第4章 试验量测技术

R1 R1 R1 R1 R2
Ui
R4 R3 R4

Ui
R1

R2 R4
R2 R3

R4


R1 R1
4.2 应变量测
如果AB桥路上接的是应变片： 则有：
UO
Ui
R1

R2 R4
R2 R3

R4


R1 R1
=Ui

R1

R2 R4
R2 R3
4.2 应变量测
3.光测法——光纤光栅应变计
分布式光纤传感系统原理是同时 利用光纤作为传感敏感元件和传输信 号介质，采用先进的OTDR技术，探测 出沿着光纤不同位置的温度和应变的 变化，实现真正分布式的测量。 应变 测量原理是基于Brillouin散射的分布 式温度和应变传感系统，它可以同时 测量温度和应变。
（2）四分之一桥路：桥臂中，当且仅 当有一肢桥臂的电阻是外接的电阻应 变片，其阻值发生相应变化，而其余 桥臂采用无感电阻的桥路称1/4桥路。 不能实现温度补偿
等臂桥路 1/4桥路
4.2 应变量测
（3）半桥桥路：在四肢桥臂中，有两 肢相邻桥臂的电阻是外接电阻应变片， 其电阻阻值发生相应变化，而另外两肢 相邻桥臂的电阻是无感电阻的桥路称半 桥桥路。能实现温度补偿
4.2 应变量测
温度补偿应变片法桥路连接示意
半桥外部桥路
4.2 应变量测
于是有：
UO
Ui 4

R1
Rt1 R

Rt 2 R


Ui 4
R1 R
UiK 4
1
半桥互补桥路Βιβλιοθήκη UOUi 4
R1
Rt1 R

R2 R
Rt 2

Ui 2R Ui K

R4


K
4.2 应变量测
UO =Ui
R1

R2 R4
R2 R3

R4


R1 R1

R2 R2

R3 R3

R4 R4

如果4个应变片的规格相同的，则上式可以写成：
UO
=
1 4
U
i
K
1

2

3

4

对于半桥测量可以写成：
U
O
=
1 4
U
i
K

1

力传感器 激光位移传感器
4.1 概述 4.按功能种类
单件式 集成式
5.按仪器仪表与结构的关系
附着式与手持式 接触式与非接触式 绝对式与相对式
6.按仪器仪表显示与记录的方式
直读式与自动记录式 模拟式和数字式
直读式（百分表） 自动记录式（加速度传感器）
4.1 概述
4.1.2 仪器仪表的主要技术性能指标
4.2 应变量测 2.温度补偿技术
大家知道，结构或者构件在荷载作用下会发生 变形，但温度变化同样会使结构或者构件产生变形， 而应变片测得的应变是荷载和温度共同作用下的总 变形，实际我问只关注荷载单独作用下的应变，那 么怎样才能得到荷载产生的应变呢？
由于温度引起的变形叫做附加变形： 1.试件与应变片受温度影响而产生的变形 ；
R LA

dL
L
dR R

K0
K0
单丝敏感度 度系数
4.2 应变量测
主要原因如下：
1.敏感栅几何形状的改变、粘胶、基底的影响；
2.金属丝绕成栅状后存在横向效应。 电阻应变片的灵敏度系数可以写成：
dR K R
4.2 应变量测 2.电阻应变片的基本构造.
栅宽
栅长
敏感栅：将金属或者半导体材料制成的电阻丝排列成栅状，并 用胶粘剂固定在底基上。 底基和覆盖层：起保护和定位敏感栅的作用，并使电阻丝与被 测试件绝缘。常用的底基和覆盖层有纸质和塑料胶基两种。 引出线：将电阻应变片焊接与应变测量电桥。

2

4.2 应变量测
UO
=
1 4
Ui
K
1


2

3


4

根据上式可知：4个桥臂都在工作时，输出电压和4个桥臂的
电阻应变率有关，应变仪的总读数应变为：
=
4UO KUi
1 2
3
4
桥路特点：邻臂电阻阻值变化的符号相反，成相减输出；对臂符 号相同，成相加输出。所以桥路中电阻阻值变化的组合不同，其 构成桥路读数值的特点就不同，可构成不同类别的桥路。
4.2 应变量测
全桥
UO

1 4UiK
1
2
3
4


4Ui 4
KM
桥臂放大系数为4，此时从应变仪 上得到的应变读数为单贴一片时的 4倍，说明灵敏度提高了4倍。
4.2 应变量测 4.2.4 其他方法量测应变
1.位移方法量测
应变的定义是单位长度上的变形（拉伸、压缩和剪切），在 结构试验中，可以用两点之间的相对位移来近似地表示两点之间 的平均应变。设两点之间的距离为L（称为标距），被测物体产 生变形后，两点之间有相对位移，则在标距内的平均应变为：
4.2 应变量测
桥路应用举例 例如：矩形截面简支梁跨中受拉边缘的应变测量。 1/4桥
UO

Ui 4
K
M
T
T


Ui 4
KM
桥臂放大系数为1，输出电压没有放大，
实测应变与受拉边缘的拉应变相同。
4.2 应变量测
半桥
UO

2Ui 4
KM
桥臂放大系数为2，输出电压放大2 倍，即将受拉边缘的拉应变放大了 2倍。
6.信噪比：仪器测得的信号中信号与噪声的比值，单位为杜比 （dB），信噪比越大，测试效果越好。 7.稳定性：仪器受环境条件干扰影响后其指示值的稳定程度。
4.1 概述 4.1.3 结构试验对仪器仪表的使用要求
1.测量仪器不应该影响结构的工作；要求仪器自重轻、尺寸小， 尤其是对模型结构试验，还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构 的作用力。
2.测量仪器具有合适的灵敏度、量程和精度。
3.安装使用方便，稳定性和重复性好。
4.价廉耐用，可重复使用，安全可靠，维修容易。
5.在达到上述要求条件下，尽量要求多功能，多用途，以适应多 方面的需要。
4.2 应变量测
4.2.1 电阻应变计 1.电阻应变计的工作原理.
电阻应变计简称应变片，利用应变片测量应变是基于电 阻丝长度的变化会引起阻值的变化。根据物理中电阻的计算 公式：
4.2 应变量测
dR

R

d

R L
dL+
R dA A

L d
A

dL
A
L
A2
dA
dR d dL dA R LA
4.2 应变量测
dA A


4
2DdD
D2

2
dD D

2
dL L

2
4
dL
L
dR d
dR d dL dA d 1 2 或者 R = 1 2
4.2 应变量测
4.2.2 电阻应变片的粘贴技术
1.应变片的检查分选：检查有无汽包、霉斑、锈点，栅极是 否平直、整齐、均匀。 2.测点处理：测点应平整、无缺陷、无裂缝等。 3.应变片粘贴：测点上的十字中心线应与应变片上的标志对 准，胶层应尽量薄。 4.固化处理：胶的强度应达到要求。 5.粘贴质量检查：应变片应无气泡、粘贴牢固、方位准确， 无短路或者断路。 6.导线连接：引出线不与试件形成断路，焊点应牢固、圆滑、 丰满、无虚焊。 7.防潮防护：防止应变片受潮和破坏。
l 或 lim l
l
l
4.2 应变量测
2.频率法
钢弦式钢筋应变计是将一根金属丝(弦)两端固定然后张拉， 金属丝内部将产生一定的张力，此时金属丝的固有振动频率与其 内部张力就具有一定的定量关系。通过测量钢丝弦固有频率的变 化，就可以测出外界应变的变化，振弦式应变传感器就是根据这 一原理制作而成的。
4.3 力的量测 1.机械式测力仪器
利用弹性元件的弹性变形与所受外力成一定比例关系而制成。
4.3 力的量测
2.电子式测力仪器——（电子测力计、负荷传感器、 荷载传感器）
弹性元件把被测力的变化转化为应变量的变化，再利 用应变片将其转换为电阻的变化。
4.4 位移和变形量测 4.4.1 位移量测 1.机械式仪表——接触式位移计
4.2 应变量测
四川建築職 業技術學院
【灵敏度】
【标距长度】 【阻值】
4.2 应变量测
4.电阻应变片的分类.
1.按敏感栅的种类划分 ：有箔式、丝绕式（常用）、半 导体等； 2.按基底材料划分：有纸基、胶基等； 3.按使用极限温度划分：有低温、常温、高温等； 4.按敏感栅形状分：单轴与多轴。
4.2 应变量测 常见的丝式应变片：
精确度高的仪表意味着随机误差和系统误差都很小。常以最大量程时 的相对误差来表示精度，并以此来确定仪器的精度等级。例如，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％ 。
4.1 概述
5.滞后量：当输入由小增大或者由大减小时，对于同一个输入 将得到大小不同的输出量，滞后量越小越好。
应变片
机械变形转化 为电阻变化
dR K 应变仪 dR K 4Uo
R
电阻变化转化为 R
易测的电压变化