结构试验的数据采集和测量仪器课件.ppt

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1、3.1概述结构静载试验所需量测的基本参数：——荷载、支座反力、…——位移、应变、曲率变化、裂缝、…数据采集的方法：人工测量，人工记录：直尺测量变形；仪器测量，人工记录：位移计测量位移等；仪器测量、记录：数据采集系统测量记录。量测系统基本组成：感受部分放大部分显示、记录部分量测仪表的类型：——按工作原理可分为：机械式仪表、电测、光学、复合式和伺服式仪器——按仪器用途可分为：测力传感器、位移传感器、应变计、倾角传感器、频率计、测振传感器；——按仪器与结构关系可分为：附着式与手持式、接触式与非接触式、绝对式与相对式；——按仪器显示与记录方式

2、：直读式与自动记录式、模拟式和数字式。量测仪表的主要性能指标：(1)量程(量测范围)S：——仪表所能量测的最小至最大的量值范围(2)最小分度值(刻度值)A——仪器的指示或显示装置所能指出的最小测量值(3)灵敏度K：——被测量的单位变化引起仪器示值的变化值，即仪器对被测物理量变化的反应能力。(4)分辨率：——仪器测量被测物理量最小变化值的能力。(5)精确度(精度)——仪器的指示值与被测值的符合程度。常用满量程相对误差表示，即Δ/S×100％静载试验对量测仪器的基本要求：1）仪器基本性能指标满足试验的具体要求。如：合适的灵敏度、足够的精度

3、和量程。一般要求：最大误差≯5％，量程选择最大被测值的1.25～2倍2）安装在结构上的仪表，宜体积小、重量轻，不影响被测结构的工作性能和受力情况3）选用的仪表种类、规格宜少，避免过多换算而引进误差4）对环境的适应性要强，使用方便、工作可靠、经济耐用5）安装仪表的夹具、表座等应有足够的刚性，保证仪表正常工作6）仪器仪表需定期标定和效验，保证满足试验的精确度要求3.2应变测试技术应力是很难直接测量的。结构试验的应变测量是一个十分关键的测试内容。基本方法：σ=Eε或σ-ε曲线σσ=Eε或σ-ε曲线σσ=Eε或σ-ε曲线σl——标距所测为平均

4、应变?测试方法机测——杠杆引伸义、手持应变仪、……电测——电阻应变测试、振弦式应变计、光纤式应变计。在结构试验中，采用机测方法的优点是试验操作简单，数据可靠，不受电磁等因素干扰。但有缺点：机测方法要求测点之间有一定的距离，只能测得测点之间的平均应变，一般不适合应变变化较大区域内的应变测量；机测方法不能自动记录数据，数据测读时间较长，应变测试部位较多时，测点布置时常发生困难。在受到温度影响时，机测方法的温度补偿方案不太容易实现。试件电阻应变计PΔl电桥放大ΔRΔU或ΔI0检波kΔU或kΔI0指示(显示记录)±kΔU或±kΔI0±µε电阻

5、应变测试技术原理导体或半导体在外界作用下产生机械变形时，其电阻值将发生变化,这种现象称为“电阻应变效应”。金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。这种金属丝的电阻值与其长度和截面积的关系为：两边取对数，得两边微分，得由材料力学可知：(泊松比等于横向与纵向正应变绝对值之比)PPlΔlDD'此外，根据实验研究的结果，金属材料电阻率相对变化与其体积相对变化之间有下列关系：式中C是金属材料的某个常数，例如康铜（一种铜镍合金）丝C≈1。体积相对变化与应变之间有下列关系：由此，得出：由上述几个关系可以得出：应变片所测出的应变其实是应变片栅长

6、和栅宽所在面积内平均的轴向应变。思考题：应变片的灵敏系数与构成敏感栅的金属丝的灵敏系数ks是否相同?(实验表明,电阻应变片的灵敏系数k恒小于电阻丝的灵敏系数k0，其原因除了粘结层传递变形失真外,还存在有横向效应。)导线的电阻是否计入应变片的电阻中?导线长大于10m要修正，因为r如果较大就影响结果2.应变片构造及种类构造种类3应变片的主要性能指标标距(l)——敏感栅的有效长度。一般根据应变场大小和被测材料的匀质性选用。★匀质材料或应变梯度较大时——小标距★非匀质材料(砼、砖、铸铁……)——大标距规格（基底尺寸）——以敏感栅面积l×a表示

7、。电阻值（R）——一般为120Ω。灵敏系数（K）——单位应变引起的应变片电阻相对变化，即ΔR/R=Kε。一般K＝1.80～2.60。电阻应变片分为A、B、C、D等级。A级为最高等级，常用于制作应变式传感器。结构试验一般应选用不低于C级应变片。测量片接线端子补偿接线端子2101B6+接线单元示意图CM-1A-20数字静态应变仪(主要功能是将惠斯登电桥的不平衡电压放大)4电阻应变仪的量测原理组成——振荡器、测量电路、放大器、相敏检波器、电源等?测量电路——惠斯登电桥一般情况下试件的应变较小，由此引起的电阻变化非常微小。这样微弱的电信号，用

8、量电器检测是很困难的，必须借助放大器将之放大。①电桥基本原理四个桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4惠斯登电桥要满足平衡有：两式对应相乘，得②③④代入①式，得⑤将微分写成增量形式：(Vo=0)如果四个应变计规格相同，即⑥