結(jié)構(gòu)試驗測試技術(shù)與量測儀表

3結(jié)構(gòu)試驗測試技術(shù)與量測儀表結(jié)構(gòu)試驗時，所受的外部作用，如力、位移、溫度等是輸入數(shù)據(jù)，而試件的反應(yīng)如應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度等是輸出數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)均需準確量測。量測方法如下：人工測量與人工記錄：如用直尺測量位移、裂縫寬度。儀器測量與人工記錄：如用百分表測量位移，或用應(yīng)變儀配應(yīng)變計或位移計測量應(yīng)變或位移。儀器測量與儀器記錄：如用傳感器配X-y記錄儀進行測量和記錄，或用傳感器、放大器和磁帶記錄儀進行測量和記錄。數(shù)據(jù)采集測量與記錄：計算機系統(tǒng)。3.1概述3.2量測儀表的工作原理及分類

傳感器：感受各種物理量，并將它們轉(zhuǎn)換為可直接測讀的形式。有以下幾種：

機械式傳感器：利用機械原理工作，由以下部分組成：感受機構(gòu)、轉(zhuǎn)換機構(gòu)（轉(zhuǎn)換成長度或角度）、顯示裝置（指針或度盤）、附屬裝置（外殼、防護罩等）。

按功能不同，量測儀表分為：傳感器、放大器、顯示器、記錄器、分析儀器、數(shù)據(jù)采集儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。一、工作原理：

電測式傳感器：利用材料的電學(xué)性能和電學(xué)原理，把非電物理量轉(zhuǎn)換成電量變化。由以下部分組成：感受部分、轉(zhuǎn)換部分（如電阻應(yīng)變計等）、傳輸部分（如導(dǎo)線等）、附屬部分等。

其它傳感器：紅外線傳感器、聲波傳感器等。放大器：把信號放大的裝置。記錄器：按一定的方式把數(shù)據(jù)記錄到某種介質(zhì)（紙、磁帶、光盤等）上。如光線示波器、磁帶記錄儀、磁盤驅(qū)動器等。試件的作用與效應(yīng)適調(diào)器(轉(zhuǎn)換與放大）傳感器顯示與記錄器二、量測儀表的分類：按儀器用途分：應(yīng)變計、位移傳感器、測力傳感器、傾角傳感器、頻率計、測振傳感器等；按儀器與結(jié)構(gòu)關(guān)系分：附著式、非附著式；接觸式、非接觸式；按顯示和記錄方式分：直讀式和自動記錄式；模擬式和數(shù)字式。三、量測儀表的技術(shù)指標

量程S：儀器可以測量的輸入量的范圍。

刻度值：儀器的最小刻度所代表的被測量。

靈敏度K：單位輸入物理量引起儀器輸出或顯示值的變化。是描述儀器、設(shè)備、試劑或測試方法對微小外加作用顯示出的敏感程度。

分辨率：儀器能測量被測物理量的最小值的能力。

精度：指示值與被測值的符合程度。常用滿程相對誤差表示。如精度為0.2的儀表，表示測定值的誤差不超過最大量程的±0.2%。是用來描述物理量的準確程度的量。

滯后、零位溫漂、滿量程熱漂移、線性范圍、頻響特性、相移特性等。四、量測儀器的選用原則（1）具有合適的量程、靈敏度和精度。（2）安裝使用方便，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。（3）不影響結(jié)構(gòu)的工作：自重輕，尺寸小。（4）同一物理量測量儀器型號盡量相同，避免系統(tǒng)誤差。（5）經(jīng)濟好：價廉耐用，可重復(fù)使用，安全可靠。（6）按規(guī)定存放、使用和標定。3.3儀表的率定在儀器行業(yè)，對儀器的校準測定稱為率定。即校準、標定。即將儀器的示值和標準量進行比較的過程。率定的方法：1.用精確度等級更高的專用率定設(shè)備率定；2.用標準儀器（精確度不比被率定設(shè)備高，但不常使用）率定；3.用標準試件進行率定。應(yīng)該率定的設(shè)備：1.新生產(chǎn)的或出場的設(shè)備，在正式使用前；2.正在使用的設(shè)備應(yīng)定期率定或在重要的實驗開始前進行率定。3.4應(yīng)變測量結(jié)構(gòu)試驗中常需要量測應(yīng)力，但直接量測應(yīng)力目前還沒有好方法，主要是通過量測應(yīng)變，再換算求得應(yīng)力。

應(yīng)變：在預(yù)定的標準長度范圍內(nèi)，量測長度變化增量的平均值ΔL，再通過ε=ΔL/L計算求得。

標距L的選擇：勻質(zhì)材料宜??；非勻質(zhì)材料宜大。砼應(yīng)大于骨料最大粒徑3倍；對磚石結(jié)構(gòu)應(yīng)大于4皮磚；對木結(jié)構(gòu)應(yīng)大于20cm。

測量方法：常用電測法，還有機械法和光測法。一、電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變片的原理：

利用金屬絲的電阻值隨著其機械變形而變化的物理特性。電阻應(yīng)變片的構(gòu)造：主要由敏感柵、基底、覆蓋層、引出線組成。電阻應(yīng)變片的分類：

按柵極分：絲繞式、箔式（在薄膠膜上鍍合金膜，光刻而成）、半導(dǎo)體式等；

按基底材料分：紙基（便宜、易粘貼、不防潮）、膠基（箔式常用）；

按敏感柵結(jié)構(gòu)的形狀分：單軸（測單軸應(yīng)變）、多軸（用于應(yīng)變花）。(a)、(d)、(e)、(f)、(h):泊式應(yīng)變計(b)絲繞式應(yīng)變計(c)短接式電阻應(yīng)變計(g)半導(dǎo)體應(yīng)變計(i)焊接應(yīng)變計電阻應(yīng)變片的技術(shù)指標標距：敏感柵在縱軸方向的有效長度L。不是指整個電阻片的長度，而是指電阻片當中電阻絲柵的長度。0.2mm～100mm。

規(guī)格：使用面積LxB。電阻值：一般為120Ω作為標準。靈敏系數(shù)：K≈2.0，可通過分批抽樣實測而得。溫度使用范圍：取決于粘合劑的性質(zhì)。二、電阻應(yīng)變儀的測量電路根據(jù)電阻變化率公式：dR/R=Kε≈2.0*(10-6~10-3)，該電信號很微弱，直接測量困難，故采用電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變儀是電阻應(yīng)變計的專用放大儀器。1.電橋基本原理惠斯登電橋：如圖示：根據(jù)基爾霍夫定律：ΔUU

當ΔU=0時，電橋平衡。即R1:R2=R3:R4時，電橋平衡。在應(yīng)變里一般用兩種特定狀態(tài)達到電橋平衡，一種是R1=R2=R3=R4，另一種是R1=R2，R3=R4。前一種四個阻值相等，稱為等臂電橋。

當四個橋臂阻值發(fā)生變化ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4時，經(jīng)推導(dǎo)可得：ΔUUΔUUΔUU若四個應(yīng)變計規(guī)格相同，R1=R2=R3=R4，K1=K2=K3=K4，則：------不平衡電橋由前述可見：ε可由輸出電壓來測量，即輸出電壓與四個橋臂應(yīng)變的代數(shù)和呈線性關(guān)系。兩個相鄰橋臂上的應(yīng)變是相反的，R1、R3是正的，R2、R4是負的。四個橋臂上都接電阻片就是全橋電路，當R3

、R4接固定電阻，而非電阻應(yīng)變片時，就是半橋電路，可自動完成溫度補償，且靈敏度提高；當R2只作為溫度補償片，而不產(chǎn)生應(yīng)變時就是1/4橋路。

不平衡電橋電路的測定方法也叫偏位測定法，有兩個缺點，1.輸入電壓的不穩(wěn)定會影響測量的準確性；2.輸出電壓的測定需要有較高靈敏度的檢測計?？梢圆捎闷胶怆姌騺頊y定，即采用零位測定法。平衡電橋原理

R1為工作應(yīng)變片，R2為溫度補償片，R3=R4=R‘，則：構(gòu)件受力前的平衡條件：構(gòu)件受力后調(diào)整滑線變阻器到D’，使檢流計歸零，其平衡條件：整理后得：溫度補償技術(shù)用電阻應(yīng)變片測應(yīng)變時，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由于電阻應(yīng)變片和試件的溫度線膨脹系數(shù)不同，就會在應(yīng)變片中產(chǎn)生應(yīng)變；另一方面，隨著溫度的變化，電阻應(yīng)變片的電阻率ρ也會發(fā)生變化。由于這兩項原因，使電阻應(yīng)變片在沒有受到力作用以前就產(chǎn)生了應(yīng)變，從而電阻值發(fā)生了變化，這就是電阻片的熱效應(yīng)。消除這種熱效應(yīng)的常用方法就是溫度補償技術(shù)。溫度補我償技術(shù)設(shè)溫度引起炒的電陶阻增錦量用ΔRt表示，烈如果在電路始的BC臂上揭接一惱個與圾工作苦應(yīng)變霉片R1同樣吸的應(yīng)旅變片R2，并將保它貼在明同樣材歷料和環(huán)境溫萍度但不受力裙的試件翼上，則：溫度補償赤應(yīng)變五計必圖須滿像足：1）與測潛量應(yīng)變換計規(guī)格苦相同；2）粘在革相同的崇材料上；3）處在寒相同的短溫度場；4）補妨償片朵不能葡受力。5）多點削補償：雅一個溫冬度補償佛片可供呢多個測哨量片使掀用。一用般砼5點，仁鋼結(jié)恢構(gòu)10點共用噸一個補全償片。設(shè)置溫偉度補償由應(yīng)變計跟接橋方販法實測電盼路軸向受娘力（1/侍4橋）軸向（溫半橋）軸向匙（全券橋）彎曲（捉半橋）彎曲程（全蒼橋）扭轉(zhuǎn)（誓半橋）工作片侄互為補濫償靈敏壁度提疊高1倍。例題：某結(jié)構(gòu)構(gòu)木件，荷猶載和電匪阻應(yīng)變嗓計布置邊如圖所棕示，測郊量時采薦用全橋寒橋路，匆應(yīng)變儀明顯示的龜測量應(yīng)掙變值為280膏με，已容知結(jié)蛇構(gòu)材霞料的常泊松農(nóng)比v=棍0.張3。（1）畫出旬測量應(yīng)棋變橋路傲圖；（2）簡要女說明該頂橋路特糊點；（3）計蠻算該耀測點脖的彎擇曲應(yīng)竟變εw。電阻霞應(yīng)變憐計粘句貼技陡術(shù)應(yīng)變立的其憐它測濾量方冰法機測法：常用的有電投子百羞分表沿和千滑分表巧，與總其它塘配套富設(shè)備位可制壁成手佛持應(yīng)饅變儀絨、位儀移計慌等。手持盲應(yīng)變耽儀常者用于消現(xiàn)場羊測量喉，且分適用英于持盡久試漁驗，某標距襪為50～250攔mm，讀織數(shù)的些位移鈔計可使選用隸百分衰表或擱千分般表。工作原理：在標距逼兩端粘牧結(jié)兩個怨腳標（漿每邊各懇一個）僵，通過非測量結(jié)搶構(gòu)變形睡前后兩旅個腳標通之間距悲離的改孟變，求題得標距海內(nèi)的平肌均應(yīng)變松。光測法屬：多用醬于結(jié)啞構(gòu)局篇部應(yīng)縣力分塔析（債云紋盯法、春激光損衍射廣法、丹光彈丟法）宏。3.贊4位移我測量香儀器結(jié)構(gòu)的位所移主要攻指：悟撓度坊、側(cè)江移、身轉(zhuǎn)角蘇、支百座偏賭移等串，可雄分為么線位尋移和澤轉(zhuǎn)動撕變形姿。量測位煤移的港儀表有機渠械式耽、電沒子式鄭、光茄電式標等。線位移王的常用另量測儀器有接觸俊式位移悉計、差棋動變壓爛器式位匠移計、鞭應(yīng)變梁斜式位移惱傳感器微、滑線濤電阻式詞位移傳柜感器、齡水準儀秒、經(jīng)緯幫儀等。轉(zhuǎn)動變形析的常撲用量讀測儀幣器有杠氣桿式供測角擦器、槍水準愉式傾秒角儀丸、電賀子傾直角儀鋸等，決也可嫁以自等行設(shè)映計。接觸式執(zhí)位移計接觸工式位移謠計根攻據(jù)刻漿度盤果上最希小刻善度值予所代經(jīng)表的常量分己為百煎分表朽（刻罪度值炸為1%療mm，量半程為5、10、30m類m）、究千分凡表(刻度值娘為0.妖1%插mm，量哭程為1m身m)和撓巡壽度計(刻度遠值為5%或10丑%m漆m，量程閘為50、100、300草mm)。用百分致表測倡撓度宅的時餓候，僑在沒遞有變須形前套先讀熊表針刷指示示的一系個讀斥數(shù)，泳然后勸當它慕變形狗以后鄰，即嗽當表臉桿移比動了剪再讀續(xù)一次命，這箭兩個跳數(shù)之辮差，迎就是朋整個伸的變棚形。使用時將藍位移瘦計固猛定于榴表架扒上，揚使測史桿頂鵝緊測摧點，閑并與漿側(cè)面扣保持贏垂直付。機械根式百何分表電子百壘分表經(jīng)緯儀位移豪計千分表應(yīng)變梁柔式位移收傳感器儀器外殼狀上固努定一侄個彈朵簧片逗，并姐作成善懸臂幅結(jié)構(gòu)雞，彈桂簧片念根部堅粘貼貌應(yīng)變浴片。達彈簧蜂片的謙自由茫端連討接拉蜓簧，劫拉簧真的另對一端烘與測孝桿伸神出的村指針籌相連菌。當光測桿興跟隨烤變形羅而移襯動時富，拉怖簧使桐簧片翁產(chǎn)生突撓曲管，通前過電輪阻應(yīng)燃變儀旬測得哄的應(yīng)控變即瓦可反搶映與云試件盛位移變的關(guān)夜系。量程為30備~1牢50構(gòu)mm，分辨燃率可達0.0疏1mm。電子百分診表就搜是按叼照這戲樣的泡原理厭制成喬的。1.測桿2.彈簧慣片3.儀器摘外殼6.表盤7.應(yīng)變牧片8.引線滑線電誤阻式位舒移傳感堵器儀器內(nèi)部接番有滑線鋤電阻，踩當測桿器隨著結(jié)綁構(gòu)變形嗓產(chǎn)生位雞移時，植帶動滑含線觸頭刃移動，倉改變滑亞線電阻喪兩端的污電阻值眾，通過狐電阻應(yīng)雨變儀可腐測得應(yīng)滑變。差動直變壓韻器式孕位移貓傳感翼器如圖：閣有三哨個線演圈，飾中間烏的叫基初級燃線圈轉(zhuǎn)，兩挖邊的禮叫次辭級線嗓圈。狡中間花的鐵釣芯是語鐵磁據(jù)材料主。當廈初級彼線圈丑有電很流通魂過時和，次膝級線膝圈內(nèi)煌將產(chǎn)矛生感粉應(yīng)電迫勢。過測桿些帶動誦鐵芯課偏向徒左側(cè)寫時，板左側(cè)軟感應(yīng)番電勢唯大，訓(xùn)右側(cè)此??；骨通過厚測量虧兩側(cè)院電勢旗差，幫就可帆以確舌定測劇桿的熔位置么，即哪位移樣量。結(jié)構(gòu)逗轉(zhuǎn)動禽變形金測量杠桿式測角亦器：通課過兩個足千分表寺分別測吉量各自彈點的位窮移量，乞通過計驚算可求某得轉(zhuǎn)角幸。1、轉(zhuǎn)賽角測汽定水準父式傾脖角儀如圖假，結(jié)悉構(gòu)變夕形前疊，通嘴過調(diào)千整微糧調(diào)螺裹絲使交氣泡遠居中贈，測怎讀數(shù)角；結(jié)件構(gòu)變粥形后止，再烘調(diào)整傷螺絲死，使沙氣泡煎居中鼠，測筑讀數(shù)噴。兩飛次讀俱數(shù)差領(lǐng)就是雖螺絲旺中心毅線處床的豎臣向位律移h。hLα電子羽傾角模儀用液體擺追來感受死角位移鋼，液面孫的傾斜騾將引起奴電極A、B之間和B、C之間的驅(qū)電阻發(fā)迫生相應(yīng)浪改變，須把電極A、B和C接入宗測量他電橋，就可仿以得到猾與角位鼻移相對秤應(yīng)的電扁壓輸出語。實際墾上是一雁種傳感規(guī)器。2.曲率測定ABDf3.5力值測棍量儀器主要有機冠械式話傳感載器和怒電測魔式傳著感器贈兩類暴；機械式：拉力繡測力計丸、壓力頁測力計林、拉壓師力測力檔計；電測式（應(yīng)建變式）：壓蔥力傳老感器彩、拉追壓傳深感器槽（較掙為常狗見，掀采用泥應(yīng)變膠計量丸測方扎法，受可自皺制）拉力環(huán)壓力判環(huán)壓力表拉壓者力傳初感器3.6裂縫測喝量兩項內(nèi)保容：1、開裂份：裂縫鐵發(fā)生的租時刻和堡位置。2、度量乖：裂縫留的寬度屋和長度做。裂縫的判斷贈：1.借助放大鏡鄉(xiāng)豐用肉眼飼觀察。虛表面先夸刷白涂配料2.用應(yīng)變血計或苦導(dǎo)電仗漆膜液連續(xù)娘布置疾來測融量開寺裂。鐵當某走處開餓裂時父，該毅處應(yīng)應(yīng)變計饑讀數(shù)的突變促或跨叛裂縫旺的漆潛膜出喬現(xiàn)火懷花直閑至燒蹤蝶斷。3.聲發(fā)射船法：光利用辣材料尺開裂紋時發(fā)奮出聲萍能的炎現(xiàn)象墻。將宏傳感油器布噸置在盛試件虹的表孕面或怎內(nèi)部煤，通鬧過聲湯波的渣測量瓣來確閃定開秩裂。4.裂縫應(yīng)變計蓮：鋼結(jié)俘構(gòu)斷裂圈試驗裂縫的燦測量裂縫寬囑度:讀數(shù)顯圣微鏡、相裂縫塞允尺、裂裹縫標準攏寬度板吩（裂縫倚標尺）孝。讀數(shù)顯微鏡裂縫標尺3.7振動付測量屬儀器用來測量結(jié)除構(gòu)振動傭參數(shù)（臨位移、挨速度、消加速度刺等）；基本組成似：感受部糟分、放創(chuàng)大部分抖、顯示唯部分；感趴受部分額也叫風拾振份器。拾振處器的兵力學(xué)斜原理結(jié)構(gòu)震動周，周敬圍的傲地面施也震們動，鬧測震區(qū)動的駕儀器咳，本做身也為是個地震動敏系統(tǒng)。如圖，存慣性小測振鋪傳感禾器的溝力學(xué)逝模型縫。當施結(jié)構(gòu)褲振動叛時，顫儀器矮外殼賴一起刪振動篩，質(zhì)量眼塊也振動啄，但振勺動規(guī)律不娃同（如俱振幅晃和相位伏）。通過測壟量質(zhì)量蕉塊與殼凡體間的相圍對振動鼻，就可以反映綠出振乓動體的振籮動特性。拾振器例類別根據(jù)輸出值他與位移柄、速度由、加速噴度之間夠的關(guān)系灑分為位促移計、竹速度計虧和加速根度計。位移聰計：當振牙動體泰的自叢振頻右率比捧拾振醋器的雖自振溉頻率億大很廚多時徑，拾予振器耕輸出粥值與潤結(jié)構(gòu)淡位移棟成正披比，境主要奧用來施測量孫結(jié)構(gòu)信的振梯動位猜移。建筑物駕自振頻管率一般愁較低（1~3罰Hz），要棗求位移片計更低金，因此扒體積大猛，重量嫁大。速度計：當振動泛體的壩自振豪頻率掌與拾產(chǎn)振器即的自豪振頻壓率大蘿致相門等時負，拾朽振器巖輸出股值與們結(jié)構(gòu)客振動臣速度磨成正忌比，贊主要冰用來倍測量講結(jié)構(gòu)唯的振阿動速列度。失真破大，劃可用延頻率絲式范圍垂窄，晌少用。加速度技計：當振目動體桂的自廳振頻貼率比浩拾振鍬器的臂自振梁頻率轟小很淹多時徹，拾棗振器撲輸出神值與搶結(jié)構(gòu)娃振動膏加速盾度成偵正比捧，主寨要用螺來測騙量結(jié)慢構(gòu)的惹振動升加速椒度。對加賣速度繁一次標積分提可得意速度猾，兩爬次積議分可報得位掌移。測振傳歌感器將拾振器蘋獲得的戲位移、邁加速度吉等振動相參量轉(zhuǎn)明換為電僵量，并扯輸入放植大器的尸裝置。根據(jù)轉(zhuǎn)換方幅式有：克磁電式連、壓盟電式、遇電阻應(yīng)凈變式、遵電容式搬、光電絲式式等?；コＳ玫陌鞲衅鳙C有磁電堆式速度斯傳感器獻和壓電纖式加速順度傳感邊器。磁電晶式速破度傳壇感器根據(jù)電磁手感應(yīng)賣原理射制成鈔，靈亂敏度淚高，謹性能粱穩(wěn)定六，有喇一定道的頻為率響鈔應(yīng)寬鋪度。通過質(zhì)量塊謀在殼體放內(nèi)的相辭對振動勾，產(chǎn)生擇感應(yīng)電婆動勢，摘該感應(yīng)桌電動勢喚與運動虜速度成賭正比。贏如圖擺金式傳感跪器。壓電式練加速度干傳感器利用壓電伴晶體走材料慎具有音的壓餐電效箏應(yīng)制挨成。會這種哨材料布具有戶受拉榨壓力爹后材延料會添產(chǎn)生缸電荷牽，并虧與所格受力溜的大興小成每正比你。通遇過測擺量電臨荷多設(shè)少就隸可以腿確定暫慣性娘力的賄大小筐，從鼻而確辛定加歇速度視的大喘小。用途廣泛歸，頻率范饅圍寬，賄穩(wěn)定性愿好，機揚械強度條高，溫恩度范圍絹寬，靈衣敏度較站低。3.8數(shù)據(jù)奴采集無與記憤錄系劫統(tǒng)數(shù)據(jù)的記大錄方移式：彈模擬鋒式、蘭數(shù)字春式。征從傳憐感器北傳送稱到記覆錄器扇的數(shù)盯據(jù)一亦般都懶是模提擬量腦。常用油自動隔記錄遇儀：勇光線懇示波術(shù)器、核磁帶街記錄謀儀