橋梁計(jì)量檢測(cè)設(shè)備儀器儀表的性能及使用

1、橋梁計(jì)量檢測(cè)設(shè)備儀器儀表的性能及使用第1頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四第一講 量測(cè)儀表基本概念及其主要技術(shù)指標(biāo)1量測(cè)儀表的基本組成放大部分作用是將感受部分傳來的被測(cè)參數(shù)，通過各種方式（如機(jī)械式齒輪、杠桿、電子放大線路或光學(xué)放大等）進(jìn)行放大，然后傳給記錄顯示部分。記錄顯示部分將放大部分傳來的量測(cè)結(jié)果，通過指針、電子數(shù)碼管、屏幕進(jìn)行顯示，或通過各種記錄設(shè)備將試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線記錄下來。感受部分一般都直接與被測(cè)對(duì)象接觸或直接附著在被測(cè)對(duì)象上，用來感受被測(cè)對(duì)象的參數(shù)變化。經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳給放大部分。第2頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2. 量測(cè)儀表的主要技術(shù)性能

2、指標(biāo) （1）刻度值A(chǔ)：設(shè)置有指示裝置的儀表，一般都配有分度，刻度值是指分度表上每一最小刻度所代表的被測(cè)量的數(shù)值。即儀器的最小分度值?？潭戎档牡箶?shù)為該表的放大率，即V=1/A。 （2)量程S：是指測(cè)量上限和下限的代數(shù)差，即儀表刻度盤上的上限值減去下限值。也稱為儀器儀表可量測(cè)的最大范圍。S=Xmax-Xmin。通常下限Xmin=0，故S=Xmax。 (3)靈敏度K：是指某實(shí)際物理量的單位輸出增量y與輸入增量x的比值，即K=y/x。或被測(cè)量的單位變化引起儀器示值的變化值。單位輸入量所引起的儀表示值的變化。（如輸入10個(gè)，指針偏轉(zhuǎn)11，則靈敏系數(shù)為1.1）第3頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)

3、42分，星期四（4）分辨率：使儀器儀表示值發(fā)生變化餓最小輸入量的變化值。是儀器儀表測(cè)量被測(cè)物理量最小變化值的能力。（5）滯后：在恒定的環(huán)境下，某一輸入量從起始量程增至最大量程，再由最大量程減至最小量程，正反兩個(gè)行程輸出值之間的偏差稱為滯后。滯后常用全量程中的最大滯后值與滿量程輸出值之比來表示。（6）精確度（精度）：它是精密度和準(zhǔn)確度的綜合反映。是指儀表指示值與被測(cè)值的符合程度。常用滿量程的相對(duì)誤差來表示，儀表精度高，說明隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差小，誤差越小，精度越高，工程應(yīng)用中，為簡(jiǎn)單表示儀表測(cè)量結(jié)果的可靠程度，可用儀表精確等級(jí)A表示：A=（gmax/S）100%。gmax最大絕對(duì)允許誤差。第4頁，

4、共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四（7）可靠性：在規(guī)定的條件下，（滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)）滿足給定的誤差極限范圍內(nèi)連續(xù)工作的可能性，或者說構(gòu)成儀表的元件或部件的功能隨時(shí)間的增長(zhǎng)仍能保持穩(wěn)定的程度。（8）零位溫飄和滿量程熱漂移：零位溫飄：是指當(dāng)儀表的工作環(huán)境不為20時(shí)，零位輸出隨溫度的變化率。滿量程熱漂移：是指當(dāng)儀表的工作環(huán)境不為20時(shí)，滿量程輸出隨溫度的變化率。它們都是溫度變化的函數(shù)。（9）線性范圍：保持儀器的輸入量和輸出信號(hào)為線性關(guān)系時(shí)，輸入量的允許變化范圍。（10）線性度：儀表使用時(shí)的校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線的接近程度。用校準(zhǔn)曲線和擬合直線的最大偏差與滿量程輸出的百分比表示。在

5、動(dòng)態(tài)量測(cè)中，對(duì)儀表的線性度應(yīng)嚴(yán)格要求，否則對(duì)測(cè)量結(jié)果引起較大誤差。第5頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3.儀表的量測(cè)方法 （1）直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。 直接測(cè)量法：用一個(gè)事先按標(biāo)準(zhǔn)量分度的測(cè)量?jī)x表對(duì)某一被測(cè)的量進(jìn)行直接測(cè)定，從而得出該量的數(shù)值。 間接測(cè)量：不直接測(cè)量待求量x，而是對(duì)與待求量x有確切函數(shù)關(guān)系的其他物理量Y1、Y2、Y3Yn進(jìn)行直接測(cè)量,然后通過已知函數(shù)關(guān)系式求待求量x的值.即。如測(cè)應(yīng)力： 。 （2）偏位測(cè)定法與零位測(cè)定法，均屬于直接測(cè)量法。 偏位測(cè)定法：當(dāng)測(cè)量?jī)x表是用指針相對(duì)于刻度線的偏位來直接表示被測(cè)量的大小時(shí)，這種測(cè)量方法就是偏位測(cè)定法。用偏位法測(cè)量

6、時(shí)，指針式儀表內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)量具，而只設(shè)有經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)量具標(biāo)定過的刻度尺，刻度尺的精度不可能做得很高，故測(cè)量精度不高。如百分表、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等。 零位測(cè)定法：是使被測(cè)量x和某已知標(biāo)準(zhǔn)量對(duì)儀表的指零機(jī)構(gòu)的作用達(dá)到平衡，即兩個(gè)作用的總效應(yīng)為零。即。在零位測(cè)定法中測(cè)量結(jié)果的誤差主要取決于標(biāo)準(zhǔn)量的誤差，因而測(cè)量精度高于偏位法，但操作速度慢。如天平、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀等。第6頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四4.量測(cè)儀表的選用原則 （1）儀表性能滿足試驗(yàn)的具體要求，如合適的靈敏度、足夠的精度和量程。 精度：應(yīng)使儀表的最小刻度值（即最大誤差）被測(cè)值的5%； 量程：以選用最大被測(cè)值的1.252.0倍

7、為好，或使最大被測(cè)值在儀表的2/3量程范圍附近，以防破壞。（2）動(dòng)態(tài)量測(cè)儀表其線性范圍、頻響特性、相移特性等均應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。（3）對(duì)于安裝在結(jié)構(gòu)上的儀表或傳感器，要求體積小、自重輕，不影響結(jié)構(gòu)的工作性能和受力。（4）同一試驗(yàn)中選用的儀器儀表種類、規(guī)格盡可能少，以便統(tǒng)一數(shù)據(jù)的精度，簡(jiǎn)化量測(cè)數(shù)據(jù)的整理工作和避免差錯(cuò)。（5）儀器儀表對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性要強(qiáng)且使用方便，工作可靠和經(jīng)濟(jì)耐用。第7頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四5.儀器的誤差及其消除方法(1)儀器誤差（偶然誤差和系統(tǒng)誤差）儀器本身的誤差屬于系統(tǒng)誤差范疇，主要是由于儀表在生產(chǎn)工藝上或設(shè)計(jì)上的缺陷造成的。系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的規(guī)律

8、可區(qū)分為：（1）定值誤差誤差大小和符號(hào)保持不變的，如刻度不準(zhǔn)確。（2）變值誤差較為復(fù)雜，有累進(jìn)誤差和周期誤差等。(2)消除系統(tǒng)誤差的方法量測(cè)儀表的定期率定 1）儀表率定的概念：為了確定儀表的精確度或換算系數(shù)，定出其誤差，需將儀表示值與標(biāo)準(zhǔn)量相比較，這種工作就稱為儀表的率定。 2）儀表率定的方法：在專門率定設(shè)備上率定，這種設(shè)備能產(chǎn)生一個(gè)已知標(biāo)準(zhǔn)量的變化，把它和被率定儀器的示值作比較，求出被率定儀器的刻度值。第8頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四采用和被率定儀器同一等級(jí)的“標(biāo)準(zhǔn)”儀器進(jìn)行比較來率定?！皹?biāo)準(zhǔn)”儀器精度并不高，但不常用，可認(rèn)為該儀器的度量性能技術(shù)指標(biāo)可保持不變，準(zhǔn)

9、確度已知。這種方法率定結(jié)果的準(zhǔn)確性稍差，但不需要特殊的率定設(shè)備。比較常用。利用標(biāo)準(zhǔn)試件率定儀器，將標(biāo)準(zhǔn)試件放在實(shí)驗(yàn)機(jī)上加載，使標(biāo)準(zhǔn)試件產(chǎn)生已知的變化量，根據(jù)變化量可求出安裝在試件的被率定儀器的誤差，此方法準(zhǔn)確度不高，但簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，故廣泛采用。第9頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 了解構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力分布情況，特別是結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面的應(yīng)力分布及最大應(yīng)力值是評(píng)定結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是建立結(jié)構(gòu)理論的重要依據(jù)。 測(cè)量的方法主要有：1.應(yīng)變機(jī)測(cè)法；2.應(yīng)變電測(cè)法；3.應(yīng)變光測(cè)法。第二講 應(yīng)變（力）測(cè)量?jī)x器1應(yīng)變機(jī)測(cè)法 1）手持應(yīng)變儀(接觸式千分表應(yīng)變儀)主要組成：兩個(gè)彈簧片連接兩

10、個(gè)剛性骨架，兩個(gè)剛性骨架可做無摩擦的相對(duì)移動(dòng)，骨架兩端附帶有錐形插軸，進(jìn)行測(cè)量時(shí)將錐形插軸插入結(jié)構(gòu)表面預(yù)留的空穴里。1-剛性骨架；2-插軸；3-骨架外凸緣；4-千分表測(cè)桿；5-薄鋼片；6-千分表圖3.2 手持應(yīng)變儀構(gòu)造示意圖第10頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四1應(yīng)變機(jī)測(cè)法 (1）手持應(yīng)變儀(接觸式千分表應(yīng)變儀)工作原理如圖3.3所示。 圖3.3 手持應(yīng)變儀工作原理示意圖其中 a試件表面至腳標(biāo)孔穴底的距離； h試件截面高度。第11頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四1應(yīng)變機(jī)測(cè)法 (2）單杠桿應(yīng)變儀（杠焊式應(yīng)變儀） 如圖3.4所，它由剛性桿（一端帶固定

11、刀口）、杠桿（一端帶活動(dòng)刀口）和千分表組成，構(gòu)件變形后活動(dòng)刀口以b點(diǎn)為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)杠桿放大后由千分表測(cè)出。 1-固定刀口；2-活動(dòng)刀口；3-千分表；4-杠桿；5-剛性桿圖3.4 單杠桿應(yīng)變儀第12頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四1應(yīng)變機(jī)測(cè)法 (3）雙杠桿引伸儀 如圖3.5所，杠桿引伸儀是利用杠桿放大原理而制成的量測(cè)應(yīng)變的儀器。其構(gòu)造原理是由活動(dòng)刀口組成第一支杠桿，指針為第二支杠桿，標(biāo)距L內(nèi)長(zhǎng)度有變化時(shí)，第一支杠桿活動(dòng)刀口旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)第二支杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)第二支杠桿放大后，讀數(shù)指示在刻度盤上。 圖3.5 雙杠桿引伸儀H1H3H4LZH2Lx工作原理為：儀器的放大率 : 試件的應(yīng)

12、變?yōu)椋?第13頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2應(yīng)變電測(cè)法 電測(cè)應(yīng)變儀主要有振弦式、電磁感應(yīng)式、壓電式、電容式等。用電阻應(yīng)變片測(cè)應(yīng)變是其中最基本、最常用的應(yīng)變傳感器。(1) 電測(cè)法概念 在量測(cè)過程中，常將某些物理量發(fā)生的變化，先變換為電量的變化，然后用量電器進(jìn)行量測(cè)，這種方法稱為電測(cè)法或非電量的量測(cè)技術(shù)。(2) 應(yīng)變電測(cè)法的概念 在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，因結(jié)構(gòu)受到外荷載或受溫度及約束等原因而產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變?yōu)闄C(jī)械量，用量電器量測(cè)非電量，首先必須把非電量轉(zhuǎn)換為電量的變化，然后才能用量電器量測(cè)，量測(cè)由應(yīng)變引起的電量的變化稱為應(yīng)變電測(cè)法。例如： 電阻應(yīng)變片 測(cè)量電路 放大電路 指示器或記

13、錄儀第14頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2應(yīng)變電測(cè)法 (3) 應(yīng)變電測(cè)法的優(yōu)點(diǎn) 1）靈敏度和準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍大=10-61110010-6； 2）變換元件體積小、質(zhì)量輕； 3）對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好，可在高溫、高壓及水中進(jìn)行； 4）適用性好。(4) 電阻應(yīng)變片的工作原理 圖3.6 金屬絲的電阻應(yīng)變?cè)砥渲衚0稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，它是由電阻絲的材料系數(shù)c和泊松比v確定。 第15頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3鋼弦式傳感器 鋼弦式傳感器的工作原理 鋼弦式傳感器是以被張緊的鋼弦作為敏感元件，利用其固有頻率與張拉力的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)固有頻率的變化來反映外界

14、作用力的大小。鋼弦式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3.22所示。 振弦固定在上、下兩夾塊之間，用固緊螺釘固緊，給弦加一定的初始張力T。在弦的中間固定著軟鐵塊，永久磁鐵和線圈構(gòu)成弦的激勵(lì)器，同時(shí)又兼作弦的拾振器。夾塊和膜片相連而感受壓力P。 由圖3.22可知,若使弦按固有頻率振動(dòng)，必須首先給弦以激勵(lì)力，振弦是依靠線圈中的電流脈沖所產(chǎn)生的電磁吸引力來產(chǎn)生激勵(lì)作用。線圈中將產(chǎn)生與弦的振動(dòng)同頻率的交變電勢(shì)輸出。這樣通過測(cè)量感應(yīng)電勢(shì)的頻率即可檢測(cè)振弦張力的大小。 1-夾具；2-振弦；3-永久磁鐵；4-線圈；5-螺釘；6-軟磁鐵；7-膜片。圖3.22 鋼弦式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖第16頁，共56頁，2022年，5月

15、20日，5點(diǎn)42分，星期四3鋼弦式傳感器 工程中常用的鋼弦式傳感器有：鋼弦式應(yīng)變傳感器、鋼弦式壓力傳感器、鋼弦式荷載傳感器和鋼弦式位移傳感器。（2）鋼弦式應(yīng)變傳感器圖3.23 鋼弦式應(yīng)變傳感器鋼弦式應(yīng)變傳感器測(cè)試技術(shù)具有以下較為突出的特點(diǎn)：（1）分辨率高，測(cè)量結(jié)果精確、可靠。目前常用的鋼弦應(yīng)變傳感器分辨率可達(dá)到0.1。（2）不易受溫度和電磁場(chǎng)等的影響，特別是野外測(cè)量時(shí)抗干擾性能好。（3）易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程中的全自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、多點(diǎn)同步測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和遙控檢測(cè)。（4）現(xiàn)場(chǎng)操作方便，測(cè)試方法易于掌握。第17頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3鋼弦式傳感器 （2）鋼弦式應(yīng)變傳感

16、器 鋼弦式應(yīng)變傳感器測(cè)試技術(shù)優(yōu)點(diǎn)雖然很突出，但也存在以下較為明顯的不足之處：（1）應(yīng)變計(jì)標(biāo)距較大，一般為100200mm，不能用于測(cè)量應(yīng)力梯度較大的應(yīng)變，也不能用于測(cè)量較小尺寸構(gòu)件的應(yīng)變，如小比例的模型試驗(yàn)。（2）響應(yīng)速度較慢，不能用于動(dòng)態(tài)和瞬態(tài)應(yīng)變測(cè)量。（3）量程范圍較小，一般為-1500+1500,不能用于大應(yīng)變的測(cè)量。（4）測(cè)試元件及儀器成本較高。 鋼弦式應(yīng)變傳感器工作原理是：在微幅振動(dòng)條件下，鋼弦的自振頻率與鋼弦應(yīng)力有如下關(guān)系：上式可變換為：常數(shù) 從上式可發(fā)現(xiàn)，鋼弦應(yīng)力與其自振頻率的平方成正比，常數(shù)可通過標(biāo)定求得。經(jīng)過標(biāo)定得到應(yīng)變頻率關(guān)系： 第18頁，共56頁，2022年，5月20日，

17、5點(diǎn)42分，星期四3鋼弦式傳感器 （2）鋼弦式應(yīng)變傳感器鋼弦式應(yīng)變傳感器分為鋼弦式表面應(yīng)變傳感器、鋼弦式鋼筋應(yīng)力傳感器和鋼弦式內(nèi)部應(yīng)變傳感器。1）鋼弦式表面應(yīng)變傳感器圖3-22 鋼弦式表面應(yīng)變傳感器 圖3-23 國產(chǎn)鋼弦應(yīng)變讀數(shù)儀第19頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3鋼弦式傳感器 （2）鋼弦式應(yīng)變傳感器2）鋼弦式內(nèi)部應(yīng)變傳感器圖3-22 鋼弦埋入式應(yīng)變傳感器 圖3-23 進(jìn)口鋼弦應(yīng)變讀數(shù)儀第20頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(1）應(yīng)變片的構(gòu)造（以絲繞式為例） 1-敏感柵；2-引出線；3-粘合劑；4-覆蓋層；5-基底圖3.7電阻應(yīng)變片的構(gòu)造(2

18、）電阻應(yīng)變片的分類按絲柵材料分類：a)半導(dǎo)體應(yīng)變片（體型半導(dǎo)體應(yīng)變片、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片、薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片）。b)金屬應(yīng)變片體型應(yīng)變片箔式應(yīng)變片（=0.0020.005mm金屬箔）、絲式應(yīng)變片=0.0150.05mm（絲繞式、短接式） 、金屬薄膜應(yīng)變片 第四講 電阻應(yīng)變儀及測(cè)量電路與應(yīng)變片的粘貼1、電阻應(yīng)變片第21頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(2）電阻應(yīng)變片的分類按基底材料分類： a)紙基應(yīng)變片；b)膠基應(yīng)變片；c)金屬片基應(yīng)變片；d)臨時(shí)基底應(yīng)變片。按溫度場(chǎng)分類： 低溫應(yīng)變片（-30）；常溫應(yīng)變片（-3060）；中溫應(yīng)變片（60350）；高溫應(yīng)變片（350）。(

19、3）電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，尺寸小，重量輕，粘貼牢固，適用于各種溫度場(chǎng)和外部環(huán)境。缺點(diǎn)：不能重復(fù)使用，粘貼工作量大，估計(jì)參數(shù)不精確，具有近似性。(4）電阻應(yīng)變片的主要技術(shù)性能指標(biāo)a）靈敏系數(shù) b）標(biāo)距；c）使用面積；d）電阻值；e）應(yīng)變極限；f）絕緣電阻；g）零飄；h）蠕變 ；i）機(jī)械滯后； j）疲勞壽命； k）溫度適用范圍 第22頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四（1）應(yīng)變片的選擇與檢查 (5）電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 檢查：外觀，用目測(cè)或放大鏡觀看，應(yīng)剔除應(yīng)變片絲柵中有形狀缺陷，片內(nèi)有氣泡、霉斑、銹點(diǎn)等缺陷的片；阻值，應(yīng)剔除斷路或短路的片，每片阻值相差不得超過儀器

20、可調(diào)平衡的允許范圍。 選擇：應(yīng)根據(jù)被測(cè)試件所處的環(huán)境條件，如：溫度、濕度、被測(cè)材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、檢測(cè)的性質(zhì)和應(yīng)變的范圍等來確定。 1）標(biāo)距：在應(yīng)變場(chǎng)變化大處或用于傳感器上時(shí)，應(yīng)選用小標(biāo)距的應(yīng)變片，如鋼結(jié)構(gòu)常用520mm。在不均勻材料上應(yīng)選用大標(biāo)距的應(yīng)變片，如混凝土材料常用80150mm。 2）應(yīng)變片電阻：選用時(shí)應(yīng)注意與應(yīng)變儀相一致。 3）靈敏系數(shù)：調(diào)整應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)與應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一致。 4）基底種類：較為常見的有紙基和膠基兩種。常溫下的一般測(cè)試可用紙基應(yīng)變片；對(duì)于野外試驗(yàn)及長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求較高的試驗(yàn)，宜用膠基應(yīng)變片。 5）敏感柵材料：康銅絲材料的溫度穩(wěn)定性較好，適用于大應(yīng)變測(cè)量。 6）特殊環(huán)

21、境和要求選用特種應(yīng)變片，如低溫應(yīng)變片、高溫應(yīng)變片、裂紋擴(kuò)展片、疲勞壽命片等。第23頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 擠壓：在片上蓋上玻璃紙，用手指沿一個(gè)方向滾壓，擠出多余的膠水和氣泡。 加壓：用手指輕壓片，直到粘住為止。 3)固化處理 分自然干燥或人工固化。 4)粘貼質(zhì)量檢查 分外觀、阻值及絕緣度檢查。 5)接線：分三步 固定點(diǎn)設(shè)置 引出線絕緣 導(dǎo)線焊接 （2）貼片 1)測(cè)點(diǎn)表面的處理 鋼筋：除銹、刨光并用砂紙打成與測(cè)量方向呈450交叉細(xì)紋，用丙酮清洗干凈。 砼：先找平，再用砂布打平并用丙酮溶液清洗干凈。 2)貼片 上膠：膠水均勻而薄地在基底面上涂一層，稍后，當(dāng)膠水發(fā)粘

22、時(shí)順著受力方向?qū)χ蟹藕谩５?4頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四（3）防潮防水處理1)拌制防潮劑 常用的防潮劑有環(huán)氧樹脂與聚酰胺按2：1或3：2攪拌均勻，配制而成，還可用石臘與凡士林按1：1配制，加熱熔化成液體，冷卻后使用。2)涂抹：將防潮劑均勻地涂在應(yīng)變片上，后用紗布一層層纏緊，使膠液從中滲出，膠層表面應(yīng)光滑，固化后即能起到防潮防水的作用。 防護(hù)技術(shù)是應(yīng)變測(cè)量中的重要環(huán)節(jié)，通常用應(yīng)變片和結(jié)構(gòu)表面的絕緣電阻值來判斷。高的絕緣電阻值可保證測(cè)量的精度，但要求過高會(huì)加大工作量和增加防護(hù)工作的難度。所以一般要求靜態(tài)測(cè)量絕緣電阻大于200M，對(duì)于長(zhǎng)期檢測(cè)、動(dòng)態(tài)測(cè)量和精度要求高的檢測(cè)

23、，絕緣電阻應(yīng)大于500 M。第25頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四電阻應(yīng)變片防護(hù)圖第26頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2 、電阻應(yīng)變儀(1）電阻應(yīng)變儀的組成 由電阻應(yīng)變片的工作原理可知：當(dāng)k=2.0，被測(cè)量的機(jī)械應(yīng)變?yōu)?0-310-6時(shí)， 。這個(gè)信號(hào)很微弱，用量電器檢測(cè)很困難，要借助于放大器放大，電阻應(yīng)變儀就是電阻應(yīng)變片的專用放大器及量電器。其主要組成為：振蕩器、測(cè)量電路、放大器、相敏檢波器、電源等部分組成。應(yīng)變儀的測(cè)量電路一般采用惠斯登電橋，把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，并解決了溫度補(bǔ)償問題。 (2）電橋原理 應(yīng)變片電測(cè)一般采用兩種量測(cè)電

24、路。一種是電位計(jì)式電路，一種是橋式電路，通常采用惠斯登電橋。 在電阻應(yīng)變儀中，主要是通過惠斯登電橋原理來量測(cè)應(yīng)變所引起的電阻變化的微小信號(hào)。 圖3.8 惠斯登電橋當(dāng)電橋平衡（即 ）時(shí)， 第27頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(2）電橋原理 當(dāng)電橋接成1/4電橋時(shí)， 當(dāng)電橋接成全電橋時(shí)， 在全等臂電橋，即 且應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同 的情況下：當(dāng)電橋?yàn)?/4橋臂時(shí)， 當(dāng)電橋?yàn)榘霕驎r(shí)， 當(dāng)電橋?yàn)槿珮蚪臃〞r(shí)， 電橋輸出電壓的增量UBD與橋臂電阻變化率 R/R或應(yīng)變成正比，輸出電壓與四個(gè)橋臂應(yīng)變的代數(shù)和成線性關(guān)系。電橋的增減特性，即相鄰兩橋臂的應(yīng)變輸出符號(hào)相反，相對(duì)橋臂的應(yīng)變輸出符

25、號(hào)相同。 2 、電阻應(yīng)變儀第28頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(3）平衡電橋原理 在實(shí)際測(cè)量中，應(yīng)變片的阻值總有偏差，接觸電阻和導(dǎo)線的電阻也有差異，使電橋產(chǎn)生不平衡。為了滿足實(shí)際測(cè)量的需求，應(yīng)變儀改成了平衡電橋（如圖3.9）。 R1為工作片，R2為溫度補(bǔ)償片，R3、R4由滑線電阻ac代替，觸點(diǎn)D平分ac。且使橋路 圖3.9 電橋平衡橋路處于平衡狀態(tài)時(shí)有： 當(dāng)構(gòu)件受力變形后，R1有微小變量R1，此時(shí)橋路失去平衡，調(diào)整觸點(diǎn)D使橋路重新恢復(fù)平衡的條件為： 整理得： 2 、電阻應(yīng)變儀第29頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(4）溫度補(bǔ)償技術(shù) 1）溫度效應(yīng)

26、的概念 用電阻應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片除了能感受試件本身應(yīng)變外，由于環(huán)境溫度變化的影響，同樣也能通過應(yīng)變片的感受而引起電阻應(yīng)變儀指示部分的示值變動(dòng)，這種變動(dòng)稱為溫度效應(yīng)。 2）產(chǎn)生溫度效應(yīng)的原因 溫度變化從兩個(gè)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時(shí)，其電阻將會(huì)隨之改變，即： 第二是因?yàn)椴牧吓c應(yīng)變片電阻絲的線膨脹系數(shù)不相等，但二者又粘在一起，當(dāng)溫度改變時(shí)，引起附加電阻的變化，即：總的溫度應(yīng)變效應(yīng)為：2 、電阻應(yīng)變儀第30頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(4）溫度補(bǔ)償技術(shù) 3）溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：應(yīng)變片自補(bǔ)償法和橋路補(bǔ)償法。較常用的是橋路補(bǔ)償

27、法。 橋路補(bǔ)償法：利用電橋的加減特性，當(dāng)電橋的兩個(gè)相鄰橋臂的電阻相同時(shí)，反映在電橋輸出上起了相互抵消的作用。橋路補(bǔ)償又分溫度片補(bǔ)償和工作片補(bǔ)償法。 溫度片補(bǔ)償法 R1為工作片粘貼在試件上，R2為溫度補(bǔ)償片粘貼在補(bǔ)償塊上，R3、R4為精密無感電阻。 圖3.10 溫度片補(bǔ)償法2 、電阻應(yīng)變儀第31頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(4）溫度補(bǔ)償技術(shù) 3）溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?工作片補(bǔ)償法 測(cè)量時(shí)，如果在被測(cè)構(gòu)件上能找到應(yīng)變符號(hào)相反，比例關(guān)系已知、溫度條件相同的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，在這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)上各粘貼一個(gè)工作應(yīng)變片，例如在懸臂梁同一截面上下各粘貼一片接在相鄰橋臂上，在等臂條件下可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。

28、如圖3.11所示。 圖3.11 工作片補(bǔ)償法2 、電阻應(yīng)變儀第32頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(1) 線位移變形測(cè)量結(jié)構(gòu)的位移主要是指試件的撓度、側(cè)移、轉(zhuǎn)角、支座偏移等參數(shù)。量測(cè)位移的儀表主要有：機(jī)械式、電子式及光電式等多種。 第五講 位移與變形測(cè)量?jī)x器1接觸式位移計(jì)接觸式位移計(jì)為機(jī)械式儀表，它主要由測(cè)桿、齒輪、指針和彈簧等機(jī)械零件組成。 1-短針齒輪；2-齒輪彈簧；3-長(zhǎng)針；4-測(cè)桿；5-測(cè)桿彈簧；6、7、8-齒輪圖1 百分表的構(gòu)造圖第33頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 接觸式位移計(jì)根據(jù)刻度盤上最小刻度值所代表的量分為百分表（刻度值為0.

29、01mm）、千分表（刻度值為0.001mm）和撓度計(jì)（刻度值為0.05mm或0.01mm）。 接觸式位移計(jì)的度量性能指標(biāo)有刻度值、量程和允許誤差。 第34頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2應(yīng)變梁式位移傳感器 應(yīng)變梁式位移傳感器的主要部件是一塊彈性好、強(qiáng)度高的鈹青銅制成的懸臂彈簧片（圖2）,簧片一端固定在儀器外殼上。在簧片上粘貼四片應(yīng)變片，組成全橋或半橋測(cè)量電路，簧片的自由端固定有拉簧，拉簧與指針固結(jié)。量程為30150mm，讀數(shù)分辨率可達(dá)0.01mm。 1-應(yīng)變片；2-懸臂梁；3-引線；4-彈簧；5-標(biāo)尺；6-指針；7-測(cè)桿；8-固定環(huán)圖2 應(yīng)變梁式位移傳感器第35頁，共

30、56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3滑線電阻式位移傳感器 滑線電阻式位移傳感器由測(cè)桿、滑線電阻和觸頭等組成，構(gòu)造與測(cè)量原理如圖3所示?；€電阻固定在表盤內(nèi)，觸電將電阻分成R1及R2。 采用這樣的半橋接線，其輸出量與電阻增量（或應(yīng)變?cè)隽浚┏烧龋嗉磁c位移成正比。量程可達(dá)10100mm以上。 1-測(cè)桿；2-滑線電阻；3-觸頭；4-彈簧圖3 滑線電阻式位移傳感器第36頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四4差動(dòng)變壓式位移傳感器 如圖4所示為差動(dòng)變壓式位移傳感器的構(gòu)造原理。它由一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈分內(nèi)外兩層，共同繞在一個(gè)圓筒上，圓筒內(nèi)放置一個(gè)能自由上下移動(dòng)的鐵

31、芯。初級(jí)線圈加入激磁電壓時(shí)，通過互感作用使次級(jí)線圈感應(yīng)而產(chǎn)生電勢(shì)。1-線圈；2-次級(jí)線圈；3-圓形筒；4-鐵芯圖4 差動(dòng)變壓器式位移傳感器鐵芯居中時(shí)，感應(yīng)電勢(shì) ， 無輸出信號(hào)。鐵芯向上移動(dòng) ，這時(shí) ，輸出為 。鐵芯向上移動(dòng)的位移愈大， 也愈大。第37頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(2) 角位移測(cè)量角位移測(cè)量的儀表主要有：杠桿式測(cè)角器、水準(zhǔn)式傾角儀、電子傾角儀等。1-剛性桿；2-試件；3-位移計(jì)圖5 杠桿式測(cè)角器1)杠桿式測(cè)角器杠桿式測(cè)角器構(gòu)造示意如圖5，將剛性桿1固定在試件2的測(cè)點(diǎn)上，結(jié)構(gòu)變形帶動(dòng)剛性桿轉(zhuǎn)動(dòng)，用位移計(jì)測(cè)出3、4兩點(diǎn)位移，即可算出轉(zhuǎn)角 當(dāng)L=100mm，

32、 時(shí)，則可測(cè)得轉(zhuǎn)角值為110-3弧度，具有足夠的精度。第38頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2)水準(zhǔn)式傾角儀 水準(zhǔn)式傾角儀的構(gòu)造如圖6所示。水準(zhǔn)管1安置在彈簧片4上，一端鉸接于基座6上，另一端被微調(diào)螺絲3頂住。當(dāng)儀器用夾具5安裝在測(cè)點(diǎn)上后，用微調(diào)螺絲使水準(zhǔn)管的氣泡居中，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后氣泡漂移，再轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)螺絲使氣泡重新居中，度盤前后兩次讀數(shù)的差即為測(cè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角： 1-水準(zhǔn)管；2-刻度盤；3-微調(diào)螺絲；4-彈簧片；5-夾具；6-基座；7-活動(dòng)鉸圖6 水準(zhǔn)式傾角儀L為鉸接基座與微調(diào)螺絲頂點(diǎn)之間的距離；h為微調(diào)螺絲頂點(diǎn)前進(jìn)或后退的位移。儀器的最小讀數(shù)可達(dá)12，量程為3。 第39頁

33、，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四圖7 電子傾角儀3)電子傾角儀 電子傾角儀實(shí)際上是一種傳感器。它通過電阻的變化來測(cè)定結(jié)構(gòu)某部位的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。儀器的構(gòu)造原理如圖7所示。主要裝置是一個(gè)盛有高穩(wěn)定性導(dǎo)電液體的玻璃器皿，在導(dǎo)電液體中插入3根電極并加以固定，電極等距離設(shè)置且垂直于器皿底面。 第40頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 量測(cè)力的儀器分為機(jī)械式和電測(cè)式兩種，其基本原理是用一彈性元件去感受力或液壓，彈性元件在力的作用下，發(fā)生與外力或液壓成對(duì)應(yīng)關(guān)系的變形。 第六講 力值測(cè)量?jī)x器1. 荷載和反力測(cè)定圖8 荷重傳感器內(nèi)壁筒 荷載傳感器可以量測(cè)荷載、反力以及其他

34、各種外力。根據(jù)荷載性質(zhì)不同，荷載傳感器的形式有拉伸型、壓縮型和通用型三種。各種荷載傳感器的外形基本相同，其核心部件是一個(gè)厚壁筒（圖8）。 在筒壁上貼有電阻應(yīng)變片以便將機(jī)械變形轉(zhuǎn)換為電量。目前，荷重傳感器多用鋼弦代替應(yīng)變片，可以直接讀出所需要的力值。 第41頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2. 拉力和壓力測(cè)定 測(cè)力計(jì)是利用鋼制彈簧、環(huán)箍或簧片在受力后產(chǎn)生彈性變形的原理，將變形通過機(jī)械放大后，用指針度盤表示或借助位移計(jì)反映力的數(shù)值。 用于測(cè)量張拉鋼絲或鋼絲繩拉力的環(huán)箍式拉力計(jì)如圖9所示。它由兩片弓形鋼板組成一個(gè)環(huán)箍。在拉力作用下，環(huán)箍產(chǎn)生變形，通過一套機(jī)械傳動(dòng)放大系統(tǒng)帶動(dòng)指

35、針轉(zhuǎn)動(dòng)，指針在度盤上的示值即為外力值。 如圖10所示是另一個(gè)環(huán)箍式拉、壓測(cè)力計(jì)。它用粗大的鋼環(huán)作彈簧，鋼環(huán)在拉、壓力作用下的變形，經(jīng)過杠桿放大后推動(dòng)位移計(jì)工作。 1-指針；2-中央齒輪；3-弓形彈簧；4-耳環(huán)； 5-連桿；6-扇形齒輪；7-可動(dòng)接板 圖9 環(huán)箍式拉力計(jì) 1-位移計(jì)；2-彈簧；3-杠桿；4、7-下、上壓頭;5-杠桿；6-鋼環(huán)；8-拉力夾頭 圖10 環(huán)箍式拉、壓測(cè)力計(jì) 第42頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四第七講 裂縫與溫度測(cè)定1. 裂縫檢測(cè)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)反映的一個(gè)重要特征，對(duì)確定結(jié)構(gòu)的開裂荷載、研究結(jié)構(gòu)的破壞過程與結(jié)構(gòu)的抗裂及變形性能均有

36、十分重要的價(jià)值。目前，最常用于發(fā)現(xiàn)裂縫最簡(jiǎn)便的方法是借助放大鏡用肉眼觀察。在試驗(yàn)前用純石灰水溶液均勻地刷在結(jié)構(gòu)表面并等待干燥。當(dāng)試件受力后，白色涂層將在高應(yīng)變下開裂并剝落。用白灰涂層，具有效果好、價(jià)廉和使用技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn)。而裂縫寬度的測(cè)量通常使用下列儀器：1)讀數(shù)顯微鏡 2)裂紋擴(kuò)展片 第43頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四1)讀數(shù)顯微鏡（a）讀數(shù)顯微鏡； （b）寬度板圖11 測(cè)量裂縫寬度的儀器和標(biāo)尺第44頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2)裂紋擴(kuò)展片 （a）裂紋擴(kuò)展片；（b）裂紋擴(kuò)展片測(cè)裂縫圖12 裂紋擴(kuò)展片及應(yīng)用 某些材料和試件的裂紋擴(kuò)展

37、情況及擴(kuò)展速率可采用裂紋擴(kuò)展片進(jìn)行測(cè)量。裂紋擴(kuò)展片的構(gòu)造如圖12所示，它是由柵體和基底組成，柵體是平行的柵條。各柵條有一端互不相連，可將某一柵條的端部及公用端與儀器相連，測(cè)定裂紋是否已達(dá)到該柵條處。此法在斷裂力學(xué)試驗(yàn)中應(yīng)用較多。第45頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四圖13 熱電偶原理 大體積混凝土入模后的內(nèi)部溫度、預(yù)應(yīng)力混凝土反應(yīng)堆容器的內(nèi)部溫度等都是很重要的物理量。由于這些溫度很難計(jì)算，所以只能用實(shí)測(cè)方法確定。通常，量測(cè)混凝土內(nèi)部溫度的方法是使用熱電偶或熱敏電阻。熱電偶的基本原理如圖13所示。它是由兩種導(dǎo)體A和B組成一個(gè)閉合電路，并使結(jié)點(diǎn)1和結(jié)點(diǎn)2處于不同的溫度T和T

38、0。 2. 內(nèi)部溫度測(cè)量目前，在工程中常用熱敏電阻的溫度傳感器，國內(nèi)主要有：長(zhǎng)沙金碼高科技有限公司生產(chǎn)的溫度傳感器JMT-36B和JMT-36C等，進(jìn)口的溫度傳感器主要有：美國基康(GEOKON)公司生產(chǎn)的BGK-3700型和加拿大KOCTEST公司生產(chǎn)的EG-1472型等。第46頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四第八講 索力測(cè)量 要在施工過程中比較準(zhǔn)確地了解索力的實(shí)際狀態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)牧繙y(cè)方法和儀器，并設(shè)法消除現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)中各種因素的影響非常關(guān)鍵。 迄今為止,可供現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定索力的方法主要有7種：電阻應(yīng)變片測(cè)定法；拉索伸長(zhǎng)量測(cè)定法；索拉力垂度關(guān)系測(cè)定法；壓力表測(cè)定法；壓力傳感器測(cè)

39、定法；頻率法；磁通量法 方法從理論上是可行的，但實(shí)施會(huì)遇到較多的實(shí)際問題，一般不予采用；方法測(cè)定拉索張拉過程的索力變化較為方便，但不能測(cè)定成橋后索力；方法既可測(cè)定拉索張拉過程的索力變化，又可測(cè)定成橋后索力。 第47頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四1壓力表測(cè)定法 由于千斤頂?shù)膹埨透字械囊簤汉蛷埨τ兄苯拥年P(guān)系，所以只要通過精密壓力表或液壓傳感器測(cè)定油缸的液壓，就可求得索力。 使用0.30.5級(jí)的精密壓力表，并事先通過標(biāo)定，求得壓力表所示液壓和千斤頂張拉力之間的關(guān)系，則利用壓力表讀數(shù)測(cè)定索力。這種方法簡(jiǎn)單易行，是施工中控制索力最實(shí)用的方法，其精度可達(dá)1%2%。2壓力傳感器

40、測(cè)定法 張拉時(shí)，千斤頂?shù)膹埨νㄟ^連接桿傳到拉索錨具，如果在連接桿上套一穿心式壓力傳感器，張拉時(shí)處在千斤頂張拉活塞和連接桿螺母之間的傳感器，在受壓后就輸出電訊號(hào)，于是就可在配套的二次儀表上讀出千斤頂?shù)膹埨Α?為了減小傳感器的高度，常采用孔幅式或輪輻式傳感器。這類傳感器應(yīng)當(dāng)專門設(shè)計(jì)，并由專業(yè)工廠制作，方可收到良好的效果。這種方法精度可達(dá)0.5%1.0%。第48頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3頻率法（1）方法簡(jiǎn)介 頻率法是利用精密拾振器，拾取拉索在環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)、人工激振或激振器激振下的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析，再根據(jù)頻譜圖來確定拉索的自振頻率，然后根據(jù)自振頻率

41、與索力的關(guān)系確定索力。用頻率法測(cè)定索力，設(shè)備可重復(fù)使用?，F(xiàn)有的儀器及分析手段，測(cè)定頻率精度可達(dá)到0.005Hz。 （2）測(cè)試原理 頻率法測(cè)量索力過程包含三項(xiàng)內(nèi)容： 測(cè)量索結(jié)構(gòu)的自振頻率 ；索力頻率關(guān)系即 曲線的擬合（圖14）；把實(shí)測(cè)值代入 中，得到實(shí)測(cè)索力。圖14 頻率法測(cè)索力原理第49頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3頻率法根據(jù)弦振動(dòng)理論，當(dāng)張緊索抗彎剛度可忽略時(shí)(柔性索)，其動(dòng)力平衡方程為：式中 y橫向坐標(biāo)(垂直于索的長(zhǎng)度方向)； x縱向坐標(biāo)(索的長(zhǎng)度方向)； m單位索長(zhǎng)的質(zhì)量； g重力加速度； T索的張力； t時(shí)間。若索的兩端為鉸結(jié)時(shí)，可得：式中fn 索的第n階段

42、自振頻率； L索的長(zhǎng)度； n振動(dòng)階數(shù)。第50頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3頻率法 近年來國內(nèi)對(duì)頻率法測(cè)定索力進(jìn)行了大量的研究，對(duì)拉索的抗彎剛度、支承條件、斜度、垂度以及拉索的初應(yīng)力等影響索力的因素進(jìn)行了分析研究。 當(dāng)索的抗彎剛度不能忽略(即剛性索)，且索的兩端為鉸結(jié)時(shí)， 式中 索的抗彎剛度。1）抗彎剛度和邊界條件的影響對(duì)斜拉橋而言，索長(zhǎng)一般大于40 m，兩種邊界條件下計(jì)算的索力一般相差不超過5 %。細(xì)長(zhǎng)拉索不計(jì)抗彎剛度時(shí)求得的索力比計(jì)入抗彎剛度時(shí)偏大，但不會(huì)超過3%，對(duì)于長(zhǎng)度小于40m的斜拉索和系桿拱的吊桿有可能超過5%，此時(shí)應(yīng)計(jì)入抗彎剛度的影響。第51頁，共56頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3頻率法2)斜度的影響實(shí)際斜拉索均存在一定的斜度，亦即兩端不等高。分析結(jié)果表明，拉索的斜度影響可以忽略。3)垂度的影響島田忠幸通過由振動(dòng)引起的拉索張力變化的影響，引入?yún)?shù)： 研究表明： 垂度對(duì)對(duì)稱振型固有頻率的