第三章 结构试验测试技术与量测仪表概要
土木工程结构试验3章
第3章量测仪器与采集系统Chapter 3 Instrumentation and Date AcquisitionSystem 目录Contents3.1 概述（introduction） (23)3.1.1 量测仪器的组成（components of instrumentation） (23)3.1.2 量测仪器的工作原理（theory of instrumentation） (23)3.1.3 量测仪器的主要性能指标（instrumentation indices） (23)1．量程（range） (23)2．刻度值（scale interval） (23)3．分辨率（resolution） (23)4．灵敏度（sensitivity） (23)5．精确度/精度（accuracy） (23)6．滞后（lag） (24)7．线性范围（linear range） (24)8．频响特性（frequency response characteristics） (24)9．相移特性（phase shift characteristics） (24)3.1.4 量测仪器的选用原则（selection of instruments） (24)3.1.5 仪器的率定（equipment calibration） (25)3.2 应变量测（strain measurement） (25)3.2.1 机测引伸仪（mechanical strain gauge） (25)1．手持式应变仪（hand-held strain gauge） (25)2．千分表测应变装置（micro dial gauge） (25)3.2.2 电阻应变计（resistance strain gauge） (26)3.2.3 电阻应变仪（electrical resistance strain instrument） (28)1．电阻应变仪的组成（components of electrical resistance strain gauge） (28)2．电阻应变仪的原理（principle of electrical resistance strain gauges） (28)3．测量电路（measurement circuit） (28)4．多点测量线路（multipoint measurement circuit） (29)5．温度补偿（temperature compensation） (29)3.3 位移量测（displacement measurement） (31)3.3.1 线位移传感器（linear displacement sensor） (31)1．机械式百分表和千分表（mechanical dial gauges） (31)2．张拉式位移传感器（stretching displacement sensor） (31)3．电阻应变式位移传感器（electrical resistance displacement sensor） (32)4．滑动电阻式位移传感器（sliding electrical resistance displacement sensor） (32)5．线性差动电感式位移传感器（linear variable differential transformer, LVDT）.. 323.3.2 角位移传感器（angular displacement sensor） (32)1．水准式倾角仪（inclinometer） (32)2．电子倾角仪（electric inclinometer） (33)3.3.3 光纤位移传感器（fiber optic displacement sensor） (33)1．光纤的结构和传输原理（structure and principle of optical fiber） (33)2．光纤的性能的几个重要参数（optical fiber indices） (34)3．光纤传感器类型（types of fiber optic sensor） (35)4．反射式光纤位移传感器（reflection fiber-optic displacement sensor） (35)3.4 力值量测（force measurement） (36)3.4.1 机械式力传感器（mechanical force sensor） (37)3.4.2 电阻应变式力传感器（electrical resistance strain sensor） (37)3.4.3 振动弦式力传感器（vibrating wire sensor） (38)3.5 裂缝量测（crack detection） (38)3.5.1 量测裂缝的方法(crack detection methods) (38)1．肉眼观察（visual inspection） (38)2．贴应变片（surface bond strain gauge） (38)3．涂导电漆膜（conductive coating） (39)4．超声波检测（ultrasonic inspection） (39)3.5.2 裂缝宽度量测仪器（instrumentation for measuring crack width） (39)1．读数显微镜（microscope） (39)2．裂缝读数卡（crack reading chart） (39)3.6 温度量测(temperature measurements ) (39)3.6.1 热电偶温度计(thermocouple) (40)3.6.2 热敏电阻温度计(thermistor) (40)3.6.3 光纤温度传感器(fiber optic temperature sensor) (40)3.7 振动参数的量测（dynamic characteristics measurements） (41)3.7.1 拾振器的基本原理（theory of vibration sensor） (41)3.7.2 测振仪器（vibration measurement） (45)1．磁电式速度传感器（magneto electrical speed sensor） (45)2．压电式加速度传感器（piezoelectric acceleration sensor） (46)3．放大器和记录仪器（amplifier and recording apparatus） (47)3.8 数据采集系统（data acquisition system） (48)3.8.1 数据采集系统的组成（components of data acquisition system） (48)3.8.2 数据采集系统的分类（classification of data acquisition system） (48)1．大型专用系统（large-scale data acquisition system） (48)2．分散式系统（distributed acquisition system） (48)3．小型专用系统（small acquisition system） (48)4．组成式系统（combo acquisition system） (48)3.8.3 数据采集的过程（data acquisition process） (49)本章小结（summary） (49)思考题（problems） (49)量测仪器从最简单的逐个读数、手工记录数据的仪表，到计算机快速、连续自动采集数据并进行数据处理的复杂系统，种类繁多，原理各异。
3-1结构试验量测技术
土木工程结构试验兰州交通大学2010年11月第三章结构试验量测技术3.1概述试验数据量测与采集方法1、人工测量、人工记录（直尺）2、仪器测量、人工记录（应变仪+位移计）3、仪器测量、仪器记录（力传感器）4、自动化数据采集系统进行测量、记录、处理量测仪器的分类－按功能分类Ø传感器：将感受的各物理量（力、位移、应变等）转变成电信号Ø放大器：将传感器传来的信号进行放大，使之可以被显示和记录Ø显示器：将信号用可见的形式显示出来Ø记录器：将数据记录以利长期保存Ø分析仪器：对采集的数据进行分析处理量测仪器的分类－按工作原理Ø机械式仪器：纯机械移（传）动、放大和指示Ø电测仪器：利用机电转换，将机械量转换为电量Ø光学测量仪器：利用光学原理转换、放大和显示Ø复合式仪器：以两种或几种原理的组合Ø伺服式仪器：测量和控制功能的组合量测仪器的分类－按用途分Ø应变计：用来测量应变Ø位移传感器：用来测量位移Ø测力传感器：用来测量荷载Ø倾角传感器：用来测量转角Ø频率计：测量结构振动的频率Ø裂缝传感器：测量混凝土的裂缝Ø测振传感器：测量结构振动的位移、速度和加速度量测仪器的分类－按仪器与结构的关系分Ø附着式与手持式Ø接触式与非接触式Ø绝对式与相对式量测仪器的分类－按仪器显示与记录方式Ø直读式与自动记录式Ø模拟式与数字式量测仪表的性能指标量程：仪表所能量测的最小至最大的量值范围。
最小分度值：仪器的指示或显示装置所能指出的最小测量值。
（刻度值）精确度：仪表的指示值与被测值的符合程度，常用满程相对误差表示。
灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化值。
滞后：在恒定的环境条件下，仪器在整个量测范围内，从起始值到最大值来回输出中的最大偏差值或该值与量程的百分比。
3-2结构试验量测技术
土木工程结构试验兰州交通大学2011年11月第三章结构试验量测技术（2）3.3位移与变形量测•3.3.1 结构线性位移量测百分表2. 应变梁式位移传感器•采用弹性好、强度高的铍青铜制成的悬臂弹簧片。
•簧片固定端粘帖应变片，组成全桥或半桥测量电路。
•簧片与拉簧、拉簧与测杆、测杆与指针。
位移计一般情况的位移计安装3.划线电阻式位移传感器4.差动变压器式位移传感器5. 位移量测的其它方法•水准仪、全站仪、光电挠度仪、激光测距仪、拉线式位移计等测量仪器。
•水准仪适用于位移量较大，要求精度不高的测量，而全站仪的精度更高一些。
•采用0.1mm的光学副尺、1mm的米格纸等•测量仪器的类型选择应根据试验目的和仪器性能。
•同时要考虑仪器精度与被测结构位移的大小相适应。
位移量测仪器的标定•位移量测仪器除机械式百分表和千分表可以由表盘刻度直接读出位移值外，其它位移计一般是接入应变仪，测出应变仪读数，此读数既不是位移，也不是应变。
•因此，在试验前给位移计一已知的标准位移，同时在应变仪上得到对应的读数，从而求得位移和应变仪读数的对应关系，此过程称为标定。
受压钢管柱试验桥梁现场挠度测试3.3.2结构转动变形量测•1.转角测定•杠杆式测角器千分表测扭转角水准管式倾角仪电子倾角仪电阻应变式（阻尼）倾角仪电液（阻尼）倾角仪电阻应变式倾角仪•2. 曲率测定•3. 剪切变形测定•4. 扭角测量3.4力的量测2. 拉力和压力测定几种常用的荷载量测传感器3.结构内部应力测定•埋入式测力装置—埋入式应力栓•埋入式差动电阻应变计•振动丝式应变计及温度测量读数显微镜裂缝标尺（读数显微镜）3.5.1 裂缝检测裂缝塞尺裂缝测量仪器裂缝宽度测试（数字显示）其它裂纹测试方法•裂纹扩展片•脆漆涂层•声发射技术（非金属超声波）•光弹贴片3.5.2 应变场测量1.应变场内任意点的应变—牛顿插值定理2. 应变场的应变分布测定—测量高应变梯度区域的应变分布规律3.5.3 内部温度测量•温度计•热电偶•热敏电阻实验一结构挠度（位移）、倾角的测定—钢桁架测试钢桁架挠度（位移）测试•2、加载设备：•液压千斤顶1台;•荷重传感器1个;•电阻应变仪1台;•反力架1套。
第3章 试验量测技术与量测仪表
3.8 力的测定
3.8.1
力传感器和压力传感器
机械式传感器：
3.8 力的测定
磁电式速度传感器
压电式加速度传感器
3.9 振动掺量的量测
3.9.1
测振传感器
基本原理：测量结构振动参数（位移、速度、
加速度等）的仪器 ♦ 利用相对运动原理手持式测振仪； ♦ 利用惯性原理惯性式测振传感器。 压电式加速度传感器
电阻应变计 电阻应变计的粘贴方法：
3.4.2
检查与分选应变计:用放大镜对应变计进行外观检查， 若敏感栅有霉斑、锈点、断丝、变形及片内有气泡 者剔除；用万能表及电桥测阻值并选配。 试件表面处理:用细纱纸交叉打磨试件，使表面粗糙 度Ra为1.6以下，用4H的铅笔画线，用无水酒精或 四氯化碳、丙酮擦至无垢为止。
3.4 应力应变量测
电阻应变计 电阻应变仪的分类: ♦ 按电阻栅的种类分：丝绕式、短接式、箔 式、半导体式、焊接式； ♦ 按电阻栅的形状分：单向应变片、应变花 （双向、三向）； ♦ 按基底材料分：纸基、胶基； ♦ 按使用极限温度分：低温、常温、高温。
3.4.2
3.4 应力应变量测
3.2 量测仪表的基本概念
测量仪器设备的主要技术性能指标：
♦ 刻度值（最小分度值）：指示或显示装置所能指示的最小 量测值。 ♦ 量 程：仪器可以测量的最大范围。 ♦ 灵敏度：仪器对被测物理量变化的反应能力。 ♦ 分辨率：测量被测物理量最小变化值的能力。 ♦ 线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度。 ♦ 稳定性：规定时间内保持示值与特性参数不变的能力。 ♦ 重复性：重复测试同一数值时保持示值一致的能力。 ♦ 频率响应：动测仪器输出信号随输入信号变化的特性。
现代结构试验方法
感应电动势可表达为： E
BLnv
土木工程概论
磁电式传感器的主要技术指标有：
（1）固有频率：传感器质量弹簧系统本身的固有频率，是传 感器的一个重要参数。
（2）灵敏度：传感器的拾振方向感受到一个单位振动速度时， 传感器的输出电压。 （3）频率响应：灵敏度随所测频率不同有所变化，这个变化 的规律就是传感器的频率响应。对于阻尼值固定的传感器，频 率响应曲线只有一条。如传感器阻尼可选择和调整，则阻尼不 同，传感器频率响应曲线也不同。 （4）阻尼系数：磁电式测振传感器质量弹簧系统的阻尼比， 通常磁电式测振传感器的阻尼比设计为0.5～0.7。
双电桥电路：输出灵敏度高，现代应变仪 一般采用。 3、温度补偿技术 应变片电阻值随温度变化原因：
1）电阻值随电阻丝温度变化而变化；
2）试件温度变化导致应变片产生温 度变化，引起一附加电阻变化。 桥路输出电压：
土木工程概论
温度补偿方法:
1）温度补偿应变计补偿法；
2）工作应变计温度互补偿法；
3）温度自补偿法
量程为30～150mm，读数分辨率 可达0.01mm。 位移传感器位移：
土木工程概论
3、滑线电阻式位移传感器 组成：测杆、滑线电阻和触头 原理：运用半桥接线，由相邻 两臂电阻增量相减的特性的输出电 压。 量程为10～100mm以上。
土木工程概论
4、差动变压器式位移传感器
量程可达 500mm。
土木工程概论
4）应变片的粘贴应牢固，方位准确，不含气泡；
5）粘贴前后阻值不改变； 6）粘贴干燥后，敏感栅对地绝缘电阻一般不低于500MΩ； 7）应变线性好、滞后、零飘、蠕变等要小，保证应变能正确传 递。
土木工程概论
（2）粘贴方法及步骤
建筑结构试验第三章讲解
电阻应变片的工作原理：
利用电阻丝的应变效应，所谓电阻丝的应变 效应指的是电阻丝的电阻值随其本身变形（伸长 或缩短）而改变的一种物理性质。
R? ? L
A(4 ? 2)源自§3.3.2 电测法—— 电阻应变片
通过数学分析，对 R求微分得：
?R/R ? ?L/L? ?A/ A? ?? /?
§3-1 概述
9. 测量仪器的技术指标：1）刻度值；2）量 程；3）灵敏度；4）分辨率
5）线性度；6）稳定性；7）重复性；8）频率响应 10.结构试验对测量仪器的要求
1）仪器自重要轻，不应该影响结构的工作； 2）具有合适的灵敏度和量程； 3）安装使用方便，稳定性和重复性好，有较好的抗干扰能力； 4）价廉耐用，可重复使用； 5）多功能，多用途。
§3-3 应变测量仪器
应变测试的仪器和方法： ——电阻应变仪 ——手持应变仪 ——位移计方法（附着式应变仪） ——光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）
§3.3.2 电测法— 电阻应变测试技术
电测法 ：利用电的某些特性如电阻、电流、电压、频 率等的变化与结构应变之间的转换关系来测定结构的 应变。
电阻应变测试技术的基本原理 ——通过粘贴在结构表 面上的传感元件（电阻应变片）把所测的结构应变转 换为电阻的变化，再通过桥路、仪器把电阻的变化转 换为电压的变化并加以放大，由显示器显示出应变值。
§3-3 应变测量仪器
? ? ?L
L
式中： ? ——应变 ? L ——测区长度的变化量 L ——测区的原始长度，称之为标距
§3-3 应变测量仪器
如在机测中，将 ? L放大后测量；
在光测中，将 ? L 变化转换光波长的变化；
在电阻应变测试技术中，将 ? L 转换为传感元 件的电阻并进一步转换为电压的变化等等。
结构试验1节-量测仪器
§2-2.应变量测仪器 结构构件
荷载
应力
应变 l
承载能力
σ＝ E · ε 或 σ～ ε
Δl
应变的定义： ε ＝ Δ l / l
★ 应变测量通常是在标距 l 内，测量长度变化的平均值 Δ l （局部变形），由 ε ＝ Δ l / l 求得。 故 ε 为标距 l 范围内的平均应变。 所以应变测量，实质上就是如何测量Δ l。 ★ 钢筋和混凝土的应变宜采用电阻应变计、振弦式应变计、 光纤光栅应变计、引伸仪等进行测量
（5）应变片的优点 1）灵敏度及准确度高，测量范围大 可精确测量±1με，最大±30000 μ ε 2）体积小，重量轻 可安装在形状复杂，空间很小的区段内，并且不影响被测结
构的静力和动力性能。
3）对环境适应性强 可在高温（800C1000C）、高压（1×104大气压以上）、
高速旋转及水中??????????测量。
（6）
（7）
K0 的物理意义：单位应变所引起的相对电阻变化率。 实用公式： R / R
K
K—电阻应变片的灵敏系数。由试验测得，通常K≈2.0。
结论：在一定范围内，电阻应变片的电阻变化率与应变成比。 这是电阻应变片测量应变的理论基础。
通过(电阻栅)??????????将被测试件的应变转化为电阻的变化， 从而实现 了非电量 电量。 （2）应变片的构造
五、量测仪表的选用原则 选用时应避繁就简，根据试验的具体要求，综合考虑，防止盲 目性和片面性。 1、满足试验的具体要求。量程、精度和灵敏度等 量程S——最大被测量的1.25～2倍
精度——一般最大误差≤±5％ （按规范要求）
2、不影响结构的工作性能和受力情况 体积小，重量轻 3、仪器种类、规格尽量少，以便统一数据精度，简化数据的整理 工作，避免误差。 4、仪器应稳定、可靠，使用方便，经济耐用。 另外，仪器应定期标定。重要试验前，仪器最好采用精度等级 高一级的标定设备进行标定。
《结构检验》教学大纲
《结构检验》教学大纲英文名称：Structural Testing课程编码：总学时：24 实验学时：学分：1.5适用对象：土木工程专业本科四年级学生先修课程：结构力学、结构设计原理、钢结构、土木工程材料、房屋建筑学大纲主撰人：大纲审核人：一、课程性质、目的和任务建筑结构试验是土木工程专业的一门有较强实践性的专业任选课。
本课程的任务是通过理论和实验的教学环节，使学生掌握结构试验方面的基本知识和基本技能，并能根据设计、施工和科学研究任务的需要，完成一般建筑结构的试验设计与试验规则，并得到初步的训练和实践。
二、教学内容及要求（一）第一章结构试验概论1、教学内容与要求（1）了解建筑结构试验目的、任务和分类；（2）了解本课程与力学、材料和结构等学科的联系，以及如何利用已有专业知识在本课程中综合应用。
（3）理解结构试验与结构理论的关系以及在发展建筑结构学科中的地位和作用。
2、教学重点结构试验与结构理论的关系以及在发展建筑结构学科中的地位和作用3、教学难点结构试验与结构理论的关系（二）第二章结构试验的加荷设备与方法1、教学内容与要求（1）掌握试验室与现场试验常用的各种试验装置与加载方法，能在结构试验设计中选择和设计加载方案，重点掌握液压加载方法。
（2）对于先进的电液伺服加载方法和原理及其在伪静力、拟动力以及模拟地震振动台等试验方法中的应用作一般了解。
（3）对于环境随机激振方法的概念作一般了解。
2、教学重点掌握液压加载方法3、教学难点现场试验常用的各种试验装置与加载方法（三）第三章结构试验的量测技术1、教学内容与要求（1）了解与掌握试验量测设备的原理与使用方法，重点是非电量电测以及各种电测传感器的工作原理适用范围和优缺点，为试验观测设计、仪表选择提供必要的知识准备。
（2）了解先进的测试设备与量测技术，如数据采集与处理系统的应用，以及量测技术的发展方向。
2、教学重点电测传感器的工作原理适用范围和优缺点3、教学难点试验量测设备的原理与使用方法（四）第四章结构静力试验1、教学内容与要求（1）掌握结构静力试验(单调加载)的加载制度，并通过基本构件(梁、板、柱)扩大构件(桁架、薄壳、网架)和建筑物整体试验的实例介绍。
第3章 试验量测技术与量测仪表
电阻应变片的工作原理： 利用金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的 物理特性。
l 电阻率 A 当金属丝受力变形时， 其电阻的变化率为： dR d dl dA R l A dA dl d 因 2 2 ( 泊松比） ,而 非常小, 故 : A l dR (1 2 ) K 0 , K 0 灵敏系数, 单位应变引 R 起的电阻变化率 . R
电阻应变计构造和性能
构造：基底有胶基和纸基，电阻栅有丝式、箔式和半导体
电阻应变计
电阻应变片的性能指标
选用原则： 1）标距L：根据测点材质和应力梯度选择。均质材料 大梯度选小标距，如钢材取5-10mm；非均质材料小 梯度选大标距，如砼选3倍骨料粒径，80-120mm。 2）阻值R：R=120Ω(60～600Ω)。应变计阻值相差 0.5%，并结合和应变仪选用。 3）灵敏系数K：K≈2.0(1.8～2.6)，同次试验宜相同 4）根据使用环境选择应变计种类：长期和短期，试验 室和现场，常温和低温或高温，常规与疲劳 ，潮湿 与干燥。（胶基和纸基）
变仪配应变计或位移计测量应变或位移。
仪器测量与仪器记录：如用传感器配X-y记录仪进行测
量和记录，或用传感器、放大器和磁带记录仪进行测 量和记录。
数据采集测量与记录：计算机系统。
3.2 量测仪表的基本概念
3.2.1 量测仪表的基本组成
试件的作用与效应
传感器等
感受部分
适调器（机械式等） （转换与）放大部分
（2）标定： 单件标定：确定某一件仪器的灵敏度和精确度； 系统标定：确定某些仪器组成的系统的灵敏度和精 确度。（实际试验中采用）
输入标准值 传感器 放大器 显示记录
3.4
应力（应变）测量
结构试验量测技术
1．结构试验与检测的定义与目的：土木工程结构试验与测量就是一个对结构实施各种试验方法，然后运用各种测试手段观测和分析结构状态，并对结构工作性能进行评价的过程。
目的：是通过各种不同的手段和方法，确定结构工作性能和实际承载能力，检测结构的内在质量，分析结构病害原因及其变化规律等，并准确判断结构的实际工作情况。
2．分类：1按检测及试验对象分为真型和模型2按检测和实验性质分为何在检测与实验和结构工程质量检测与实验3按时间长短分为短期和长期4按是否破坏破坏性和非破坏性5按试验场地分室内和现场。
3．基本过程：规划设计，现场准备，正式实施，分析评价四个阶段。
4．结构荷载试验数据采集仪器的技术指标：量程，刻度值，精确度，灵敏度，分辨率，线性度，稳定度，重复性，频响特性。
5．传感器：是测量仪器中的核心部分，能感受所需测量物理量的变化，并将其按一定的规律转化为可以直接测读的形式直接显示，或转化成点亮形式传输给下一步仪器的原件。
6．测量仪器的选择：1测量仪器不能影响结构的工作，要求自重轻，体积小2要根据试验现场情况选用具有合适的精度和灵敏度的测量仪器3选择仪器时要考虑仪器的量程4动态实验测量仪表的线性范围，幅频特性及相移特性等都应满足实验要求5安装使用方便，稳定性重复性好6统一实验中选用的仪器仪表种类尽量少，以便统一数据的精度，简化量测数据的整理工作，避免差错。
7．应变片的工作原理：电阻丝的应变与其电阻变化率成正比，测量出电阻变化量即可得到电阻丝的应变量，当电阻应变计的变化与结构变形一致时，即可通过电阻丝电阻的变化得到结构的变形。
dR R=K ε 8．应变仪的结构：电阻栅，基底，覆盖层，粘结剂和引出线组成。
9．主要技术指标：电阻值R ，规格，灵敏系统K10．粘贴要求：1认真检查，分选电阻应变片，保证应变片的质量2测点基底平整，清洁，干燥，使应变片能够牢固的粘贴到试件上，不脱落，不翘曲，不含气泡。
3粘贴剂的电绝缘性好，化学性质稳定，公益性能良好，并且蠕变小，粘贴强度高，温湿度影响小4粘贴的方向和位置必须准确无误5做好防潮工作11．粘贴原则：使应变计与测试位置的变形一致，并保证电阻应变计在测量过程中，在结构变形及周围环境温度不变时，其电阻值也不发生变化，从而得到准确的应变测量结果。
建筑结构试验结构试验量测技术PPT课件
100℃
66℃
200mm
65℃ 0℃
• 量程：0℃~100℃ • 最小分度值：0.1℃ • 精确度：当前测量 • 值65.7℃，实际精确 • 值 65.5℃，则精确度 • =（65.7-65.5）
/100=0.2% • 灵敏度：
200mm/100℃=2mm/℃ • 滞后：将该温度计置于
冰水混合物中煮开再降 为冰水混合物，如显示 1℃，则称该温度计的 滞 后为1℃
⑶按测量用途分 • 应变计：用来测量应变 • 位移传感器：用来测量线位移 • 测力传感器：用来测量荷载、压力 • 倾角传感器：用来测量倾角或转角 • 频率计：测量结构振动的频率 • 裂缝传感器：测量混凝土的裂缝 • 测振传感器：测量结构振动的位移、速度和加速
度
⑷按与结构试件的关系分 ✓附着式和非附着式 ✓接触式和非接触式 ⑸按显示和记录方式分 ✓直读式和自动记录式 ✓模拟式和数字式
2.标定 含义--为了确保测量仪器的使用精确度和灵敏度，
保证测试仪器测量数据的误差不超出规定的范 围，进行仪器示值与标准值校对工作的过程。 • 测量仪器的标定分为
强制性检验 经常性自检
标定按两种情况进行
单件标定--可以确定某一件仪器的灵敏度和精确 度。
系统标定--对仪器系统进行系统标定，可以确定 某些仪器组成的系统的灵敏度和精确度。
•
测量结果仅为构件受力P后产生的应变ε P
• 该接线方式对输出无放大作用，温度产生的应变εt
自动消除。
具体补偿几片由被测试件材性、测点位置及环 境等因素确定
• 单片单补—1个工作片，1个补偿片。如砼
• 单片多补—多个工作片，1个补偿片。如钢结构 材料导热性好，应变片相应散热快；实桥野外 试验，必须注意温度场不同（桥体上方、下方、 迎风或背风），宜出现数据回零差，重复性差 及零飘等。
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应大于20cm。
测量方法：常用电测法，还有机械法和光测法。
一、电阻应变计
• 电阻应变片的原理： 利用金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。
l R 电阻率 A 当金属丝受力变形时， 其电阻的变化率为： dR d dl dA R l A dA dl d 因 2 2 ( 泊松比） ,而 非常小, 故 : A l dR (1 2 ) K , K 灵敏系数, 单位应变引 R 起的电阻变化率 .
3.3 仪表的率定
在仪器行业，对仪器的校准测定称为率定。即校准、 标定。即将仪器的示值和标准量进行比较的过程。 率定的方法：1.用精确度等级更高的专用率定设备率 定；2. 用标准仪器（精确度不比被率定设备高，但不常使 用）率定；3.用标准试件进行率定。
应该率定的设备：1.新生产的或出场的设备，在正式
(b) 丝绕式应变计 (i) 焊接应变计
电阻应变片的技术指标
标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度L。不是指整个
电阻片的长度，而是指电阻片当中电阻丝栅的长度。
0.2mm∼100mm。 规格：使用面积LxB。 电阻值：一般为120Ω作为标准。 灵敏系数：K≈2.0，可通过分批抽样实测而得。 温度使用范围：取决于粘合剂的性质。
试件的作用与效应
记录到某种介质（纸、磁带、光
盘等）上。如光线示波器、磁带 记录仪、磁盘驱动器等。
传感器
适调器(转换与放大）
显示与记录器
二、量测仪表的分类：
按仪器用途分：应变计、位移传感器、测力传感器、倾 角传感器、频率计、测振传感器等；
按仪器与结构关系分：附着式、非附着式；接触式、非
接触式； 按显示和记录方式分：直读式和自动记录式；模拟式和 数字式。
±0.2%。是用来描述物理量的准确程度的量。
滞后、零位温漂、满量程热漂移、线性范围、频响特性、相移
四、量测仪器的选用原则
（1）具有合适的量程、灵敏度和精度。
（2）安装使用方便，稳定性好，抗干扰能力强。
（3）不影响结构的工作：自重轻，尺寸小。 （4）同一物理量测量仪器型号尽量相同，避免系统误差。 （5）经济好：价廉耐用，可重复使用，安全可靠。 （6）按规定存放、使用和标定。
3 结构试验测试技术与量测仪表
3.1 概述
结构试验时，所受的外部作用，如力、位移、温度等是输入
数据，而试件的反应如应力、应变、速度、加速度等是输出数
据。这些数据均需准确量测。量测方法如下： 人工测量与人工记录：如用直尺测量位移、裂缝宽度。 仪器测量与人工记录：如用百分表测量位移，或用应变仪配 应变计或位移计测量应变或位移。 仪器测量与仪器记录：如用传感器配X-y记录仪进行测量和 记录，或用传感器、放大器和磁带记录仪进行测量和记录。
阻值相等，称为等臂电桥。
3
R1 R3 R2 R4 根据基尔霍夫定律有: Vo Vi ( R1 R2 )( R3 R4 ) 当四个桥臂阻值发生变化 、Δ R2、Δ R3、Δ R4时， 当R1 R3 R2 R4时，Vo Δ R1 0，称为电桥平衡。若桥 臂电阻发生变化为：R1、R2、R3、R4。则： 经推导可得： ( R1 R1 )( R3 R3） （R2 R2） ( R4 R4 ) Vo V ΔU U i ( R1 R1 R2 R2 )( R3 R3 R4 R4 )
数据采集测量与记录：计算机系统。
3.2量测仪表的工作原理及分类
按功能不同，量测仪表分为：传感器、放大器、显 示器、记录器、分析仪器、数据采集仪或数据采集系统。
一、工作原理：
传感器：感受各种物理量，并将它们转换为可直接测读 的形式。有以下几种： 机械式传感器：利用机械原理工作，由以下部分组成：
感受机构、转换机构（转换成长度或角度）、显示装置
二、电阻应变仪的测量电路
• 根据电阻变化率公式：dR/R=Kε≈2.0*(10-6~10-3)，该电信
号很微弱，直接测量困难，故采用电阻应变仪。
• 电阻应变仪是电阻应变计的专用放大仪器。
1.电桥基本原理
惠斯登电桥：如图示： 根据基尔霍夫定律：
、R3、R4均接应变计。
R1 R3 R2 R4 律有 : Vo V ΔU Ui ( R1 R2 )( R3 R4 )
三、量测仪表的技术指标
量 程S：仪器可以测量的输入量的范围。
刻度值：仪器的最小刻度所代表的被测量。
灵敏度K：单位输入物理量引起仪器输出或显示值的变化。是 描述仪器、设备、试剂或测试方法对微小外加作用显示出的敏 感程度。 分辨率：仪器能测量被测物理量的最小值的能力。
精 度：指示值与被测值的符合程度。常用满程相对误差表示。 如精度为0.2的仪表，表示测定值的误差不超过最大量程的
（指针或度盘）、附属装置（外壳、防护罩等）。
电测式传感器：利用材料的电学性能和电学原理，把非电
物理量转换成电量变化。由以下部分组成：感受部分、转换
部分（如电阻应变计等）、传输部分（如导线等）、附属部 分等。 其它传感器：红外线传感器、声波传感器等。
放大器：把信号放大的装置。 记录器：按一定的方式把数据
，Vo 0，称为电桥平衡。若桥
为：R1 、 R2、 R3、R4。则： 当 Δ U=0 时，电桥平衡。即 R1:R2=R3:R4时，电桥平衡。
R3） （R2 R2） ( R4 R4 ) 电桥平衡，一种是 在应变里一般用两种特定状态达到 Vi R2 R1=R2=R3=R4 R2 )( R3 R3，另一种是 R4 R4 ) R1=R2 ，R3=R4。前一种四个
使用前；2.正在使用的设备应定期率定或在重要的实验开 始前进行率定。
3.4 应变测量
结构试验中常需要量测应力，但直接量测应力目前还没有 好方法，主要是通过量测应变，再换算求得应力。 应变：在预定的标准长度范围内，量测长度变化增量的平 均值Δ L，再通过ε=Δ L/L计算求得。
标距L的选择：匀质材料宜小；非匀质材料宜大。砼应大
• 电阻应变片的构造：主要由敏感栅、栅极分：丝绕式、箔式（在薄胶膜上镀合金膜，光 刻而成）、半导体式等； 按基底材料分：纸基（便宜、易粘贴、不防潮）、胶
基（箔式常用）；
按敏感栅结构的形状分：单轴（测单轴应变）、多轴 （用于应变花）。
(a)、(d)、(e)、(f)、(h):泊式应变计 (c) 短接式电阻应变计 (g) 半导体应变计