頁機械式測力儀器基本原理是利用彈性元件的彈性變形與所受外力成一定比例關系，如環(huán)箍式拉力計、環(huán)箍式壓力計。電測式儀器（荷載傳感器） 基本原理：力應變電阻電壓3荷載量測Fε

ΔRΔU第59頁/共88頁機械式測力儀器3荷載量測FεΔRΔ電子秤材料試驗機的測力元件水壩壩體承載狀況監(jiān)測樁基受力監(jiān)測應變式力傳感器第60頁/共88頁電子秤應變式力傳感器第60頁/共88頁拉壓傳感器原理R1R6R7R8R4R3R2R5BACDR1R4R3R2R6R5R8R7每個橋路上粘有2個應變片，目的是消除傳感器受力偏心所產生的影響。第61頁/共88頁拉壓傳感器原理R1R6R7R8R4R3R2R5BACDR1RBACDR1R4R3R2R6R5R8R7第62頁/共88頁BACDR1R4R3R2R6R5R8R7第62頁/共88頁幾種常用的荷載量測傳感器

柱式力傳感器筒式壓力傳感器梁式力傳感器

環(huán)式力傳感器輪輻式力傳感器第63頁/共88頁幾種常用的荷載量測傳感器柱式力傳感器第63頁/共88頁柱式力傳感器第64頁/共88頁柱式力傳感器第64頁/共88頁筒式壓力傳感器第65頁/共88頁筒式壓力傳感器第65頁/共88頁梁式力傳感器

等截面梁：

懸臂梁的橫截面積處處相等，所以稱等截面梁。當外力F作用在梁的自由端時，固定端產生的應變最大，粘貼在應變片處的應變?yōu)椋菏街校簂0是梁上應變片至自由端距離，

b、h

分別為梁的寬度和梁的厚度。第66頁/共88頁梁式力傳感器等截面梁：式中：l0是梁上應變片至自由端距離

等強度梁：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