土木工程结构试验--第五章 结构试验的数据采集系统和量测仪器m

仪表零点随温度的变化值。 • 线性范围：输入量与输出量呈线性关系的范围 。 • 频响特性：动测仪表在不同频率时的灵敏度变化特
性。常以频响曲线表示（对数频率—灵敏度） • 相移特性：振动参数测试经转换放大后，仪表记录
后在时间上产生的延迟叫相移。
注意：整套系统传感、放大、记录之间的阻抗、频率范围的匹配问题。
五、量测仪表的选用原则：
• 量程：被量测值在仪表量程的20~80%。 • 精度：满足试验要求的精度要求，一般对结构试验，
误差1~2%，最大不超过5%。 • 组件匹配：传感器、放大器、记录仪精度匹配。 • 精简原则：安装使用方便，种类精简。 • 备用原则：重要参数可同时选用两种测量方法。 • 稳定性、重复性好。
六、仪器的输入—输出关系标定
• 为了确定仪器的精确度，确定其误差，需将仪表指 示值和标准量进行比较，称为仪器的标定。标定后 的仪器按国家规定的精确度划分等级。
• 将量测仪表输入精度比仪表精度高一级的量值，读 取仪表输出值（测量值），经过多次输入—输出值 的测量，经回归分析得出换算关系。
• 步骤： ①选择一组配套仪器 ②将其传感器置于标准器 ③逐级施加给定物理量，读取标准器值和仪表示值 ④绘制相关曲线，做回归分析
• 量程：仪器能测量的范围。 • 刻度值：仪器指示装置的最小刻度所示的测量值。 • 分辨率：使仪表产生可观察输出量的最小测量值。 • 灵敏度：单位输入量所引起的仪表指示值的变化。
对于不同用途的仪器，灵敏度的单位也各不相同，
如百分表的灵敏度单位是mm/mm。有些仪器的灵敏度还有另 外的含义，使用时应查对其说明书。
5.2应变（应力、温度）测量技术
• 应变量测是用应变计测出试件一定长度范围L（标 距）内的长度变化△L，计算出应变值ε= △L /L。测 出的是标距范围内的平均应变。
• 应变量测方法和仪器很多，主要有电测与机测两类. 电测法具有精度高、灵敏度高、可远距离和多点量 测、采集数据快速、自动化程度高等特点，便于将 量测数据信号和计算机联接处理.
１—测杆 ２—外壳 ３—弹簧
三、采集仪器的分类
• 按功能分：单件式、集成式 • 按工作原理分：机械式、电测式、光学式等 • 按量测用途分：测力、位移、应变、加速度、
倾角、频率 • 按显示记录方法分：直读与自动记录、模拟与
数字 • 按仪器与试件关系分：附着与手持式、接触与
非接触、绝对与相对（应变）
四、量测仪器的主要性能指标
一、机械式仪表测应变
• ①手持应变仪：标距250mm，刻度0.01mm或0.001mm • ②杠杆式千分表引伸仪：标距20~100mm • ③顶杆式千分表引伸仪：标距200~500mm，分度值0.001mm
手持式应变仪
自制应变测量装置 1.千分表 2.脚座 3.刚性杆
由两片弹簧钢片4连接两个 刚性骨架3组成，两个骨架 可作无摩擦的相对运动。
1088
1210
换算关系：1kN=12.1με
•例2 位移测试系统标定
组件：滑线电阻位移计，电阻应变仪 标准器：位移标定架，刻度0.001mm 精度0.003mm
2
3
4
5
0
5
0
45
位移传感器标定架 1、位移传感器固定架；2、位移传感器；3、4支架；5、螺旋千分尺位移给定器
位移传感器标定记录表
位移等级 次数
第五章 结构试验的数据采集系统和量测仪器
5.1概述
• 数据的采集、分析是结构试验的重要步骤，是试验成 功的必要条件之一。采到的数据要求可靠、准确。
量测技术包括：量测工具仪表、测量方法、数据处理
一、采集的方法：
1.人工采集，人工记录 裂缝，回弹 2.仪器测量，人工记录 百分表，YJ-26 3.仪器测量，仪器记录 X-Y记录仪 4.数据采集系统测量和记录 UCOM，SOMAT，东华3815，12点/秒。 • 采集遵循的准则：同时性（及时），客观性（真实）
• 精确度：仪表指示值（输出值）与被测真值的符合 程度。常以最大量程的相对误差来表示。一台精度 为0.2级的仪表，意思是测定值的误差不超过最大量 程的±0.2％。
• 滞后：同一输入量正反两个行程输出值间的偏差。 以满量程中的滞后值与满量程输出值之比表示。
• 零漂：仪表零点随时间的漂移值。 • 温度漂移：仪表校准时为20℃,当环境温度不是20℃，
二、量测仪表组成
感受部分→放大部分→显示记录部分 感受部分与被测对象相连，感受被测参数并转换和传递给放大 部分。放大部分将感受部分传来的被测参数通过各种方式（如 齿轮、电子放大线路等）进行放大。显示记录部分是将放大部 分传来的量测结果通过指针、电子数码器、屏幕等显示出来， 或通过各种记录设备将试验数据或曲线记录下来。
某型号引伸仪的技术指标为：1.标距100mm；2.热输出为 0.1%（FS）/0C，环境温度为20 0C进行第一次测量时，两脚标 间的距离为100.01mm；当环境温度为30 0C 时进行加载后测量， 两脚标间的距离为103.10mm。求加载后两脚标间的变形。
计算： 103.10－（30-20）×100 ×0.1%=102.1.mm 加载后两脚标间的变形为： 102.1.0－100.01=2.09mm
1 2 3 平均值
根据试验数据画出位移传感器的荷载——应变曲线， 并判断其工作性能。
七、量测仪表的计量检定：
• 将计量器具与基准计量器或标准计量器进行比较， 以保证量值的准确性。这是国家计量法规规定的必 须执行的行为。
量值传递： 国家级计量基准器具
省市级计量标准器具检测的一般计量器具
单件标定/系统标定
• 例1 荷载测试系统标定 组件：荷载传感器（100kN）；数字电阻应变仪； 标准器为100kN压力试验机
• 将荷载传感器接入电阻应变仪，调零。 • 读数：
力 KN
10
20
30
40
50
应变με 120
244
365
484
605
力 KN
60
70
80
90
100
应变με 728
846
965
骨架两端带有锥形脚尖 1，测量时将脚尖1插入结 构表面上预置的脚标5（带 穴金属）中，结构表面上的 两个预置脚座之间的距离为 测量标距，两次读数差与标 距可以得到应变