土木工程结构试验与检测技术试验量测技术与量测仪表精品PPT课件
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量测不受温度和长导线的 影响，工作稳定，但安装复杂。
《=振弦式应变计
使用中的振 弦式应变计
==》
2）砼应变计传感器 浇筑时预埋，防水
性能好，能消除弯曲影响， 适合长期监测。
3）钢筋应变传感器 采用锥螺纹方式与钢筋连结，防水性能好，适合长期
监测。
4、光测法 光测法有：云纹法、激光衍射法、光弹法等。常用于测
2 R R3
2）( R4 R4
R4 ) R4 )
UiVo源自( R1R3R3R1 R2R4 (R1 R2 )( R3 R4 )
R4 R2）Vi
Vo
( R1
R1R3 R2 )( R3
( R1 R4 ) R1
R2 R4 R1R3
R3 R3
R4 R2 R1R3
分 类
(a)、(d)、(e)、(f)、(h):箔式应变计
(b) 丝绕式应变计
(c) 短接式电阻应变计 (g) 半导体应变计 (i) 焊接应变计
3.4.5测量电路（惠斯登电桥 B
）
R 1
R2
电阻变化非常小(10-6级)，测
量困难，一般通过电桥把电 A
Vi
C
Vo
阻变化转化电压或电流，并 经应变仪放大来测量。
滞 后：在恒定的测量环境下，仪器在整个量程范围 内，从起始值到最大值再回到起始值，在这正反两个 行程输出值之间的最大偏差或该值与满量程输出之百 分比称为滞后。
稳定性：当被测物理量不变，仪器在规定的时间内保 持示值与特性参数不变的能力。
3.2.4 量测仪表的选用原则
（1）具有合适的量程、灵敏度和精度。 （2）动态试验量测仪表其动态性能指标符合要求。 （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）考虑试验环境，价廉耐用，可重复使用，安全 可靠。 人无完人，物尽其用。
应变定义：单变 位形 长 ， 度 L。 的
L
测量方法： 1）电阻应变仪：应变计+应变仪（常用） 2）手持应变仪：校核，测点少时采用。 3）位移计方法：足尺结构试验应变测量 4）光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）：
测量平面应变，较多用于测量节点和局部应力。
其他应变测量仪器
1、手持应变仪
常用于现场测量，且 适用于持久试验，标距为 50～250mm，读数的位 移计可选用百分表或千分 表。
3.2.2 量测仪表的基本量测方法
偏位测定法：按仪表发生的偏转或位移定出被测值 。
该方法为土木工程结构试验与检测常用方法，后边 将要学习到的百分表、双杠杆应变仪、动态电阻应 变仪均属于该方法。
零位测定法：用已知的标准量去抵消未知量引起的 偏转。
如称重天平。该方法更为精确，若进行放大后更为 精确。
3.2.3 量测仪表的主要性能指标
量 程S：仪器可以测量的最大范围。
刻度值：仪器的最小刻度所代表的被测量。
精确度：仪器指示值与被测值的符合程度。 在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值被测 量，保持示值一致的能力。
灵敏度K：被测单位物理量引起仪器输出或显示值的 大小。
分辨率：仪器能测量被测物理量的最小值的能力。
工作原理：在标距两 端粘结两个脚标（每边各 一个），通过测量结构变 形前后两个脚标之间距离 的改变，求得标距内的平 均应变。
2．百分表： 常用于实际结构、足尺试
件的应变测量。
用位移计测量一条直线上 两点之间的相对位移来表示两 点之间的平均应变，两点之间 的距离L称为标距。
3、应变传感器 1）弦式应变传感器
3.3 仪表的率定（标定）
（1）目的：确定仪器设备的灵敏度和精确度，应该 在试验前或试验前后对仪器设备进行标定。 （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
R 4
R 3
D
1）全桥
R1、
R
、
2
R3、
R
4
均接应变计。
根据基尔霍夫定律有
:U o
(
R1
R1
R3 R2
)(
R2 R3
R4 R
4
)
U
i
当 R1
/
R2
R3
/
R
时
4
，
U
o
0，称为电桥平衡。若桥
臂电阻发生变化为：
R1、
R
、
2
R
、
3
R
。则：
4
Uo
( R1 ( R1
R1 )( R3 R1 R
R3）（ R 2 R2 )( R3
A
l
dR R
(1
2
)
K 0 , K 0
灵敏系数
, 单位应变引
起的电阻变化率 .
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）
量平面应变，较多应用于节点或构件的局部应力分析。
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。
R 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 lA
因 dA 2 dl 2 ( 泊松比）, 而 d 非常小 , 故 :
3 试验量测技术与量测仪表
3.1 概述
结构试验的目的：定性———定量； 定量数据的准确获取———取决于量测仪表和
量测技术的先进性；
试验量测技术包括：量测方法，仪器，误差分 析。
土木工程专业主要量测内容：外部作用和作用 下的结构反应。
数据测量方法
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。
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
指针、屏幕等
显示记录部分
《=振弦式应变计
使用中的振 弦式应变计
==》
2）砼应变计传感器 浇筑时预埋，防水
性能好，能消除弯曲影响， 适合长期监测。
3）钢筋应变传感器 采用锥螺纹方式与钢筋连结，防水性能好，适合长期
监测。
4、光测法 光测法有：云纹法、激光衍射法、光弹法等。常用于测
2 R R3
2）( R4 R4
R4 ) R4 )
UiVo源自( R1R3R3R1 R2R4 (R1 R2 )( R3 R4 )
R4 R2）Vi
Vo
( R1
R1R3 R2 )( R3
( R1 R4 ) R1
R2 R4 R1R3
R3 R3
R4 R2 R1R3
分 类
(a)、(d)、(e)、(f)、(h):箔式应变计
(b) 丝绕式应变计
(c) 短接式电阻应变计 (g) 半导体应变计 (i) 焊接应变计
3.4.5测量电路（惠斯登电桥 B
）
R 1
R2
电阻变化非常小(10-6级)，测
量困难，一般通过电桥把电 A
Vi
C
Vo
阻变化转化电压或电流，并 经应变仪放大来测量。
滞 后：在恒定的测量环境下，仪器在整个量程范围 内，从起始值到最大值再回到起始值，在这正反两个 行程输出值之间的最大偏差或该值与满量程输出之百 分比称为滞后。
稳定性：当被测物理量不变，仪器在规定的时间内保 持示值与特性参数不变的能力。
3.2.4 量测仪表的选用原则
（1）具有合适的量程、灵敏度和精度。 （2）动态试验量测仪表其动态性能指标符合要求。 （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）考虑试验环境，价廉耐用，可重复使用，安全 可靠。 人无完人，物尽其用。
应变定义：单变 位形 长 ， 度 L。 的
L
测量方法： 1）电阻应变仪：应变计+应变仪（常用） 2）手持应变仪：校核，测点少时采用。 3）位移计方法：足尺结构试验应变测量 4）光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）：
测量平面应变，较多用于测量节点和局部应力。
其他应变测量仪器
1、手持应变仪
常用于现场测量，且 适用于持久试验，标距为 50～250mm，读数的位 移计可选用百分表或千分 表。
3.2.2 量测仪表的基本量测方法
偏位测定法：按仪表发生的偏转或位移定出被测值 。
该方法为土木工程结构试验与检测常用方法，后边 将要学习到的百分表、双杠杆应变仪、动态电阻应 变仪均属于该方法。
零位测定法：用已知的标准量去抵消未知量引起的 偏转。
如称重天平。该方法更为精确，若进行放大后更为 精确。
3.2.3 量测仪表的主要性能指标
量 程S：仪器可以测量的最大范围。
刻度值：仪器的最小刻度所代表的被测量。
精确度：仪器指示值与被测值的符合程度。 在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值被测 量，保持示值一致的能力。
灵敏度K：被测单位物理量引起仪器输出或显示值的 大小。
分辨率：仪器能测量被测物理量的最小值的能力。
工作原理：在标距两 端粘结两个脚标（每边各 一个），通过测量结构变 形前后两个脚标之间距离 的改变，求得标距内的平 均应变。
2．百分表： 常用于实际结构、足尺试
件的应变测量。
用位移计测量一条直线上 两点之间的相对位移来表示两 点之间的平均应变，两点之间 的距离L称为标距。
3、应变传感器 1）弦式应变传感器
3.3 仪表的率定（标定）
（1）目的：确定仪器设备的灵敏度和精确度，应该 在试验前或试验前后对仪器设备进行标定。 （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
R 4
R 3
D
1）全桥
R1、
R
、
2
R3、
R
4
均接应变计。
根据基尔霍夫定律有
:U o
(
R1
R1
R3 R2
)(
R2 R3
R4 R
4
)
U
i
当 R1
/
R2
R3
/
R
时
4
，
U
o
0，称为电桥平衡。若桥
臂电阻发生变化为：
R1、
R
、
2
R
、
3
R
。则：
4
Uo
( R1 ( R1
R1 )( R3 R1 R
R3）（ R 2 R2 )( R3
A
l
dR R
(1
2
)
K 0 , K 0
灵敏系数
, 单位应变引
起的电阻变化率 .
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）
量平面应变，较多应用于节点或构件的局部应力分析。
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。
R 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 lA
因 dA 2 dl 2 ( 泊松比）, 而 d 非常小 , 故 :
3 试验量测技术与量测仪表
3.1 概述
结构试验的目的：定性———定量； 定量数据的准确获取———取决于量测仪表和
量测技术的先进性；
试验量测技术包括：量测方法，仪器，误差分 析。
土木工程专业主要量测内容：外部作用和作用 下的结构反应。
数据测量方法
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。
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
指针、屏幕等
显示记录部分