应变测点的选择与布置

1.混凝土应变测点的选择与布置

7.1 实验目的

1.掌握混凝土应变测点的布置原则

2.掌握混凝土电阻应变片的选用原则和方法

3.掌握混凝土电阻应变片的粘贴技术和防护方法

4.掌握百分表装置测量混凝土应变的原理与技术

5.掌握电阻应变片的工作原理及温度补偿技术

6.了解电阻应变仪单点测量应变的基本原理

7.2 实验原理

㈠电阻应变计的工作原理

——利用“应变电阻效应”，即金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。 由物理学 A l R ⋅=ρ 式中 R ——金属丝的原始电阻值()Ω； ρ——金属丝的电阻率()m mm /2⋅Ω；

l ——金属丝的长度（m ）；

A ——金属丝的截面积()2mm 。

当金属丝受力而变形（伸长或缩短）时，对上式两边取对数再微分

()()()[]εευυευυρρυευερρ⋅=⋅-++=-=-==-=-===-+=K c R dR c l

dl c V dV c d l

dl D dD A dA l

dl A

dA l dl d R dR 21212121222所以

而 式中 K ——金属丝的灵敏系数，表示单位应变引起的相对电阻变化。

㈡电阻应变计的构造

1.构造：①引出线

②覆盖层

③电阻栅

④基底

图3 金属丝的电阻应变原理

图4 电阻应变计构造

2.主要指标：

①电阻值()ΩR ：一般按Ω120计，选用时，应考虑与应变仪配合。

②标距l ：即敏感栅的有效长度，应根据试件测点处应变梯度的大小选择。

③灵敏系数K ：单位应变引起应变计的电阻变化。

㈢电阻应变计测量应变（应力）

1.测量电路——将应变片的电阻变化转换为电压或电流的变化

惠斯登电桥示意见图5

由电桥特性知，其平衡条件()0=∆BD U 为：

3241R R R R ⋅=⋅

若桥臂电阻发生变化，即失去平衡，产生信号输出BD U ∆

A.全桥测量——四个桥臂均外接应变片

假定四臂发生的电阻变化分别为4321,,,R R R R ∆∆∆∆，则

图5 惠斯登电桥

图6 电阻应变仪

()U R R R R R R R R R R R R U BD ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆-∆-∆+⋅=∆4433221

122121 若四个应变计规格相同，即K K K K K R R R R R ========43214321,，则

()43214433221

144εεεε+--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆-∆-∆=∆K U R R R R R R R R U

U BD

B.半桥量测——21,R R 为外接应变片，43,R R 为应变仪内无感电阻，即043==εε，则 ()214

εε-=∆U U BD 可见，电桥的邻臂电阻变化的符号相反，成相减输出；对臂符号相同，成相加输出。

2.温度补偿技术

A.温度补偿应变片法：单点补偿（图7）；多点补偿（图8）

图7 温度补偿应变计法桥路连接示意（单点补偿） 图8 温度补偿应变计法桥路连接示意（多点补偿）

B.工作应变片温度互补偿法（图9）

图9 工作应变计温度互补示意

㈣百分表法测量应变的原理（图10）

利用固定在测点上的两个脚标分别固定百分表和刚性杆，结构变形即由百分表测出。该方法特别适合大标距的量测。

1——百分表；2——脚标；3——固定螺丝；4——刚性杆

图10 百分表法测量应变的装置

7.3 实验内容及要求

㈠电阻应变片的检查分选

1.合理选择应变片的标距、类型

2.应变片检查分选

⑴外观检查。借助放大镜肉眼检查，应变片应无气泡、霉斑、锈点，栅极应平直、整齐、均匀。

⑵阻值检查。用万用电表检查，应无短路或断路。在应变片灵敏系数K相同的一批应变片中，将电阻差值变化在±0.5Ω范围内的应变片选出待用。

㈡测点处理

1.测点检查。检查测点处的表面状况，测点应平整、无缺陷、无裂缝等。

2.打磨。用砂布或磨光机打磨，使表面平整、无锈、无浮浆等，并不使断面减小。

3.清洗。用棉花蘸丙酮或酒精等清洗，要求棉花干檫时无污染。

4.打底。用环氧树脂打底，胶层厚度0.05～0.1mm左右。

5.测线定位。用铅笔在测点上画出纵横中心线，纵线应与应变方向一致。

㈢应变片粘贴

1.上胶贴片。用镊子夹应变片引出线，在背面上一层薄胶，测点也涂上薄胶，将片对准放上，测点上十字中心线应与应变片上的标志对准。

2.挤压。在应变片上盖一小片玻璃纸，用手指沿一个方向滚压，挤出多余胶水。胶层应尽量薄，并注意应变片的位置不滑动。

3.加压。用手指轻压1～2min。

㈣固化处理。在室温条件下，自然干燥1～2d。

㈤粘贴质量检查

1.外观检查。借助放大镜肉眼检查，应变片应无气泡、粘贴牢固、方位准确。

2.阻值检查。用万用表的电阻挡检查应变片有无短路、断路现象，如不能排除故障，则重贴。

㈥制作防潮层。为使应变片能在潮温环境或混凝土中具有足够的绝缘度，在应变片贴好后，必须制作防潮层。

2. 型钢电阻应变片布置

1.应变片检查分选。借助放大镜做应变片外观检查，要求应变片无气泡、霉斑、锈点、栅极平直。用万用表做应变片阻值检查。

2.测点处理。测点处用棉花蘸丙酮清洗，要求棉花干擦时无污物。

3.应变片粘贴。用镊子夹应变片引出线，分别在应变片背面及测点处上一层薄胶（可选用502胶），将应变片沿测试方向对准贴在测点处。在应变片上盖一小片玻璃纸，用手指沿一个方向滚动，挤出多余胶水，并轻压1～2分钟。

4.固化处理。当室温高于15℃和相对湿度低于60%时可采用自然干燥，干燥时间一般为24～48h。室温低于15℃和相对湿度高于60%时应采用人工干燥。

5.导线连接。先在离应变片3～5mm处粘贴接线端子，然后将引出线焊于接线端子上，最后把测量导线的一端与接线端子焊接。

6.应变片的粘贴质量检查。用兆欧表量测应变片的绝缘电阻；观察应变片的零点漂移，若漂移值小于5με（4min之内）认为合格，若漂移值过大，工作的稳定性差，则应铲除重贴。