结构试验结构试验测试技术.pptx
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1、SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.试件的外部作用:力、位移、温度、振动(输入数据);试件的反应:应力、应变、位移、裂缝、转角、速度、加速度(输出数据);试验测试技术就是用各种方法,对这些数据进行测量和记录。系统信号输入信号输出数据采集数据采集结构测试过程4.1 概述第1页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.1.1.按功能和使用情况分:按功能和使用情况分:传感器:传感器:放大器放大器:显示、记录器显示、记录器:分析仪器分析仪器:数据采集仪数据采集仪:自动采集记录;:自动采集记录;数据采集系统:数据采集系统:可以实现以上各功能的设
2、备仪表综合系统;可以实现以上各功能的设备仪表综合系统;2.2.按仪器仪表的工作原理分:按仪器仪表的工作原理分:机械式仪器;机械式仪器;电测仪器;电测仪器;光学测量仪器;光学测量仪器;复合式仪器;复合式仪器;伺服式仪器:带有控制功能仪器伺服式仪器:带有控制功能仪器设备仪器的分类 4.1 概述第2页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.3.按按仪器仪表用途分:仪器仪表用途分:测力传感器;测力传感器;位移传感器;位移传感器;应变计;应变计;倾角传感器;倾角传感器;频率计;频率计;测振传感器。测振传感器。4.按功能种类:按功能种类:单件式和集成式;单件式和集成式;5
3、.5.按仪器仪表与结构的关系分:按仪器仪表与结构的关系分:附着式与手持式;附着式与手持式;接触式与非接触式;接触式与非接触式;绝对式与相对式。绝对式与相对式。6.6.按仪器仪表显示与记录的方式分:按仪器仪表显示与记录的方式分:直读式与自动记录式;直读式与自动记录式;模拟式和数字式模拟式和数字式。4.1 概述第3页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.1.刻刻度度值值:仪仪器器的的最最小小分分度度值值,是是指指示示或或显显示示装装置置所所能能指指示示的的最小测量值,即每一最小刻度所表示的测量数值。最小测量值,即每一最小刻度所表示的测量数值。2.量程量程:仪器仪
4、表可以测量的最大范围。:仪器仪表可以测量的最大范围。20%80%3.灵灵敏敏度度:被被测测量量的的单单位位物物理理量量所所引引起起仪仪器器输输出出或或显显示示值值的的大大小,即仪器仪表对被测物理量变化的反应能力或反应速度。小,即仪器仪表对被测物理量变化的反应能力或反应速度。4.精确度精确度:仪表指示值与被测真值的符合程度。:仪表指示值与被测真值的符合程度。精精确确度度高高的的仪仪表表意意味味着着随随机机误误差差和和系系统统误误差差都都很很小小。常常以以最最大大量量程程时时的的相相对对误误差差来来表表示示精精度度,并并以以此此来来确确定定仪仪器器的的精精度度等等级级。例例如如,一一台台精精度度为
5、为0.20.2级的仪表,意思是测定值的误差不超过最大量程的级的仪表,意思是测定值的误差不超过最大量程的0.20.2 。仪器仪表的主要技术性能指标 4.1 概述第4页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.1.1.测测量量仪仪器器不不应应该该影影响响结结构构的的工工作作;要要求求仪仪器器自自重重轻轻、尺尺寸寸小小,尤尤其其是是对对模模型型结结构构试试验验,还还要要考考虑虑仪仪器器的的附附加加质质量量和和仪仪器器对对结结构构的作用力。的作用力。2.2.测量仪器具有合适的灵敏度、量程和精度。测量仪器具有合适的灵敏度、量程和精度。3.3.安装使用方便,稳定性和重复性好
6、。安装使用方便,稳定性和重复性好。4.4.价廉耐用,可重复使用,安全可靠,维修容易。价廉耐用,可重复使用,安全可靠,维修容易。5.5.在在达达到到上上述述要要求求条条件件下下,尽尽量量要要求求多多功功能能,多多用用途途,以以适适应应多多方面的需要。方面的需要。结构试验对仪器设备的使用要求 4.1 概述第5页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.应变测量应变测量应变量测一般是用应变计测出试件在一定长度范围应变量测一般是用应变计测出试件在一定长度范围 (称为标(称为标距)内的长度变化距)内的长度变化 ,再计算出应变值,再计算出应变值 。测出的应变。测出的应变值实
7、际是标距范围内的平均应变。因此,对于应力梯度较大的结值实际是标距范围内的平均应变。因此,对于应力梯度较大的结构或混凝土等非匀质材料,都应注意应变计标距的选择。构或混凝土等非匀质材料,都应注意应变计标距的选择。混凝土结构,应变计的标距应大于混凝土结构,应变计的标距应大于23倍最大骨料粒径;倍最大骨料粒径;砖石结构,应变计的标距应大于砖石结构,应变计的标距应大于4皮砖;皮砖;木结构试验时,一般要求应变计标距不小于木结构试验时,一般要求应变计标距不小于20cm;钢材等匀质材料,应变计标距可取小一些。钢材等匀质材料,应变计标距可取小一些。电阻法 4.2 应变测量第6页/共67页SCHOOL OF CI
8、VIL ENGNIEERING.LUT.(3)频率响应好。可测量静态到数十万赫的动态应变。)频率响应好。可测量静态到数十万赫的动态应变。(4)应变片尺寸小,重量轻。(5)测量过程中输出电信号,可制成各种传感器。)测量过程中输出电信号,可制成各种传感器。(6)可在各种复杂环境下测量。(1)测量灵敏度和精度高。其最小应变读数为 (微应变,)在常温测量时精度可达 。(2)测量范围广。可测 。电阻法 4.2 应变测量第7页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.电电阻阻应应变变片片的的工工作作原原理理是是利利用用金金属属导导体体的的“应应变变电电阻阻效效应应”,即即金
9、金属属丝丝的的电电阻阻值值随随其其机机械械变变形形而而变变化化的物理特性(图的物理特性(图4-1)。)。根据欧姆定律:根据欧姆定律:当当金金属属丝丝受受力力而而变变形形时时,其其长长度度、截截面面面面积积和和电电阻阻率率都都将将发发生生变变化,微分得到:化,微分得到:4.2 应变测量1.电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理第8页/共67页Ks:表示单位应变引起的相对电阻变化,称金属丝灵表示单位应变引起的相对电阻变化,称金属丝灵敏系数。敏系数。越大,单位应变引起的电阻变化也越大。越大,单位应变引起的电阻变化也越大。常数线性4.2 应变测量第9页/共67页4.2 应变测量第10页/共67页SC
10、HOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.问题转化为测量金属丝的电阻的变化测量结构构件的内力各截面应力分布各截面应变分布本本构构关关系系根据假定由表及里可以测量的表面纤维的变形测点位置应变片与纤维协同变形4.2 应变测量第11页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.由于电阻片的敏感栅并不是一根直丝,再有受到弯头横向变形、胶层、基底等传递变形的影响,所以应变片灵敏度系数K,一般在标准应变梁上由抽样标定测出,标定梁为纯弯梁或等强度钢梁。此式用于应变片粘贴后的情形4.2 应变测量第12页/共67页2.电阻应变片的构造电阻应变片的构造电阻栅 引出线
11、 栅长 栅宽 主要技术指标主要技术指标 1.1.电阻值(电阻值():):120120、3503502.2.规格:规格:影响测试性能影响测试性能。3.3.灵敏系数灵敏系数K K:应变片的灵敏系数与应变仪的灵敏系应变片的灵敏系数与应变仪的灵敏系数设置相协调。数设置相协调。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.4.2 应变测量第13页/共67页3.3.电阻应变片的种类电阻应变片的种类1.1.按敏感栅的种类划分按敏感栅的种类划分 :有箔式、丝绕式、半导体等;:有箔式、丝绕式、半导体等;2.2.按基底材料划分:有纸基、胶基等;按基底材料划分:有纸基、胶基等;3.3.按使用极限温
12、度划分按使用极限温度划分:有低温、常温、高温等有低温、常温、高温等;4.4.按敏感栅形状分:单轴与多轴。按敏感栅形状分:单轴与多轴。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.4.2 应变测量第14页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.4.2 应变测量第15页/共67页丝栅式应变片丝栅式应变片标距:标距:0.2mm 200mm短接式应变片短接式应变片箔式应变片箔式应变片的金属箔片的金属箔片光刻腐蚀工艺光刻腐蚀工艺4.2 应变测量第16页/共67页4.4.电阻应变片的粘贴方法电阻应变片的粘贴方法1.检查和分选应变片;2.粘贴表面测点准备;
13、3.贴片;4.固化;5.粘贴质量检查;7.防潮处理。6.导线连接。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.4.2 应变测量第17页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.4.2 应变测量第18页/共67页4.2 应变测量SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.第19页/共67页4.2 应变测量SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.第20页/共67页5.5.电阻应变仪工作原理电阻应变仪工作原理电阻应变片一同与被测结构变形时,采用一定的仪器电阻应变片一同与被测结构变形时,采用一定的仪器将电阻
14、变化信号捕捉、转化为将电阻变化信号捕捉、转化为电压或电流的变化信号电压或电流的变化信号,并放大输出,推算结构的应变,其中能将电阻变化信并放大输出,推算结构的应变,其中能将电阻变化信号转为电压或电流变化信号的仪器称为号转为电压或电流变化信号的仪器称为电阻电阻应变仪应变仪。应变片应变仪电阻变化转化为易测的电压变化机械变形转化为电阻变化SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.4.2 应变测量第21页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.电阻电阻应变仪采用的测量电路是应变仪采用的测量电路是惠斯登电桥(以下惠斯登电桥(以下简称桥路)简称桥路),
15、能够把电阻变化信号转换为电压或电流能够把电阻变化信号转换为电压或电流的变化信号,并使信号得以放大;桥路还可以解决测的变化信号,并使信号得以放大;桥路还可以解决测量值的温度补偿问题。所以,桥路是试验工作中比较量值的温度补偿问题。所以,桥路是试验工作中比较理想的测试形式。理想的测试形式。基尔霍夫定律:基尔霍夫定律:4.2 应变测量第22页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.假定,桥路四臂所接的电阻应变片的电阻阻值全部发生变化假定,桥路四臂所接的电阻应变片的电阻阻值全部发生变化,其其值分别为值分别为 ,则桥路输出电压增量为:,则桥路输出电压增量为:微分并略去高阶
16、小量如选择为同规格应变片,阻值相同,灵敏度系数相同,则有输出电压变化与与四输出电压变化与与四个桥臂应变(阻值变个桥臂应变(阻值变化率)的代数和成线化率)的代数和成线性关系。性关系。4.2 应变测量第23页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.采用如下表示电阻应变片的桥路的度数值,则:桥桥路路特特点点:邻邻臂臂电电阻阻阻阻值值变变化化的的符符号号相相反反,成成相相减减输输出出;对对臂臂符符号号相相同同,成成相相加加输输出出。所所以以桥桥路路中中电电阻阻阻阻值值变变化化的的组组合合不不同同,其其构构成成桥桥路路读读数数值值的特点就不同,可构成不同类别的桥路。的特
17、点就不同,可构成不同类别的桥路。4.2 应变测量第24页/共67页4.2 应变测量SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.第25页/共67页SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT.6.6.桥路组成类别桥路组成类别a.等等臂臂桥桥路路:指指四四个个桥桥臂臂电电阻阻值值相相等等的的电电桥桥桥桥路路。电电桥桥平平衡衡,输输出出电电压压为为零零。不能测应变,可以测电阻阻值不能测应变,可以测电阻阻值b.四四分分之之一一桥桥路路:桥桥臂臂中中,当当且且仅仅当当有有一一肢肢桥桥臂臂的的电电阻阻是是外外接接的的电电阻阻应应变变片片,其其阻阻值值发发生生相相应应变
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