1、第四章第四章 量測儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)量測儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、一、概述概述 ( 作業(yè)作業(yè)1)二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測 （電阻應(yīng)變片的使用）（電阻應(yīng)變片的使用） ( 作業(yè)作業(yè)2)三、位移量測（及其它變形量測）三、位移量測（及其它變形量測）四、力的量測四、力的量測 (作業(yè)作業(yè)3)五、裂縫量測五、裂縫量測六、溫度量測六、溫度量測七、振動參數(shù)的量測七、振動參數(shù)的量測八、數(shù)據(jù)系統(tǒng)簡介八、數(shù)據(jù)系統(tǒng)簡介一、概述一、概述 結(jié)構(gòu)試驗的目的結(jié)構(gòu)試驗的目的：一是要得到對結(jié)構(gòu)性能的宏觀印象，一是要得到對結(jié)構(gòu)性能的宏觀印象，更主要是取得確定結(jié)構(gòu)性能的定量數(shù)據(jù)。更主要是取得確定結(jié)構(gòu)性能的定量數(shù)據(jù)。只有可靠

2、的數(shù)據(jù)才能作為判定結(jié)構(gòu)性能或建立計算理論的的依據(jù)。精確可靠數(shù)據(jù)的取得依賴于量測。精確可靠數(shù)據(jù)的取得依賴于量測。量測是人類對客觀事物取得數(shù)量概念的認識過程，是判斷事物質(zhì)量指標(biāo)的的重要手段。 各個領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是與量測技術(shù)的不斷完善提高分不開的。 量測技術(shù)的組成：量測技術(shù)的組成： 包括：、量測方法，、量測方法，、量測工具，、量測工具，、量測誤差分析、量測誤差分析三部分。各專業(yè)領(lǐng)域都有自己的量測內(nèi)容和相應(yīng)的量測方法和量測工具。一、概述一、概述工程結(jié)構(gòu)專業(yè)的主要量測內(nèi)容：工程結(jié)構(gòu)專業(yè)的主要量測內(nèi)容：有外部條件有外部條件（主要是外荷載和支座反力等）、結(jié)構(gòu)變形結(jié)構(gòu)變形（位移、應(yīng)變、曲率等）、裂縫、內(nèi)力

3、裂縫、內(nèi)力（應(yīng)力）及自振自振頻率、振型、阻尼頻率、振型、阻尼等動力特性。 工程結(jié)構(gòu)專業(yè)的主要量測工具：工程結(jié)構(gòu)專業(yè)的主要量測工具： 量測工具從逐個讀數(shù)、手工記錄的簡單儀表簡單儀表到利用計算機自動采集、處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜量測系統(tǒng)量測系統(tǒng)，種類繁多，原理不一。 試驗人員除應(yīng)理解被測參數(shù)的性質(zhì)和要求外，還應(yīng)了解試驗人員除應(yīng)理解被測參數(shù)的性質(zhì)和要求外，還應(yīng)了解量測儀表的原理、功能和技術(shù)指標(biāo)。量測儀表的原理、功能和技術(shù)指標(biāo)。1、量測儀表的基本組成：、量測儀表的基本組成：各種量測儀表其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、量測原理、量測精度等有很大的差別，但都必須具備三個基本組成部分三個基本組成部分：一、概述一、概述感受部分感受部分放大

4、部分放大部分顯示記錄部分顯示記錄部分機械式量測儀表：機械式量測儀表：一般三部分在同一儀表內(nèi)（如百分表）；電測儀表：電測儀表：三部分往往是三個分開的儀器（傳感器、放大器、記錄儀或顯示器）一、概述一、概述量測儀表各部分的作用量測儀表各部分的作用：感受部分感受部分的作用的作用：直接與被測對象聯(lián)系，感受被測參數(shù)的變化并將此變化傳給放大部分；放大部分放大部分的作用的作用：將感受部分傳來的被測量通過各種方式進行放大。顯示記錄部分顯示記錄部分的作用的作用：將放大部分傳來的量測結(jié)果通過指針或電子數(shù)碼管、屏幕等進行顯示或通過記錄設(shè)備將試驗數(shù)據(jù)或曲線記錄下來。一、概述一、概述2、量測儀表的基本量測方法、量測儀表的

5、基本量測方法結(jié)構(gòu)試驗用量測儀表一般采用兩種量測方法：偏位測定法偏位測定法-根據(jù)量測儀表放大部分產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)或位移偏轉(zhuǎn)或位移定出欲測定的物理量。零位測定法零位測定法-用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去抵消未知物理量對儀表產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，使被測量和標(biāo)準(zhǔn)量對儀器指示裝置的效應(yīng)經(jīng)常保持相等，指示裝置指零時的標(biāo)準(zhǔn)量指示裝置指零時的標(biāo)準(zhǔn)量既為被測物理量。一般零位測定法比偏位測定法更精確(尤其是電子儀器)。一、概述一、概述3、量測儀表的主要性能指標(biāo)、量測儀表的主要性能指標(biāo)、量、量 程程：儀表最大輸入量與最小輸入量之間的范圍。、刻度值、刻度值：指示裝置的最小刻度代表的被測量的數(shù)值。、分辨率、分辨率：使儀器輸出量產(chǎn)生能觀察出變化的最小

6、被測量。、靈敏度、靈敏度：單位輸入量引起的儀表輸出值的變化。不同的儀表,靈敏度的單位各不相同（如百分表的靈敏度為：mm/mm) 。、精確度：、精確度：儀器指示值與被測值的符合程度(也稱精度),常以最大量程時的相對誤差表示。如精度為0.2級的儀表,其測定值的誤差不超過最大量程的0.2%。一、概述一、概述、滯、滯 后后：同一輸入量正反兩個行程輸出值間的偏差。 常以全量程中的最大滯后值與滿量程輸出值之比表示。 正行程正行程：輸入量從起始量增至最大量程的測量過程。 反行程反行程：輸入量從最大量程減至起始量的測量過程。 、線性范圍、線性范圍：保持儀器的輸入量和輸出量為線性關(guān)系時，輸入量的允許變化范圍。

7、、頻響特性、頻響特性：儀器在不同頻率下靈敏度的變化特性。 常以頻響特性曲線表示。對動力試驗用量測儀表，其性能指標(biāo)還有：對動力試驗用量測儀表，其性能指標(biāo)還有：一、概述一、概述 、相移特性、相移特性：振動參量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號或經(jīng)放 大、記錄后在時間上產(chǎn)生的延遲。 由傳感器、放大器、記錄儀器組成的整套量測系統(tǒng)，應(yīng)注意它們之間的阻抗匹配及頻率范圍的配合等。 、零、零 位位 溫溫 漂漂：指當(dāng)儀表的工作環(huán)境溫度不為20 時，零位輸出隨溫度的變化率。 滿量程熱漂移滿量程熱漂移：指當(dāng)儀表的工作環(huán)境溫度不為20， 滿量程輸出隨溫度的變化率。一、概述一、概述4、量測儀表的選用、量測儀表的選用選用量測儀表時應(yīng)考

8、慮下列要求：、符合量測所需的量程及精度要求。、符合量測所需的量程及精度要求。 一般應(yīng)使最大被測值在儀表量程的2/3附近； 為保證量測精度，應(yīng)使儀表的最小刻度值 5%的最大被測值。、動力試驗用量測儀表，其線性范圍、頻響特性和相移特性等都應(yīng)、動力試驗用量測儀表，其線性范圍、頻響特性和相移特性等都應(yīng) 滿足試驗要求。滿足試驗要求。、安裝在試驗結(jié)構(gòu)上的儀表，要求自重輕、體積小，不影響結(jié)構(gòu)的、安裝在試驗結(jié)構(gòu)上的儀表，要求自重輕、體積小，不影響結(jié)構(gòu)的 工作。工作。 夾具設(shè)計、安裝要合理。夾具設(shè)計、安裝要合理。、同一試驗中選用的儀表種類應(yīng)盡可能少，以便統(tǒng)一數(shù)據(jù)的精度。、同一試驗中選用的儀表種類應(yīng)盡可能少，以便

9、統(tǒng)一數(shù)據(jù)的精度。、選用儀表時應(yīng)考慮試驗的環(huán)境條件，切忌盲目選用高精度、高靈、選用儀表時應(yīng)考慮試驗的環(huán)境條件，切忌盲目選用高精度、高靈 敏度儀表。敏度儀表。 各類儀表各有優(yōu)缺點,選用儀表時應(yīng)首先滿足試驗的主要要求.一、概述一、概述5、儀表的率定、儀表的率定1、概、概 念：念： 為了確定儀表的精度或換算關(guān)系，定出其誤差，需將為了確定儀表的精度或換算關(guān)系，定出其誤差，需將儀表示值儀表示值和和標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量進行進行比較比較，稱為儀表的率定（也稱，稱為儀表的率定（也稱標(biāo)定）。標(biāo)定）。2、率定設(shè)備：、率定設(shè)備： 用來率定儀表的標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量是經(jīng)國家計量機構(gòu)確認、具有一定精度等級的專用率定設(shè)備產(chǎn)生的。率定設(shè)備的

10、精度等級應(yīng)比被率定的儀器高。 當(dāng)沒有專用率定設(shè)備時，也可用和被率定儀器具有同級精度的“標(biāo)準(zhǔn)”儀器比較進行率定；還可以用標(biāo)準(zhǔn)試件進行率定。一、概述一、概述3、率定的重要性：、率定的重要性： 儀器的率定十分重要。所有新出廠的儀器都要經(jīng)過率定；正在使用的儀器必須定期進行率定；除定期率定外，在重要的試驗開始前，最好對儀表進行一次率定。 未經(jīng)率定的儀器所量測的數(shù)據(jù)不具有合法性！未經(jīng)率定的儀器所量測的數(shù)據(jù)不具有合法性！返回返回第四章第四章作業(yè)（作業(yè)（1 1）1 1、量測技術(shù)包括哪三部分？、量測技術(shù)包括哪三部分？2 2、工程結(jié)構(gòu)試驗的主要量測內(nèi)容有哪些？、工程結(jié)構(gòu)試驗的主要量測內(nèi)容有哪些？3 3、量測儀表由

11、哪三部分組成？各部分的作用是什么？、量測儀表由哪三部分組成？各部分的作用是什么？4 4、量測儀表的主要性能指標(biāo)有哪些？、量測儀表的主要性能指標(biāo)有哪些？5 5、量測儀表的選用原則是什么？、量測儀表的選用原則是什么？6 6、什么是儀表的率定？、什么是儀表的率定？返回返回鋼尺1測量長度應(yīng)0.99鋼尺2測量長度應(yīng)1.01返回返回返回返回機械式百分表量測系統(tǒng)應(yīng)變（應(yīng)力）量測系統(tǒng)應(yīng)變（應(yīng)力）量測系統(tǒng)電阻應(yīng)變片靜態(tài)電阻應(yīng)變儀試件返回返回返回返回機械式百分表返回返回位移傳感器拉壓力傳感器傾角傳感器返回返回各種放大器位移計（百分表）位移計（百分表）偏位測量偏位測量機械式百分表偏位讀數(shù)位移計（百分表）位移計（百分

12、表）偏位測量偏位測量讀數(shù)1：12.51mm讀數(shù)2：11.06mm本次加載產(chǎn)生的位移=12.51-11.06=1.45mm返回返回返回返回托盤天平采用零位讀數(shù)法YJ-5靜態(tài)電阻應(yīng)變儀二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測1、應(yīng)力量測的重要性：、應(yīng)力量測的重要性： 應(yīng)力量測是結(jié)構(gòu)試驗中的重要量測內(nèi)容，了解應(yīng)力沿構(gòu)件的分布情況，特別是了解結(jié)構(gòu)危險截面處的應(yīng)力分布及最大應(yīng)力值，對于建立強度計算公式或驗證設(shè)計是否合理、計算方法是否正確，都有很直接的價值。利用所測應(yīng)力資料還可直接了解結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和強度儲備。2、應(yīng)力（應(yīng)變）量測的方法：、應(yīng)力（應(yīng)變）量測的方法： 一般借助于量測應(yīng)變，然后由曲線或公式換算

13、為應(yīng)力。 量測應(yīng)變的方法：用應(yīng)變計測出試件在一定長度L范圍內(nèi)的平均應(yīng)變：LPPLPPLL二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測 應(yīng)變計標(biāo)距應(yīng)變計標(biāo)距L L的選擇：的選擇：對勻質(zhì)材料構(gòu)件：當(dāng)應(yīng)力變化梯度大時，L應(yīng)盡可能小，當(dāng)應(yīng)力變化梯度小時，L可以大些，對非勻質(zhì)材料構(gòu)件：砼：L23倍最大骨料粒徑磚砌體：L6皮磚木： L200mm 用應(yīng)變計量測的應(yīng)變值是應(yīng)變計標(biāo)距用應(yīng)變計量測的應(yīng)變值是應(yīng)變計標(biāo)距L范圍內(nèi)的平均范圍內(nèi)的平均應(yīng)變應(yīng)變，因此對應(yīng)力變化梯度較大的構(gòu)件或非勻質(zhì)材料，應(yīng)特別注意應(yīng)變計標(biāo)距L的選擇：3、應(yīng)變計的種類及電阻應(yīng)變片的優(yōu)點：、應(yīng)變計的種類及電阻應(yīng)變片的優(yōu)點：二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)

14、力（應(yīng)變）量測 應(yīng)變計的種類：應(yīng)變計的種類： 應(yīng)變計的種類很多，各具特點，歸納起來主要有三大類：1）機械式應(yīng)變計： 雙杠桿應(yīng)變儀；杠桿式千分表應(yīng)變儀 2）電測式應(yīng)變計: ；差動電阻式應(yīng)變計；振弦式應(yīng)變計振弦式應(yīng)變計等。 3）光測式應(yīng)變計： 光纖光柵應(yīng)變計光纖光柵應(yīng)變計；密柵云紋膜；衍射圖形應(yīng)變計等 其中最常用的是電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片和接觸式引伸儀(手持式應(yīng)變儀)。 長期多次量測時一般用振弦式應(yīng)變計振弦式應(yīng)變計和光纖光柵應(yīng)變計光纖光柵應(yīng)變計。 電阻應(yīng)變片的優(yōu)點電阻應(yīng)變片的優(yōu)點:二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測、可以將非電參量（應(yīng)變）轉(zhuǎn)換為電參量，從而將電測法引 入結(jié)構(gòu)試驗、精度高、靈敏度

15、高、可遠距離、多點及快速采集數(shù)據(jù)和自動紀錄、為用計算機控制、分析和處理試驗數(shù)據(jù)創(chuàng)造了條件、重量輕、體積小；價格低、利用應(yīng)變片加上一些彈性元件，可以制成量測各種參量（如：力、位移、傾角、曲率等）的傳感器。因此：主要學(xué)習(xí)應(yīng)變片的原理及應(yīng)用。因此：主要學(xué)習(xí)應(yīng)變片的原理及應(yīng)用。 電阻應(yīng)變片的缺點電阻應(yīng)變片的缺點: 受溫度影響較大；長期、多次檢測時誤差較大(二)、電阻應(yīng)變片1、電阻應(yīng)變片的工作原理AlR電阻絲的電阻值：當(dāng)電阻絲的長度變化（伸長或縮短）時，相應(yīng)的電阻變化為：dRdAARdllRdRdAldAAldlA)()()(2dAdAldlRdR兩邊除以R得：)21(,2,cdAdAldl以代入上式得

16、四、應(yīng)力（應(yīng)變）量測四、應(yīng)力（應(yīng)變）量測取)21(21)21(2ccRdR0)21 (21Kc則則0KRdR上式既是利用電阻絲量測應(yīng)變的理論根據(jù)。且該式說明上式既是利用電阻絲量測應(yīng)變的理論根據(jù)。且該式說明電阻絲感受的應(yīng)變和它的電阻相對變化成線性關(guān)系。電阻絲感受的應(yīng)變和它的電阻相對變化成線性關(guān)系。對電阻應(yīng)變片：對電阻應(yīng)變片：KRdR二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測上式中：材料的泊桑比；c與材料有關(guān)的常數(shù) 所以K0或K也為常數(shù)2、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造和性能：四、應(yīng)力（應(yīng)變）量測四、應(yīng)力（應(yīng)變）量測 構(gòu)造構(gòu)造：應(yīng)變片由基底、絲柵、覆蓋層和引出線構(gòu)成。 性能指標(biāo)：性能指標(biāo)：主要有、標(biāo)距、標(biāo)距L應(yīng)變

17、片在縱軸方向的有效長度、電阻值、電阻值R、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)KK值一般由抽樣試驗法確定（1.92.3）、應(yīng)變極限應(yīng)變片保持線性輸出時所能量測的最大應(yīng)變值。一般為（13）%左右。、溫度特性、溫度特性指電阻絲的電阻隨溫度而變化以及電阻絲和被測試件材料因溫度線膨脹系數(shù)不同引起阻值變化所產(chǎn)生的虛假應(yīng)變，又稱應(yīng)變片的熱輸出。（一般靠接入溫度補償片消除）二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測、橫向靈敏系數(shù)是應(yīng)變片對垂直于其主軸方向應(yīng)變的響應(yīng)程度。（橫向靈敏系數(shù)越小越好）、使用面積、機械滯后試件加載和卸載時應(yīng)變片（R/R）特性曲線不重合的程度。、疲勞壽命應(yīng)變片反復(fù)使用的次數(shù)（104107）。、零飄在恒定溫

18、度環(huán)境中應(yīng)變片的電阻值隨時間的變化、蠕變在恒定的荷載和溫度環(huán)境中，應(yīng)變片電阻值隨時間的變化、絕緣電阻電阻絲與基底間的電阻值（50050000M）三、電阻應(yīng)變儀1、電阻應(yīng)變儀的組成當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生機械變形時，應(yīng)變片感受到其變形并產(chǎn)生的電阻相對變化R/R僅有210-3210-6，對如此微弱的電信號必須依靠放大器放大后才能檢測出來。電阻應(yīng)變儀既是應(yīng)變片的專用放大儀器。二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測電阻應(yīng)變儀根據(jù)其工作頻率范圍的不同可分為：電阻應(yīng)變儀由測量電路測量電路、放大器放大器、相敏檢波器相敏檢波器、指示器指示器、電源電源等組成。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀自身帶有讀數(shù)和指示裝置，當(dāng)量測測點較多時，需配用預(yù)

19、調(diào)平衡箱。動態(tài)電阻應(yīng)變儀上只有粗略的指示表頭，量測時需另接紀錄儀器。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀動態(tài)電阻應(yīng)變儀2、電阻應(yīng)變儀的測量電路 測量電路的作用是將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流測量電路的作用是將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，的變化，一般用惠斯登電橋?qū)崿F(xiàn)。A、惠斯登電橋：惠斯登電橋： 由4個電阻R1、R2、R3、R4作為4個橋壁組成電路二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測UACBDR1R2R3R4UBD電橋平衡：若4321RRRR則當(dāng)對角端A、C輸入電壓U時，另兩對角端B、D的輸出電壓UBD=0，此時稱為電橋平衡。若4321RRRR則UBD0若R1、R2、R3、R4為貼在試件上的應(yīng)變片

20、，切初始滿足：則當(dāng)試件產(chǎn)生應(yīng)變引起R/R變化后，將破壞橋路的平衡，導(dǎo)致B、D端有UBD的輸出二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測4321RRRRURRRRRRRRRRRRUBD)()(4433221122121若R1=R2，R3=R4 則)(444332211RRRRRRRRUUBD以R/R=K代入上式得：)(44321KUUBD 上式將力學(xué)參量和電學(xué)參量UBD聯(lián)系在一起,表明通過量測電橋輸出電壓的變化可以得出應(yīng)變片感受到的試件的應(yīng)變。 UBD代表代表4個應(yīng)變片所量測的應(yīng)變值的代數(shù)和。個應(yīng)變片所量測的應(yīng)變值的代數(shù)和。（應(yīng)特別注意應(yīng)應(yīng)特別注意應(yīng)變值的符號，若為壓應(yīng)變應(yīng)以（變值的符號，若為壓應(yīng)

21、變應(yīng)以（-）代入）代入）。）。電橋的（加減）特性：電橋的（加減）特性：對臂相加、鄰臂相減對臂相加、鄰臂相減二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測)(421KUUBDB、測量電橋測量電橋 測量電橋的橋臂可以由2個電阻應(yīng)變片和2個固定電阻組成半橋量測半橋量測。此時 測量電橋的橋臂也可以由4個電阻應(yīng)變片組成全橋量測全橋量測。此時 )(44321KUUBD溫度補償溫度補償：利用電橋的加減特性，恰當(dāng)?shù)亟尤霚囟妊a償片（與工作片完全相同，粘貼在與試件相同的材料上，處于相同溫度環(huán)境中，但不受力的應(yīng)變片），或利用工作片互補，可以消除溫度變化對應(yīng)變片熱輸出的影響。二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測不同接橋

22、方法下，讀數(shù)與應(yīng)變的關(guān)系不同接橋方法下，讀數(shù)與應(yīng)變的關(guān)系： 另外利用電橋的加減特性，將處于拉、壓應(yīng)變狀態(tài)的應(yīng)變片恰當(dāng)?shù)亟尤霕虮郏梢蕴岣吡繙y的靈敏度。教材P42表3-3給出了應(yīng)變片的各種布置和接橋方法，供試驗時參考。半橋單補： 讀數(shù)= 半橋互補： 讀數(shù)= 2全橋單補： 讀數(shù)= 2全橋互補： 讀數(shù)= 43、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用方法（一）以YJ-5 為例 YJ-5靜態(tài)電阻應(yīng)變儀采用“零位法”量測。二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測 當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變，測量電橋不平衡，電橋有電壓（電流）輸出，輸出信號經(jīng)放大后，使指示儀表的指針偏轉(zhuǎn)，此時調(diào)節(jié)讀數(shù)旋鈕RS ，使其輸出與測量電橋相反的信號并與之平衡，

23、使指示儀表的偏轉(zhuǎn)指針回零，則讀數(shù)旋鈕所表示的數(shù)值即為應(yīng)變的數(shù)值。UACBDR1R2R3R4放大器RSRK 應(yīng)變片上的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕RK的作用是改變供橋電壓U，使讀數(shù)旋鈕所刻的應(yīng)變值適合不同K值的電阻應(yīng)變片。使用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀時，必須將RK旋鈕置于所用應(yīng)變片K值的位置。 應(yīng)變儀上的電阻平衡旋鈕和電容平衡旋鈕用于測量電橋的初始平衡調(diào)整。二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測3、數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀的使用方法（二） 以CM-1B靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀為例1)、首先確定采用那種測量方法，即：單臂測量、半橋測量還是全橋測量。并按測量方法將應(yīng)變片接入橋路；2)、校準(zhǔn)：把功能選擇開關(guān)置于“校準(zhǔn)校準(zhǔn)” 位置，根據(jù)應(yīng)變片

24、的K值確定表頭讀數(shù)；3)、把功能選擇置于測量位置，前面板通道選擇的20點與前面板20個平衡電位器一一對應(yīng)，并且與后面板的20個接線柱一一對應(yīng)，調(diào)節(jié)平衡電位器，使各個點的表頭讀數(shù)為零；4)、測量(1)當(dāng)加入載荷后，可通過測量點轉(zhuǎn)換開關(guān)的轉(zhuǎn)動來讀取并記錄數(shù)字讀數(shù)窗的讀數(shù)(微應(yīng)變值)，測量點指示由綠色燈泡對應(yīng)的測量點示數(shù)和旋鈕箭頭指示共同表示。(2)當(dāng)測點超過20點以上時，需要接預(yù)調(diào)平衡箱，通過后面板上的五芯插頭座連接預(yù)調(diào)平衡箱。二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測作業(yè)作業(yè)返回首頁返回首頁1、結(jié)構(gòu)試驗中進行應(yīng)力量測有何重要意義？2、用應(yīng)變計量測應(yīng)變時應(yīng)如何選擇應(yīng)變計的標(biāo)距？3、用應(yīng)變片量測應(yīng)變的

25、原理是什么？4、電阻應(yīng)變儀的測量電路的作用是什么？測量電 橋的特性是什么？其接橋方法有哪幾種？作作 業(yè)業(yè)返回首頁返回首頁受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力分布返回返回返回返回接觸式引伸儀(手持式應(yīng)變儀)返回返回電阻應(yīng)變片返回返回振弦式應(yīng)變計及讀數(shù)器返回返回光纖光柵式應(yīng)變計及光纖傳感分析儀返回返回電阻應(yīng)變片的構(gòu)造電阻應(yīng)變片的構(gòu)造返回返回返回返回CM-1B靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀YJ-5靜態(tài)電阻應(yīng)變儀7V13數(shù)據(jù)采集儀返回返回返回返回CM-1B靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀接線柱YJ-5靜態(tài)電阻應(yīng)變儀接線柱返回返回CM-1B靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀讀數(shù)窗YJ-5靜態(tài)電阻應(yīng)變儀指示器返回返回CM-1B靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀半橋測量半橋測量)(421KUUBD

26、CM-1B靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀全橋測量全橋測量)(44321KUUBD返回返回不同接橋方法及應(yīng)變儀讀數(shù)不同接橋方法及應(yīng)變儀讀數(shù)讀數(shù)讀數(shù)=讀數(shù)讀數(shù)=2讀數(shù)讀數(shù)=4讀數(shù)讀數(shù)=2半半橋橋全全橋橋返回返回二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測四、電阻應(yīng)變片的使用四、電阻應(yīng)變片的使用 電阻應(yīng)變片作為一種電測工具，具有很多優(yōu)點，但只有按要求正確使用，既必須根據(jù)試件材料、受力情況和量測環(huán)境正確選用和粘貼，才能發(fā)揮其優(yōu)點。1、電阻應(yīng)變片的選用：、電阻應(yīng)變片的選用：合理選擇應(yīng)變片的標(biāo)距（根據(jù)試件材料和應(yīng)力變化梯度）和應(yīng)變片的（根據(jù)工作條件）：檢查應(yīng)變片的外觀和電阻值（工作片和溫度補償片的阻值差 0.5%R；另外同一

27、試驗所用應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K最好相等）。二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測2、粘結(jié)劑的選用、粘結(jié)劑的選用對粘結(jié)劑的要求：、應(yīng)有足夠的抗剪強度1014N/mm2,、絕緣性能好、變形能力大，蠕變小、盡可能和應(yīng)變片的粘結(jié)劑一致、粘貼固化工藝應(yīng)簡單方便（常用粘結(jié)劑性能指標(biāo)見P162附表一）二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測3、貼片：、貼片： 貼片質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到能否取得正確可靠的數(shù)據(jù)，而貼片質(zhì)量的好壞不僅與粘結(jié)劑有關(guān)（約占40%），更主要的是與貼片工藝有關(guān)（約占60%）。貼片工藝主要包括貼片工藝主要包括：、試件表面處理：粘貼面應(yīng)平整、光潔、無污，并應(yīng)有一定的粗 糙度，對砼試件應(yīng)避開石子

28、。、在試件表面應(yīng)畫出測點中心線、涂膠貼片：在試件表面及應(yīng)變片背面各涂一薄層粘結(jié)劑后，粘 貼應(yīng)變片，以保證粘結(jié)劑飽滿。應(yīng)變片貼好后，必須經(jīng)足夠的 固化后才能受力。粘結(jié)劑層越薄越好，不允許粘結(jié)劑層有氣泡；、檢查貼片質(zhì)量：包括電阻值、絕緣電阻、貼片位置等。一般要 求絕緣電阻200M、焊接導(dǎo)線和作防潮（水）處理：應(yīng)保證應(yīng)變片引出線和導(dǎo)線焊接牢固，對處于潮濕環(huán)境中的應(yīng)變片，應(yīng)用防潮劑做好防潮處理。二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測4、應(yīng)變測點的布置： 測點布置要以對試驗結(jié)構(gòu)的理論分析為指導(dǎo)，一般布置在最不利截面的應(yīng)力最大處。如最大彎矩截面的上下表面；剪力最大截面的中間高度處（對砼梁，應(yīng)在跨中截面的

29、拉筋及壓區(qū)砼上布置測點）。 對雙向受力的板殼結(jié)構(gòu)，其主應(yīng)力方向一般未知，每個測點應(yīng)選用三個以上應(yīng)變片組成的 。 應(yīng)變花中各應(yīng)變片間的夾角已準(zhǔn)確固定，測得各應(yīng)變片的應(yīng)變值后，用相應(yīng)的公式計算出測點的測得各應(yīng)變片的應(yīng)變值后，用相應(yīng)的公式計算出測點的主應(yīng)力、剪應(yīng)力及主應(yīng)力的方向主應(yīng)力、剪應(yīng)力及主應(yīng)力的方向。22max11CBEAE22min11CBEAE22max1CBEBCtgp121式中A、B、C是與應(yīng)變片夾角有關(guān)的系數(shù)。見P49表3-4E材料的彈性模量材料的波桑系數(shù)二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測二、應(yīng)力（應(yīng)變）量測 當(dāng)結(jié)構(gòu)處于彈性階段，測定其截面內(nèi)力時，應(yīng)安裝與未知內(nèi)力數(shù)量相等的應(yīng)變計，但為了消除由于荷

30、載或材料不均勻性引起的偏心作用，同時也為了較核，既使對于單向受拉（或壓）構(gòu)件，應(yīng)至少布置兩個應(yīng)變計，且一般在同一截面內(nèi)對稱布置。如對軸心拉壓構(gòu)件：NN12EAN221；當(dāng)需測定大體積砼構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力時，需用；返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回三、位移量測（及其它變形的量測）三、位移量測（及其它變形的量測）一、位移量測的重要意義及量測內(nèi)容一、位移量測的重要意義及量測內(nèi)容1、重要意義： 結(jié)構(gòu)的位移代表結(jié)構(gòu)的整體變形，它概括了結(jié)構(gòu)總的工作性能。通過位移測定，不僅可以了解結(jié)構(gòu)的剛度及其變化情況，還可區(qū)分結(jié)構(gòu)的彈性和非彈性性質(zhì)。結(jié)構(gòu)任何部位的異常變形或局部損壞都會在位移上得到反應(yīng)。

31、確定測試項目時，首先應(yīng)考慮位移（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整確定測試項目時，首先應(yīng)考慮位移（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體變形）的量測。體變形）的量測。三、位移量測（及其它變形的量測）三、位移量測（及其它變形的量測）2、量測內(nèi)容：位移量測的主要內(nèi)容為：1）、某一特征點的荷載位移曲線f fP P2）、各特征荷載值下構(gòu)件縱軸線的撓度曲線三、位移量測（及其它變形的量測）三、位移量測（及其它變形的量測）二、常用位移計及測點布置二、常用位移計及測點布置1、位移計、位移計 常用的位移計有、線性差動電感式位移計等。遠距離大位移量測也可采用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀等。選用位移計時主要應(yīng)考慮其量程和精度。選用位移計時主要應(yīng)考慮其量程和精度。三、位移

32、量測（及其它變形的量測）三、位移量測（及其它變形的量測）2、測點布置測點布置量測結(jié)構(gòu)的位移時，應(yīng)特別注意支座沉降的影響。、量測結(jié)構(gòu)的位移時，必須在支座處布置位移計、對寬度500mm的梁或單向扳，應(yīng)布置兩列位移計、量測構(gòu)件的撓度曲線時，沿構(gòu)件長度方向至少應(yīng)布置5個測點；對板殼結(jié)構(gòu)和雙向板應(yīng)沿兩個方向布置撓度測點。、對拱或剛架，還需量測支座的水平位移；對桁架需要量測上弦桿出平面方向的水平位移。三、位移量測（及其它變形的量測）三、位移量測（及其它變形的量測）三、其它變形的量測三、其它變形的量測 結(jié)構(gòu)試驗中，除應(yīng)變和位移外，其它的變形還有：截面轉(zhuǎn)角、曲率、相對滑移等。 可用基本儀表（如百分表、千分表、

33、電阻應(yīng)變片等）和各類轉(zhuǎn)換元件配以不同的附件及夾具制成專用測量儀器（或傳感器）進行量測。如電阻應(yīng)變片式、等。返回返回四、力的測定四、力的測定 荷載及超靜定結(jié)構(gòu)的支座反力是結(jié)構(gòu)試驗中常要測定的外力。 測力一般用測力計或測力傳感器。為保證測力準(zhǔn)確，在使用前應(yīng)對測力計或測力傳感器（在標(biāo)準(zhǔn)試驗機上）進行率定。 測力用儀器有：、鋼索張力計、等。其中最常用的是拉（壓）力傳感器返回返回五、裂縫量測五、裂縫量測一、裂縫量測的意義一、裂縫量測的意義（主要對鋼筋砼結(jié)構(gòu)） 量測鋼筋砼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的裂縫發(fā)生時刻及裂縫的寬度、長度隨荷載的發(fā)展情況，對于確定開裂荷載、研究結(jié)構(gòu)的破壞過程，尤其是研究預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的抗裂及變形性能

34、都有很重要的意義。五、裂縫量測五、裂縫量測二、量測儀器及量測方法二、量測儀器及量測方法 常用來發(fā)現(xiàn)裂縫的方法：在后，借助放大鏡用肉眼查找裂縫的出現(xiàn)；若要精確確定裂縫出現(xiàn)的時刻，可在鋼筋砼構(gòu)件的拉區(qū)連續(xù)搭接粘貼應(yīng)變片，裂縫出現(xiàn)時，跨裂縫的應(yīng)變片讀數(shù)就會出現(xiàn)異常；或在拉區(qū)砼表面涂導(dǎo)電漆膜，形成連續(xù)搭接的條帶，并接入電路，當(dāng)裂縫寬度達15微米時，裂縫處的導(dǎo)電漆膜就會出現(xiàn)火花甚至燒斷。應(yīng)變片或?qū)щ娖崮?yīng)變片或?qū)щ娖崮の濉⒘芽p量測裂縫寬度的量測：裂縫寬度的量測：量測儀器：、等用刻度放大鏡可以精確地量測出裂縫的寬度（精確到0.01mm)1 12 23 34 45 56 6如:對應(yīng)裂縫一邊的讀數(shù)為3.28，

35、 另一邊的讀數(shù)為3.59， 則裂縫寬度為則裂縫寬度為: 3.59-3.28=0.31mm用刻度放大鏡量測裂縫寬度時，應(yīng)使刻度線與裂縫垂直返回返回六、溫度量測六、溫度量測溫度是一個基本的物理量。溫度變化特別是溫度的溫度變化特別是溫度的劇烈變化，會直接影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形；高溫和低溫劇烈變化，會直接影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形；高溫和低溫還會使材料的物理力學(xué)性能發(fā)生變化。還會使材料的物理力學(xué)性能發(fā)生變化。常溫常溫作用下，溫度應(yīng)力可能使混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。正常結(jié)構(gòu)設(shè)計中，較為典型的是澆筑大體積混凝土?xí)r產(chǎn)生的水化熱、熱加工廠房常年的高環(huán)境溫度等對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，這使得溫度成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮的因素

36、之一。高溫高溫（如火災(zāi)）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的影響，也是防災(zāi)減災(zāi)研究的重要方向。六、溫度量測六、溫度量測溫度量測的方法很多，從測試元件與被測材料是否接觸來分，可以分為接觸式測溫接觸式測溫和非接觸式測溫非接觸式測溫兩大類。接觸式測溫是基于熱平衡原理，測溫元件與被測材料接觸，兩者具有相同的溫度，如水銀溫度計和熱電偶溫度計。非接觸式測溫是利用熱輻射原理，測溫元件不與被測材料接觸，如紅外溫度計。主要介紹熱電偶溫度計和熱敏電阻溫度計。六、溫度量測六、溫度量測1、熱電偶溫度計、熱電偶溫度計熱電偶的基本原理，它由兩種不同材料的金屬導(dǎo)體A和B組成一個閉合回路，由于兩種不同金屬所攜帶的電子數(shù)不同，當(dāng)節(jié)點1的溫度T不

37、同于節(jié)點2的溫度T0時（ T T0 ），就會發(fā)生高電位向低電位放電現(xiàn)象，因而在回路中形成電壓或電流，溫度差越大，電壓越大，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也叫塞貝克效應(yīng)。其大小可由電壓（電流）表測量。試驗表明，測得的電壓隨溫度T的升高而升高。由于回路中的電壓與兩節(jié)點的溫度T和T0有關(guān)，故將其稱為熱電勢。由于熱電勢是以兩節(jié)點存在溫差為前提，因而也稱為溫差電溫差電勢勢，這兩種不同導(dǎo)體的組合就稱為熱電偶，A和B稱為熱電極。六、溫度量測六、溫度量測在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行溫度測試時，常用直徑較小的鎧裝熱電偶。實用熱電偶測溫電路一般由熱電極、補償導(dǎo)線（或原件）、熱電勢檢測儀表三部分組成。常用的熱電偶從-50+1600

38、均可連續(xù)測量。為保證測量精度，熱電偶溫度計一般適用于500以上的高溫度量測，在結(jié)構(gòu)防火抗火試驗中，通常使用熱電偶溫度計。對于中、低溫環(huán)境，因為溫度較低時，熱電偶輸出的熱電勢很小，測量精度低。六、溫度量測六、溫度量測2、熱敏電阻溫度計、熱敏電阻溫度計當(dāng)溫度較低時，可采用金屬絲熱電阻或熱敏電阻溫度計。常用的金屬測溫電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻，這種電阻可以將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，因此溫度的測量轉(zhuǎn)化為電阻的測量。類似于應(yīng)變的測量轉(zhuǎn)化為電阻應(yīng)變片的電阻測量，可以采用電阻應(yīng)變儀測量熱電阻的微小電阻變化。熱敏電阻是金屬氧化物粉末燒結(jié)而成的一種半導(dǎo)體，與金屬絲熱電阻相同，其電阻值也隨溫度而變化，一般熱敏電

39、阻的溫度系數(shù)為負值，即溫度上升時電阻值下降。六、溫度量測六、溫度量測2、熱敏電阻溫度計、熱敏電阻溫度計 熱敏電阻的靈敏度很高，可以測量0.0010.0005的微小溫度變化。此外，它還有體積小，動態(tài)響應(yīng)速度快，常溫下穩(wěn)定性較好，價格便宜等優(yōu)點。也可以采用電阻應(yīng)變儀測量熱敏電阻的微小電阻變化。熱敏電阻的主要缺點是電阻值較分散，測溫的重復(fù)性較差，老化快。作業(yè)1 1、結(jié)構(gòu)試驗中量測位移有何重要意義？、結(jié)構(gòu)試驗中量測位移有何重要意義？2 2、位移量測的內(nèi)容有哪些？、位移量測的內(nèi)容有哪些？3 3、量測位移時，測點應(yīng)如何布置？、量測位移時，測點應(yīng)如何布置？返回返回返回返回返回返回返回返回鋼環(huán)式拉力計環(huán)箍式壓

40、力計返回返回返回返回返回返回1 12 23 34 45 56 6返回返回讀數(shù)一：3.28mm讀數(shù)二：3.59mm裂縫寬度=3.59-3.28=0.31mm熱電偶原理返回返回鎧裝熱電偶不同類型的鎧裝熱電偶 返回返回?zé)崦綦娮杓皽y量電路返回返回七、振動參數(shù)的量測一、量測內(nèi)容及量測設(shè)備的組成一、量測內(nèi)容及量測設(shè)備的組成1、量測內(nèi)容：、量測內(nèi)容：振動參量振動參量：振型、自振頻率、位移、速度和加速度基本參數(shù)基本參數(shù)：所需量測的基本參數(shù)有幅值、頻率、相位、阻尼2、量測設(shè)備的組成：、量測設(shè)備的組成：感受部分感受部分(拾振器拾振器)：感受振動參數(shù)的變化并將其轉(zhuǎn)化為電信號后傳給放大部分（放大器）。根據(jù)被測參數(shù)的具

41、體情況。合理選擇恰當(dāng)型式的拾振器是成功進行動力試驗的關(guān)鍵。 放大部分放大部分(放大器放大器)：振動量測中的放大器不僅對信號有放大作用，還可對信號進行積分、微分和濾波，分別量測振動參量中的位移、速度和加速度。 顯示記錄部分顯示記錄部分(顯示器或記錄儀顯示器或記錄儀)：動態(tài)顯示、記錄被測參數(shù)的變化過程。 一般有各種規(guī)格的拾振器和與之配套的放大器和記錄儀器可供選擇。七、振動參數(shù)的量測七、振動參數(shù)的量測二、拾振器的力學(xué)原理二、拾振器的力學(xué)原理 動力試驗中很難找到一個靜止的基準(zhǔn)點作為固定的參考系來安裝儀表，因此需要在拾振器內(nèi)部設(shè)置慣性質(zhì)量彈慣性質(zhì)量彈簧系統(tǒng)簧系統(tǒng)，建立一個相對靜止的基準(zhǔn)點。tsin0X0

42、)(mmmsKxxcxxm )sin(41)(2022202200tXxm 從上式可以看出，m與s的變化規(guī)律是一樣的，頻率都是，只是振幅和相位不同。七、振動參數(shù)的量測拾振器慣性質(zhì)量塊相對與拾振器外殼的振幅Xm為：202220220041)(XXm202220220041)(XXm200112tg七、振動參數(shù)的量測 Xm/X0為拾振器質(zhì)量塊相對于振動體的相對位移與振動體位移之比，亦即拾振器測得的振幅與實際振幅之比。試驗過程中要求Xm/X0和保持常數(shù)。 從拾振器的幅頻特性曲線幅頻特性曲線和相頻特性曲線相頻特性曲線可以看出， Xm/X0和都隨阻尼比而變化，而拾振器的阻尼在試驗過程中會發(fā)生變化，為使X

43、m/X0和在試驗過程中保持常數(shù)，必須限定/0值。從幅頻特性曲線可以看出，當(dāng)/01時， Xm/X0漸趨平穩(wěn)，且等于1， 趨近于，此時， Xm/X0和基本上與無關(guān)。實際試驗中：實際試驗中：對于精度要求較高的位移測定，一般取/010，此時可認為Xm/X0=1， 趨近于；對于一般要求的位移測定，可取/0=510，此時可認為Xm/X0=1， 趨近于，但存在一定的誤差；七、振動參數(shù)的量測一般廠房、民用建筑的第一自振頻率為23HZ左右，高層建筑的自振頻率為12HZ左右。為保持/01，必須使得拾振器的自振頻率0很低，為此須加大拾振器的慣性質(zhì)量m，因此位移拾振器一般較大、較重。故這種拾振器不適用于質(zhì)量較小的振動

44、體的振動測量，必須尋求另外的解決辦法。七、振動參數(shù)的量測20XA 當(dāng)振動體以tsin0X規(guī)律振動時，其加速度)tsin(20 Xa202220220411AXm202220220411AXm由上式可以看出， /01時，20AXm漸趨平穩(wěn)且等于1，說明當(dāng)振動體的振動頻率當(dāng)振動體的振動頻率遠小于拾振器的自振頻率遠小于拾振器的自振頻率0時，時，拾振器測得的振幅與振動體的加速度成正比。拾振器測得的振幅與振動體的加速度成正比。202220220041)(XXm七、振動參數(shù)的量測200112tga上式說明當(dāng)/01時，a漸趨平穩(wěn)且等于從上述分析可知，使用慣性拾振器時，必須特別注意振動體振動頻率與拾振器自振頻率0的關(guān)系。當(dāng)/01時，拾振器能很好地量測振動體的位移，稱為位位移拾振器移拾振器；當(dāng)/01的條件不能滿足時，應(yīng)選擇/01的拾振器，此時拾振器能很好地量測振動體的加速度，稱為