第三節(jié)靜載試驗儀器設(shè)備

1、第三節(jié) 靜載試驗儀器設(shè)備 橋梁靜載試驗時需測結(jié)構(gòu)的反力、應(yīng)變、位移、傾角、裂縫等物理量，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行量測。常用的儀器有百分表、千分表、位移計、應(yīng)變儀、應(yīng)變計（應(yīng)變片）、精密水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、傾角儀、刻度放大鏡等。這些測試儀器按其工作原理可分為機械測試儀器、電測儀器、光測儀器等。機械式儀器具有安裝與便用方便、迅速、讀數(shù)可靠的優(yōu)點，但需要搭設(shè)觀腳手架，而且使用試驗人員較多，觀測讀數(shù)費時，不便于自動記錄；電測儀表安裝調(diào)試比較麻煩，影響測試的精度的因素也較多，但測試記錄儀，較方便，便于數(shù)據(jù)自動采集記錄，操作安全。荷載試驗應(yīng)根據(jù)測試內(nèi)容和量測值的大小選擇儀器，試驗前應(yīng)對測試值進(jìn)行理論分析估計，選擇

2、儀器的精度和量測范圍，同時滿足公路舊橋承載能力鑒定方法中對儀器精度和量測范圍的要求，本節(jié)介紹幾種常用的儀器設(shè)備。一、機械式位移計機械式位移計包括百分表、千分表及張線式位移和撓度計等；其構(gòu)造和工作原理基本相同，主要區(qū)別在于精度和量程不同。百分表和千分表多功能義表、，與其它附屬裝置配套后可用于量測位移、應(yīng)變、力、傾角等。1百分表的基本構(gòu)造 2使用方法 使用時，百分表裝在表座上（目前大都采用磁性表座），表架安裝在臨時專門搭設(shè)的支架上，支架應(yīng)具有一定的剛度，并與被測結(jié)構(gòu)物分開。 將測桿觸頭抵在測點上，借助彈簧的使用，使其接觸緊密。當(dāng)測點沿（或背向）測桿方向發(fā)生位移時，推動（或放松）測桿，使測桿的平齒帶

3、動小齒輪、小齒輪又和它同軸的大齒輪一起轉(zhuǎn)動，最后使指針齒輪和指針旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過一系列放大之后；便在表盤上指示出位移值。 3便用時應(yīng)汪意的事項 （1）使用時，只能拿取外殼，不得任意推動測桿，避免磨損機件，影響放大倍數(shù)。注意保護(hù)觸頭，觸頭上不得有傷痕。 （2）安裝時，要使測桿與欲測的位移的方向一致，或者與被測物體表面保持垂直。并注意位移的正反方向和大小，以便調(diào)節(jié)測桿，使百分表有適宜的測量范圍。 （3）百分表架要安設(shè)穩(wěn)妥，表架上各個螺絲要擰緊，但當(dāng)頸夾住百分表的軸頸時，不可夾得過緊，否則會影響測桿移動。 （4）百分表安裝好，可用鉛筆頭在表盤上輕輕敲擊，看指針擺動情況。若指針不動或繞某一固定值在小范圍內(nèi)左

4、右擺動，說明安裝正常。 （5）百分表使用日久或經(jīng)過拆洗修理后，必須進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定可在專門的百分表、千分表校正儀上進(jìn)行。千分表與百分表使作方法完全相同。 4.用位移計測撓度與變位 用位移計測撓度或某點的位移時，要注意位移的相對性，位哆計的定點（表殼）和動點（測桿）必須分別和相對位移的兩點連妾。 位移針可裝在各種表架上，通常用頸箍夾住羨的軸頸，也可用其他方式將表殼或軸頸固定在某一個定點，測吁可直接頂住試件測點。 應(yīng)用位移計量撓度與變位時，應(yīng)注意下列問題： （1）作為固定位移計的不動點支架必須有足夠的剛性。采用磁性或萬能百分表架時，表架連桿不可挑出大長。因為位移汁測桿頂住測點時，有一定的反力壓在連桿

5、上，如果連桿或支架為柔性較大，就會在該壓力作用下產(chǎn)生變形。這樣，當(dāng)結(jié)構(gòu)變形付，儀表就不動或跳動，反映不出測點的真正位移值。 （2）位移計測桿與所量測的位移方向完全一致。測點表面需經(jīng)一定處理，如在混凝土、木材等表面粘貼小塊玻璃片或金屬薄片等，以避免結(jié)構(gòu)變形后，由于測點垂直于百分表測桿方向的位移，而使位移計產(chǎn)生誤差。這種誤差有時會很大。如果上述方式還不足以消除誤差，則不應(yīng)將位移測桿直接頂住測點，而須采用其他方式。（3）位移計使用前后要仔細(xì)檢查測桿上下活動是否靈活。由于灰塵落人或表架頸擰過緊等都會影響桿上下運動的靈活性。5用位移計測應(yīng)變應(yīng)變，就是結(jié)構(gòu)上某區(qū)段纖維長度的相對變化（=L/L）。應(yīng)變儀就是

6、用來測定這個長度變化的儀器。采用特制的夾具將位移計安裝在結(jié)構(gòu)表面測定應(yīng)變，具有精度高、量程大的特點。當(dāng)應(yīng)變值變化范圍很大或需用大標(biāo)距測定應(yīng)變時，采用這種裝置是非常合適的。固定位移計和頂桿的夾具，可用鋼、銅或鋁合金等制成，按照選定的標(biāo)距以粘貼或預(yù)埋的方式固定在結(jié)構(gòu)需量測應(yīng)變的部位上。 粘貼是最常用的固定方式。在混凝土結(jié)構(gòu)上貼夾具時，應(yīng)先將混凝土表面用砂輪打磨，除去泥灰再用細(xì)砂布略為磨光，用丙酮等擦凈夕隨后用膠粘劑將夾具按選定的標(biāo)距粘上，待膠粘劑固化后，即可安裝位移計進(jìn)行量測。位移計應(yīng)變量測裝置主要用于量測結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸向應(yīng)變。常用的量測標(biāo)距對混凝土為10-20m，對磚石砌體則更大。對受荷載后會發(fā)生

7、曲率變化的構(gòu)件，不宜用位移計應(yīng)變量測裝置來測定其表面的應(yīng)變。因為位移計測桿與構(gòu)件表面之間有一段距離，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生曲率變化時，所測得的應(yīng)變有時是虛應(yīng)變（又稱視應(yīng)變），同時頂桿與位移計測桿接觸點發(fā)生移動影響量測。因此，僅當(dāng)構(gòu)件截面變形滿足平截面假定，且曲率變化很小時，才能從所測得的虛應(yīng)變值，推算出實際應(yīng)變。二、手持式應(yīng)變儀當(dāng)需要在現(xiàn)場較長期連續(xù)地觀測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變時，一般的應(yīng)變儀不適用，手持式應(yīng)變儀則比較適用。此儀器的主要部分是千分表，它固定在一根金屬桿上，其測桿則自由地頂在另一金屬桿的突出部分上、兩金屬桿之間用兩片富有彈性的薄鋼片相連，因而能平行地相對移動，每根金屬桿的一端帶有一個尖形插軸，兩插軸間的

8、距離L即儀器的標(biāo)距。后二次讀數(shù)差即為結(jié)構(gòu)在區(qū)段L內(nèi)的變形L ，除以標(biāo)距L即得桿件的應(yīng)變值。儀器的各部分合理地選用不同膨脹系數(shù)的金屬制造，因而使儀器讀數(shù)受儀器本身的溫度影響得到最大限度的消除。 儀器不是固定在測點上，而是讀數(shù)對才安上去。因此，為了保證儀器工作穩(wěn)定可靠，標(biāo)距兩端的小孔必須鉆得和儀器的插軸鋼尖相吻合。因測量時儀器鋼尖和測孔之間的按觸穩(wěn)定與否，直接影響到量測的準(zhǔn)確性，如果測孔打得不標(biāo)準(zhǔn)，將使鋼尖和測孔的接觸極不穩(wěn)定，增大讀數(shù)誤差，甚至無法讀取穩(wěn)定的讀數(shù)。關(guān)于測孔的制作方法建議如下 （1）鋼結(jié)構(gòu)可在桿件上直接鉆孔。 （2）圬工或木質(zhì)構(gòu)件則可粘貼特制的鋼腳標(biāo)（用環(huán)氧樹脂粘接劑粘貼）。 使用

9、此種儀器，尚有一溫度影響問題，即在長期量測過程中，初讀數(shù)和加載數(shù)不可能在同一溫度條件下讀取，因此在量測讀數(shù)中不僅包含了受載應(yīng)變。而且還包含了混度應(yīng)變 t，為了從讀數(shù)中扣除溫度部分的影響，就要在量測過程中進(jìn)行“溫度補償”。一般較常用的溫度補償辦法是采用與結(jié)構(gòu)同一材料的“補償塊”，和桿件放在一起，同時取得讀數(shù)，從“補償塊”上取得的讀數(shù)為單純的溫度應(yīng)變，并將此應(yīng)變作為結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)變t。但是，補償塊與結(jié)構(gòu)兩者體積差別極為懸殊，兩者對氣溫變化的敏感程度差別很大，由于補償塊體積小，能在短時間內(nèi)跟上氣溫的變化，而結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極大“滯后”。因此在氣溫變化較大時（例如白天尸照情況下）實際上無法起到補償作用。 為了

10、達(dá)到補償目的，根據(jù)量測的實踐，建議采取“橫向溫度補償法”。在布置測應(yīng)變的測點的同時，在垂直方向布置測點。 量測時應(yīng)注意：手持式應(yīng)變儀操作簡單；但量測的精度會隨操作人員和每次操作方式的改變而改變，所以，量測時不宜更換使用者；要使儀器與試件表面垂直；每次對儀器施加的壓力要盡量相等，并使儀器插足時應(yīng)在同一孔穴等，以減小量測誤差。三、水準(zhǔn)管式傾角儀 水準(zhǔn)管式傾角儀的構(gòu)造，其原理是利用高靈敏度的永準(zhǔn)管乘測定結(jié)構(gòu)節(jié)點、截面或支座處轉(zhuǎn)角。水準(zhǔn)管安置在彈簧片上，一端鉸接于基座彈簧片便另一端上升，但被測微計的微調(diào)螺絲頂住。將儀器用夾具裝在測點后，用微調(diào)螺絲使水準(zhǔn)管的氣泡調(diào)平居中，結(jié)構(gòu)變形后氣泡漂移，再轉(zhuǎn)動微調(diào)螺

11、絲使氣泡重新居中；度盤上前后二次讀數(shù)差即代表該測點的轉(zhuǎn)角。這種儀器最小讀數(shù)有的可達(dá)1”-2”，量程為30。 這種儀器的優(yōu)點為尺寸小，精度高，使用簡便。缺點是受外界溫度影響很大，且不宜受陽光爆曬，以免水準(zhǔn)管爆裂。四、電阻應(yīng)變儀 用電阻式應(yīng)變儀測試橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變時需用應(yīng)變儀和電阻應(yīng)變片（應(yīng)變計）配合使用。 1電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片又稱電阻應(yīng)變計，簡稱應(yīng)變片或電阻片。它是非電量電測中最重要的變換器。 應(yīng)變片電測法與其他測試方法比較，有如下的一些優(yōu)點。 靈敏度高。由于利用電阻片將非電器轉(zhuǎn)換電器，再經(jīng)電子儀器進(jìn)行放大、顯示和記錄，所以能獲得很高的放大倍數(shù)，從而達(dá)到很高的靈敏度。電阻應(yīng)變儀可以精確地分辨出1

12、 x 10-6應(yīng)變，這個應(yīng)變的量級對于鋼材而言相當(dāng)于0.2MPa的應(yīng)力。 電阻片尺寸小且粘貼牢固。這個特點十分重要。當(dāng)前某些工程結(jié)構(gòu)（如船體、橋梁、飛機、衍架等）進(jìn)行全面的應(yīng)力分析時，往往要測量數(shù)十點甚至數(shù)百點的應(yīng)力，電阻片很容易大量粘貼使用。對于結(jié)構(gòu)十分緊湊以至其他測量儀表（如杠桿引伸儀）根本無法安裝的情況下，電測法就能發(fā)揮很大的作用。尺寸大小另一個重要意義在于可以用來測量局部應(yīng)力?，F(xiàn)在電阻片的標(biāo)距甚至可以小于1mm，這對于應(yīng)力集中廈的測量比較合適。 電阻片質(zhì)量小。這是一個突出的優(yōu)點。它使得電測不僅可以作靜態(tài)應(yīng)力的測量，而且可以在動態(tài)應(yīng)力分析方面發(fā)揮獨特作用。對一系列重要的動力學(xué)參數(shù)（如加速

13、度、振幅、頻率。沖擊力及爆炸壓力等）能夠比較精確地進(jìn)行實驗研究。同時應(yīng)變片的基長可以制作得很短，并且有根高的頻率響應(yīng)能力、因此在應(yīng)變梯度較大的構(gòu)件上測量時仍能獲得一定的準(zhǔn)確度。在高頻動應(yīng)變測量中具有很好的動態(tài)響應(yīng)。 可以在高溫（800-100）、低溫（-100-70）、高壓（上萬個大氣壓）、高速旋轉(zhuǎn)（幾千轉(zhuǎn)mm-幾萬轉(zhuǎn)mm）、核幅射等特殊條件下成功的使用。 此外，由于應(yīng)變片輸出是電信號，就易于實現(xiàn)測量數(shù)字化和自動化。應(yīng)變片已在實驗應(yīng)力分析、斷裂力學(xué)、靜、動態(tài)試驗、宇航工程中都有廣泛的用途。 應(yīng)變片電測法在用于對結(jié)構(gòu)物表面應(yīng)變測量時的主要缺點是：粘貼工作量大，重復(fù)使用困難等。為克服這些缺點，人們

14、利用電阻應(yīng)變片的工作原理通過某種轉(zhuǎn)換器間接地測定出被測量的數(shù)值。這種轉(zhuǎn)換器稱為電阻式應(yīng)變傳感器。 （1）電阻應(yīng)變片的構(gòu)造 繞線式應(yīng)變片主要由敏感元件、基底、覆蓋層和引出線等幾部分組成。 敏感絲柵是應(yīng)變片的主要元件，一般由康酮、鎳鉻合金制成。 基底和覆蓋層起定位和保護(hù)應(yīng)變片幾何形狀的作用，也起到與被測試試件之間電絕緣作用。紙基常用厚度0.015-0.02mm機械強度高、絕緣性能好的紙張制作。膠基則用性能穩(wěn)定、絕緣度高、耐腐蝕的聚合膠制成。其它有特殊要求的應(yīng)變片，可采用不同的材料做成基底。 引出線是用以連接導(dǎo)線的過渡部分，一般用直徑約為0.15-0.30mm的金屬絲。 粘結(jié)劑把絲柵基底和覆蓋層牢固

15、地粘結(jié)成一個整體。 （2）電阻應(yīng)變片的分類 ： 、 應(yīng)變片的種類很多，至今各種規(guī)格的應(yīng)變片已有二萬多種。根據(jù)不同的方法，有如下的分類。此外，按敏感柵的長度分，有大標(biāo)距應(yīng)變片和小標(biāo)距應(yīng)變片；按敏感柵形狀分，有單軸應(yīng)變片和應(yīng)變花。還有各種特殊用途的應(yīng)變片如防磁應(yīng)變片、防水應(yīng)變片、埋人式應(yīng)變片、層式應(yīng)變片、可拆式應(yīng)變片、疲勞壽命片、測壓片、無基底式應(yīng)變片、大應(yīng)變片、裂縫探測片、溫度自補償應(yīng)變片等。 金屬絲式應(yīng)變片 金屬絲式應(yīng)變片最常用的形式為絲繞式，又稱為圓角線柵式。它的制造設(shè)備和技術(shù)都較簡便，但橫向靈敏度較箔式應(yīng)變片為大（橫向靈敏度會給測量帶來一定的誤差）。絲式應(yīng)變片常用的金屬材料是康酮、鎳鉻合金

16、、鐵鎳鉻合金和鉑銥金等。箔式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變片是由照相、光刻技術(shù)腐蝕成絲。它在性能上的優(yōu)點是散熱條件好，逸散功率大，可以允許較大電流、耐蠕變和漂移的能力強，易做成任意形狀，但它工藝較復(fù)雜，箔片的材料主要為康酮、鎳鉻合金等。 在兩向應(yīng)力狀態(tài)時，需要測出一點的兩個或三個方向的應(yīng)變，才可求出此測點的主應(yīng)力的大小和方向。這就要使用粘貼在了個公共基底上，按一定方向布置的2-4個敏感柵組成的電阻應(yīng)變片。這種應(yīng)變片叫做電阻應(yīng)變花、應(yīng)變花或多軸應(yīng)變片。 對于箔式應(yīng)變片組成的應(yīng)變花，因其橫向效應(yīng)系數(shù)極小，故不考慮修正問題。對于由半圓頭絲繞式應(yīng)變片組成的應(yīng)變花，如果對測試結(jié)構(gòu)要求不很嚴(yán)格的話，也不必考慮修正。 半

17、導(dǎo)體應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片的外形。它的優(yōu)點是靈敏度高、頻率響應(yīng)好、可以做成小型和超小型應(yīng)變片。半導(dǎo)體應(yīng)變片的出現(xiàn)為應(yīng)變電測技術(shù)的發(fā)展開創(chuàng)了新的途徑。它的缺點是溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性不及金屬應(yīng)變片等。 （3）金屬應(yīng)變片的工作原理金屬應(yīng)變片的工作原理在于導(dǎo)體的“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指導(dǎo)體或半導(dǎo)體在機械變形（伸長或縮短）時，其電阻隨其變形而發(fā)生變化的物理現(xiàn)象金屬導(dǎo)體產(chǎn)生電阻應(yīng)變效應(yīng)，主要是因為電阻絲的幾何尺寸改變引起阻值的變化.（4）電阻應(yīng)變片的選用 選用應(yīng)變片時應(yīng)根據(jù)應(yīng)變片的初始參數(shù)及試件的受力狀態(tài)、應(yīng)變梯度、應(yīng)變性質(zhì)、工作條件、測試精度要求等綜合考慮。 對于一般的結(jié)構(gòu)試驗，采用120紙基

18、金屬絲應(yīng)變片就可滿足試驗要求。其標(biāo)距可結(jié)合試件的材料來選定，如鋼材常用5-20mm，混凝土則用40-150mm，石材用20-40mm。 對于有特殊要求的，可選擇特種應(yīng)變片，如低溫應(yīng)變片、高溫應(yīng)變片、疲勞壽命片、裂紋探測片、應(yīng)力片以及高壓、核輻射、強磁場等條件下使用的應(yīng)變片。 （5）電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 粘結(jié)劑 粘貼應(yīng)變片用的粘結(jié)劑成為應(yīng)變膠試件應(yīng)變傳遞到應(yīng)變片的敏感柵上。同時，其線性滯后、零飄、蠕變等特性在一定程度上還影響著應(yīng)變片的一些工作性能。 對應(yīng)變膠的性能要求是：粘結(jié)強度高（剪切強度一般不低于3-4MPa），電絕緣性能好，化學(xué)穩(wěn)定性及工藝性好等。在特殊條件下，還要考慮一些其他要求，例如耐

19、高溫、耐老化、耐介質(zhì)（油、水、酸和堿等）、耐疲勞等。目前常用的應(yīng)變膠分為有機膠和元機膠兩類。常溫下用有機膠，無機膠則用于高溫應(yīng)變片的粘貼。 常規(guī)橋梁試驗粘貼應(yīng)變片的應(yīng)變膠一般為快干膠和熱固性樹脂膠等。 501快干膠和502快干膠是借助于空氣中微量水分的催化作用而迅速聚合固化產(chǎn)生粘結(jié)強度的。該類膠粘結(jié)強度能滿足橋梁應(yīng)變測試要求，但隨生產(chǎn)廠家產(chǎn)品質(zhì)量和存放時間長短，粘結(jié)強度差別很大，只能在低溫、干燥和避光的條件下保存。 環(huán)氧樹脂膠是靠分子聚合反應(yīng)而固化產(chǎn)生粘結(jié)強度的。它有較高的剪切強度和防水性能，電絕緣性能好。它的主要成份是環(huán)氧樹脂，并酌量加入固化劑和增韌劑等配制而成。環(huán)氧樹脂膠可以自制，其配方是

20、：環(huán)氧樹脂100%鄰苯二甲酸二丁脂 5-20乙二胺 6%-7注意：乙二胺有毒，須通風(fēng)操作。應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 應(yīng)變片的粘貼是應(yīng)變電測技術(shù)中一個很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，粘貼質(zhì)量的好壞直接影響測量的結(jié)果。有時可能因某些主要測點的應(yīng)變片失效，導(dǎo)致測量工作失敗。因此，必須掌握粘貼技術(shù)，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。粘貼時應(yīng)掌握下列技術(shù)環(huán)節(jié)。 選片用放大鏡對應(yīng)變片進(jìn)行檢查，保證選用的應(yīng)變片無缺陷和破損。同批試驗選用靈敏系數(shù)和阻值相同的應(yīng)變片，采用兆歐表或萬用表對其阻值進(jìn)行測量，保證誤差不大于0.5。 定位先初步畫出貼片位置、用砂布或砂輪機將貼片位置打磨平整，鋼材光潔度達(dá)到3-5.混凝土表面無浮漿，必要時涂底膠處理，

21、待固化后再次打磨。在打磨平整的部位準(zhǔn)確畫出測點的縱、橫中心及貼片方向。 貼片用鑷子夾脫脂棉球蘸酒精（或丙酮）將貼片位置清洗干凈。用手握住應(yīng)變片引出線，在其背面均勻涂抹一層膠水，然后放在測點上，調(diào)整應(yīng)變片的位置，使其可準(zhǔn)確定位。在應(yīng)變片上覆蓋小片玻璃紙，用手指輕輕滾壓、擠出多余膠水和氣泡。注意不要使應(yīng)變片位置移動。用手指輕按1-2min，待膠水初步固化后即可松手。粘貼質(zhì)量較好的應(yīng)變片，應(yīng)是膠層均勻，位置準(zhǔn)確。 干燥固化干燥才能固化，當(dāng)氣溫較高，相對濕度較低的短期試驗，可用自然干燥，時間一般1-2d。人工干燥：待自然干燥12小時后、用紅外線燈烘烤，溫度不要高于50；還要避免驟熱）烘干到絕緣電阻符合

22、要求時為止。 應(yīng)變片的防護(hù)在應(yīng)變片引線端貼上接線端子，把應(yīng)變片引線和連接導(dǎo)線分別焊在接線端子上，然后立即涂防護(hù)層，以防止應(yīng)變片受潮和機械損傷，受潮會影響應(yīng)變片的正常工作，故防潮就顯得十分重要。應(yīng)變片受潮的程度不易直接測量，一般用應(yīng)變片和結(jié)構(gòu)表面的絕緣電阻值來判斷。絕緣電阻值高能保證測量精度，但要求過高會高增加防潮難度和工作量。一般靜態(tài)測量絕緣電阻應(yīng)大于200m，動態(tài)測量可以稍小于200M，長期觀測和高精度要求的測量應(yīng)大于500M。 （1）測量電路 測量電路是應(yīng)變儀的重要組成部分，其作用是將應(yīng)變片的龜阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）的變化。在特殊情況下，應(yīng)根據(jù)測量的目的和具體要求自行設(shè)計測量電路。應(yīng)變

23、片電測一般采用兩種測量電路，一種是電位計式電路，一種是橋式電路，通常采用惠斯登電橋。電位計式電路，常在沖擊測量等場合使用，而且其阻值變化與輸出電壓的關(guān)系不是線性關(guān)系，在特定情況下可以滿足試驗要求。本節(jié)只討論橋式電路原理及測試辦法。 橋式電路也稱應(yīng)變電橋，其測量電路能精確地測量極其微小的電阻變化。例如我們假設(shè)用阻值R=l20、靈敏系數(shù)K2的應(yīng)變片測量某一網(wǎng)結(jié)構(gòu)，若鋼材的彈模E=2 x 105MPa，當(dāng)某點應(yīng)力為100MPa時，根據(jù)電阻應(yīng)變片的阻值與應(yīng)變的關(guān)系即如要求測量精度為1，那么測量電阻變化的應(yīng)變刻度就要求不大于0.001，這就產(chǎn)生了測量靈敏度要求高而量程又要求大的矛盾。在橋式電路中，采用惠

24、斯登電橋就解決了這一矛盾。惠斯登電橋具有四個電阻，其中任一個都可以是應(yīng)變片電阻，電橋的對角接人輸入電壓，另一對角來測量輸出電壓。電橋的一個特點是，四個電阻達(dá)到某一關(guān)系時，電橋輸出為零，這樣我們就能應(yīng)用很靈敏的檢流計來測量輸出。由于這一特點使電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 根據(jù)電橋的測量電路，對應(yīng)變電橋的測量方法有下列幾種。 單點測量單點測量時，組成測量電橋的四個電阻中，Rl為電阻片電阻，其余三個為精密電阻（無電阻變化），則 半橋測量其方法是將半橋接電阻片，另半橋為精密電阻（R3=R4=0 ），則 全橋測量其方法是組成測量電橋的四個電阻全由電阻片組成，即 根據(jù)應(yīng)變電橋測量電路的分析，所建立的

25、這些基本關(guān)系式表明了電橋的輸出與橋臂電阻（由測量的接片需要可為電阻片和精密電阻組橋）的相對增量RR或應(yīng)變成正比的關(guān)系。由此也可看出，電橋的增減特性：相鄰的輸出符號相反，電橋輸出具有相減特性；相對兩臂符號相同，電橋輸出具有相加特性。 根據(jù)電橋的這些特性，我們就可以采用不同的測量（電阻片接線）方法進(jìn)行選擇。 （2）電阻應(yīng)變儀 電阻應(yīng)變儀按使用內(nèi)容不同，分為靜態(tài)應(yīng)變儀、動態(tài)應(yīng)變儀和靜動態(tài)應(yīng)變儀。下面介紹常用兩種靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。 國產(chǎn)YJS-14型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀 YJS-14型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀是一種靜態(tài)應(yīng)變自動測量裝置，能自動平衡（或不需平衡）。自動換點、自動測量、數(shù)字顯示和自動打印，并可與計算機聯(lián)機進(jìn)

26、行數(shù)據(jù)處理。YJS-14型主要由五個部分組成。 a.轉(zhuǎn)換器它在控制器控制下將各測點依次接人橋路，以便進(jìn)行測量。 b.電阻應(yīng)變儀由橋壓線性放大器和數(shù)字電壓表組成。測點經(jīng)自動切換裝置接人，信號經(jīng)過載保護(hù)單元鑒別后進(jìn)入放大器，經(jīng)線性放大、解調(diào)和濾波成為直流信號送人積分型AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成8-4-4-1碼數(shù)字量。 c.運算器由貯存和運算兩單元組成。貯存單元用來保存測量前由于橋路初始不平衡而引起的數(shù)據(jù)信息，并在運算時迅速提供給運算單元，配合測量過程進(jìn)行特定的加法、減法和乘法運算。 d控制器包括采樣控制和數(shù)字鐘兩部分。它以不同的速率發(fā)出測量指令，通過應(yīng)變儀和運算器，對各類測點進(jìn)行定時、定點、定區(qū)間的測量和修

27、正。 e.輸出裝置分為打印輸出和信息輸出兩種。根據(jù)需要可由專用插口與紙帶穿孔器、數(shù)字磁帶機或同電子計算機聯(lián)接。YJS-14型數(shù)字應(yīng)變測量裝置的工作過程就是把應(yīng)變測點組成惠斯登橋路。電橋的初始不平衡采用初始值存貯的辦法，即把每一個測點的初始不平衡值通過放大和AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，記人對應(yīng)序號內(nèi)存中。在測量時，測量信號也轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息送人運算器，運算器從內(nèi)存中取出對應(yīng)測點的轉(zhuǎn)換或測量區(qū)段的選擇）均由控制器控制。 YJS-14型數(shù)字應(yīng)變測量裝置最多可聯(lián)四臺轉(zhuǎn)換器，每臺100點共400點。儀器測點電阻值按120設(shè)計，但對60-1000的應(yīng)變片也適用，其非線性影響由運算器逐點在測量中修正?？扇我饪刂?/p>

28、轉(zhuǎn)換測點位置，可任意選定轉(zhuǎn)換或啟動方式（自動或手動轉(zhuǎn)換，定時自動啟動或手動啟動）。測點轉(zhuǎn)換速度為每點0.15s、0.25s、0.45s、0.85s、1.65s、3.25s、6.45s共七檔。分辨率，A級為2微應(yīng)變字；B級為1微應(yīng)變字。靈敏系數(shù)K值在1.5-3之間可調(diào)。最大量程為0至l9998微應(yīng)變。 日本產(chǎn)7V08數(shù)據(jù)采集儀 7V08型數(shù)據(jù)采集儀是應(yīng)變儀的換代產(chǎn)品，也是80年代較先進(jìn)的產(chǎn)品之一。該儀器是由單板機組成的一個計算機控制系統(tǒng)，可由鍵盤或面板觸摸功能鍵直接輸出數(shù)據(jù)或程序，主要是通過接口來輸出模擬信號（電壓、電流、應(yīng)變、溫度等），并通過AD轉(zhuǎn)換來完成存儲、記錄、轉(zhuǎn)換、運算和輸出。其測試過

29、程如下： 該系統(tǒng)按線掃描箱采用直流電橋，因此，分布電容等不影響電橋平衡。在測試現(xiàn)場用接線箱連接，在100mm內(nèi)連接電纜可與應(yīng)變儀連接，測試數(shù)據(jù)記錄和一次計算可進(jìn)行程序控制或按鍵控制。 7V08型數(shù)據(jù)采集儀最大測點為1000點，掃描速度可由程序選擇（不小于100點11.2秒）。整個測試文件編制、測試曲線繪制等均可用程序調(diào)用。計算機除直接配備熱敏打印機輸出或磁盤記錄外，還配備了國際通用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口、GP-1B接口等。因此，該機引人國內(nèi)后較受歡迎，測試計算都可使用。3電阻應(yīng)變測量的溫度補償 用應(yīng)變片測量應(yīng)變時，它除了能感受試件受力后的變形外，同樣也能感受環(huán)境溫度變化，并引起電阻應(yīng)變儀指示部

30、分的示值變動，這稱為溫度效應(yīng)。溫度變化從兩方面使應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化。第一是電阻絲溫度改變t（），其電阻將會隨之而改變R。 R=1Rt式中：1一一電阻絲的電阻溫度系數(shù)（/） R一一應(yīng)變片的變原始電阻值（）第二是因為材料與應(yīng)變片電阻絲的線膨脹系數(shù)不相等，但二者又粘合在一起，這樣溫度改變t（）時，應(yīng)變片中產(chǎn)生了溫度應(yīng)變，引起一附加的電阻的變化R。式中：Kt一一貼好的應(yīng)變絲對溫度應(yīng)力的靈敏系數(shù)，； j一一試件材料的線膨脹系數(shù)（1/） 電阻絲的線膨脹系數(shù)（1/）。因此，總的溫度效應(yīng)是二者之和：式中： 占好的應(yīng)變片總的電阻溫度系數(shù)。溫度效應(yīng)的應(yīng)變值為： 這個t 稱視應(yīng)變。當(dāng)采用鎳鉻合金絲做成的應(yīng)變片進(jìn)

31、行測量時，溫度變動1，會在鋼材（E=2.1 x l05MPa）中產(chǎn)生相當(dāng)于1.5MPa左右的應(yīng)力示值變動，這是不能忽視的，必須加以消除。消除溫度效應(yīng)的應(yīng)變值主要是利用惠斯登電橋橋路的特性進(jìn)行，稱為溫度補償。 如圖5-17所示，在電橋的BC臂上接一個與測量片R1同樣阻值的溫度補償應(yīng)變片R2（簡稱補償片）。測量應(yīng)變片R1（簡稱工作片）貼在受力構(gòu)件上，它既受應(yīng)變作用又受溫度作用，故R1是由兩部分組成。即：R1=R+Rt 補償片R2貼在一個與試件材料相同并置于試件附近，具有同樣溫度變化條件但不承受外力作用的小試塊上，它只有R2=Rt的變化。此時，電橋?qū)蔷€上的電流計的反應(yīng) 為R1-R2R，測得結(jié)果僅是

32、試件受力后產(chǎn)生應(yīng)變值，而溫度效應(yīng)所產(chǎn)生的視應(yīng)變就消除了。在實際工作中，為保證補償效果，對補償片的設(shè)置應(yīng)考慮如下因素。 （1）補償片與工作片應(yīng)該是同批產(chǎn)品，具有相同電阻值、靈敏系數(shù)和幾何尺寸。 （2）貼補償片的試塊材料應(yīng)與試件的材料一致，并應(yīng)做到熱容量基本相等。如是混凝土材料，則需同樣配合比和在同樣條件下養(yǎng)護(hù)。 （3）補償片的貼片、干燥、防潮等處理工藝必須與工作片完全一致。（4）連接補償片的導(dǎo)線應(yīng)與連接工作片的導(dǎo)線同一規(guī)格。同一長度，并且相互平列靠近布置或捆扎成束。 （5）補償片與工作片的位置應(yīng)盡量接近，使二者處于同樣溫度場條件下，以防不均勻熱源的影響。 （6）補償片的數(shù)量多少，根據(jù)試驗材料特性、測點位置、試驗條件等決定。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)可用一個補償片同時補償10個工作片。對混凝土材料或木材可用一個補償片補償5-10個工作片。如果要求嚴(yán)格或者是某些測點所處條件特殊時，應(yīng)單獨補償，以盡量減少因補償片連續(xù)工作而工作片間斷工作所造成的溫差影響。 上述橋路補償?shù)闹饕獌?yōu)點是方法簡單、適用經(jīng)濟(jì)，在常溫下補償效果較好，但在溫度變化梯度較大時，將會有一定誤差。 目前除采用橋路補償外，還有采用應(yīng)變片溫度自補償?shù)霓k法，即使用一種特殊的應(yīng)變片，當(dāng)溫度變化時，其電