回弹仪检测原理及应用 - 北京智博联科技股份有限公司

回弹传感器日常保养
• 由于测量环境比较复杂，机械回弹仪在长期使用过程中，会吸入 大量灰尘并产生油垢，灰尘和油垢进入S200回弹数据采集仪内部 后，会吸附在刻度尺上，影响正常读数，严重时会造成仪器无法 正常工作，因此S200回弹数据采集仪在使用过程中应注意进行日 常保养。 • 保养方法如下： • 1．使用标配的十字螺丝刀将S200回弹数据采集仪顶部刻度尺四个 角上的4个螺钉卸掉，并将刻度尺卸下，如图F2.1(a)所示。
• 保养
• 1.先将弹击锤脱钩，取出机芯，然后卸下弹击杆，取出 里面的缓冲压簧，并取出弹击锤、弹击拉簧和拉簧座。 2 清洁机芯各零部件，并应重点清洗中心导杆、弹击锤 和弹击杆的内孔和冲击面。清洗后，应在中心导杆上薄 薄涂抹钟表油，其他零部件均不得抹油。 3 清理机壳内壁，卸下刻度尺，检查指针，其摩擦力应 为（0.5-0.8）N； 4.对于数字回弹仪，还应按产品要求的维护程序进行维 护。 5 保养时不得旋转尾盖上已定位紧固的调零螺丝；不得 自制或更换零部件； 6 保养后进行率定试验。
各种回弹仪
S201
S220
S230
回弹仪的操作、保养及检定
• 操作： • 将弹击杆顶住混凝土的表面，轻压仪器， 松开按钮，弹击杆徐徐伸出。使仪器垂直对 混凝土表面缓慢均匀施压，待弹击锤脱钩冲 击弹击杆后即回弹，带动指针向后移动并停 留在某一位置上，即为回弹值。继续顶住混 凝土表面并在读取和记录回弹值后，逐渐对 仪器减压，使弹击杆自仪器内伸出，重复进 行上述操作，即可测得被测构件或结构的回 弹值。操作中注意仪器的轴线应始终垂直于 构件混凝土的表面。
回弹法的原理示意图
• 当重锤被拉到冲击前的起始状态时，若 重锤的质量等于１，则这时重锤所具有 的势能e为：
1 e Es l 2 2
• 混凝土受冲击后产生瞬时弹性变形，其恢 复力使重锤弹回，当重锤被弹回到x位置 时所具有的势能ex为：
1 e x Es x 2 2
• 所以重锤在弹击过程中，所消耗的能量 Δ e为：
回弹仪检测原理及应用
回弹法的基本原理
• 回弹法是用一弹簧驱动的重锤，通过弹 击杆（传力杆），弹击混凝土表面，并 测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值 （反弹距离与弹簧初始长度之比）作为 与强度相关的指标，来推定混凝土强度 的一种方法。由于测量在混凝土表面进 行，所以应属于一种表面硬度法，是基 于混凝土表面硬度和强度之间存在相关 性而建立的一种检测方法 。
• 目前普遍应用 于混凝土强度 检测的中型回 弹仪是一种指 针直读的直射 锤击式仪器， 其构造如图所 示。
• 仪器工作时，随着对回弹仪施压，弹击 杆徐徐向机壳内推进，弹击拉簧被拉伸 ，使联接弹击拉簧的弹击锤获得恒定的 冲击的能量e，当仪器水平状态工作时， 其冲击能量e可由下式计算：
1 1 2 e E s l 0.785 752 / 1000 2.207J 2 2
• 回弹仪工作状态
• 2、影响回弹仪检测性能的主要因素 • ⑴机芯主要零件的装配尺寸 • 机芯主要装配尺寸是指：弹击拉簧的工作长度 L0，弹击锤的冲击长度Lp以及弹击锤的起跳位 置。 • ①弹击拉簧的工作长度L0 • 拉簧座后端沿口至弹击锤挂簧孔边缘大面间的 距离。 • L0>61.5mm，回弹值偏高；L0<61.5mm，回弹值 偏低。但对钢砧率定值基本没有影响。
钢砧率定的作用
• ⑴当仪器处于标准状态时，检验仪器的冲击能 量是否等于或接近于2.207J，此时钢砧上的率 定值应为80±2； • ⑵能较灵活地反映出弹击杆、中心导杆和弹击 锤的加工精度以及工作时三者是否在同一轴线 上。 • ⑶转动呈标准状态回弹仪的弹击杆在中心导杆 的位置，可检验仪器本身测试的稳定性。当各 个方向在钢砧上的率定值均为80±2时，即表 示仪器的测试性能是稳定的。
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（a）拆卸刻度尺
(b)清理刻度尺
• 图F2.1 清理刻度尺 • 注意：不允许蘸用任何溶剂（酒精、汽油等）擦拭刻度尺，擦拭时只能 用干净的无纺布或者医用棉。 • 2．用无纺布或者医用棉轻轻擦拭刻度尺表面，将灰尘和油污清理干净， 如图F2.1(b)所示。 • 3．用标配的气吹从回弹数据采集仪的刻度尺槽和USB接口位置吹气，清 理残留在导轨和采集仪内部的灰尘，如图F2.2所示。
• ②弹击锤的冲击长度Lp • 指弹击锤脱钩的瞬间，弹击锤与弹击 杆两撞击面之间的距离，其值应为 75mm。 • 弹击锤的冲击长度即弹击拉簧的拉伸 长度，也是刻度尺“0‖到“100‖之间 的距离。 • Lp>75mm，回弹值略偏低；Lp<75mm，回 弹值略偏高；但对钢砧率定值的影响 不大 。
• ③弹击锤的起跳位置 • 弹击锤的起跳位置通过回弹仪检定器检查，其 起跳位置与脱钩点密切相关，即起跳点应位于 刻度尺上的“0‖处，此时弹击锤的脱钩点应位 于刻度尺上的“100‖处。弹击锤起跳位置的变 化，是由于拉簧的拉伸长度或弹击锤的冲击长 度的变化所引起的。试验表明，当回弹值较低 的时候，对起跳点的变化不敏感，而当回弹值 较高时，则对起跳点的变化比较敏感。 • 起跳点的变化对钢砧率定值的影响比较大。
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• 4．将S200的液晶屏面向自己，然后使滑块移动到最右端，并将S200倾斜 约60度，透过刻度尺槽即可看到下侧的4个传感器（4个黑色的小方块， 如图F2.3a所示），传感器中间有一个槽（如图F2.3b所示）。
（a）传感器
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(b)传感器放大示意图
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(b)传感器放大示意图
5．用标配的镊子缠些医用棉（如图F2.3c所示）蘸取少量酒精， 分别擦拭4个传感器：将医用棉放在传感器中间的槽中来回拖动， 将残留在光电管内壁上的灰尘和油污擦拭干净，如图F2.3（d）所 示。
• ⑷在仪器其它条件符合要求的情况下， 用来检验仪器经过使用后内部零部件有 无损坏或出现某些障碍(包括传动部位及 冲击面有无污物等)，出现上述情况时率 定值偏低且稳定性差。 • 因此，只有在仪器三个装配尺寸和主要 零部件质量检定合格的前提下，钢砧率 定值才能作为检定仪器是否合格的一项 标准。 • 只要率定值不在标准范围内，就应该进 行保养或检修、检定。
• ③机芯同轴度 • 机芯同轴度是指弹击杆和弹击锤与中心 导杆工作时，是否在同一轴线上。机芯 同轴度好的仪器，弹击锤与弹击杆的冲 击面碰撞时，声音清脆，在钢砧上能测 得较高而稳定的回弹值。反之则声音沉 闷，率定值不稳定且较低。
• 3、钢砧率定的作用 • 规范规定的率定方法是，率定时，钢砧应稳固 地平放在刚度大的物体上。测定回弹值时，取 连续向下弹击三次的稳定回弹平均值。弹击杆 应分四次旋转，每次旋转宜为90°。弹击杆每 旋转一次的率定平均值应为80±2。 • 如前所述，影响仪器测试性能的主要因素，有 些对钢砧率定值却无显著影响。因此，仅以钢 砧率定值作为检验仪器合格与否是错误的。
• 在具体的检测中，上述⑵⑶两项应尽可能使其 固定于某一统一的条件，例如，试体应有足够 的厚度，或对较薄的试体予以加固，以减少振 动；回弹仪应进行统一的计量率定，使冲击能 量与仪器内摩擦损耗尽量保持统一等。因此， 第一项是主要的。 • 根据以上分析可以认为，回弹值通过重锤在弹 击混凝土的前后能 量变化，既反映了混凝土 的弹性性能，也反映了混凝土的塑性性能。
Es l 2 Es x 2 x 2 e e[1 ( ) ] 2 2 l

令 R=x/l ，在回弹仪中，l为定值，所以R 与x成正比，称为回弹值。将R代入上式 得：
R 1 e / E ex / E
• 从上式中可知，回弹值R等于重锤冲击混凝土 表面后剩余的势能与原有势能之比的平方根。 简而言之，回弹值R是重锤冲击过程中能量损 失的反映。 • 能量主要损失在以下三个方面： • ⑴混凝土受冲击后产生塑性变形所吸收的能量 ； • ⑵混凝土受冲击后产生振动所消耗的能量； • ⑶回弹仪各机构之间的摩擦所消耗的能量。
• ③指针长度和摩擦力 • 指针上示值刻线应位于指针块的正中， 示值刻线至指针片端部的水平投影距离 应为20mm。 • 指针摩擦力是指在机壳刻度槽中指针块 在指针导杆上推动时的摩擦力f，要求 f=0.5N～0.8N。如果指针摩擦力过小， 回弹时指针出现滑动，使回弹值偏高； 如果摩擦力过大，影响弹击锤的回弹， 使回弹值偏小。
注意：擦拭时一定要小心，避免镊子的尖锐部分碰伤传感器！
(c)镊子+医用棉
(d)擦拭传感器
• 6．使用标配的十字螺丝刀将刻度尺安装到S200回弹数据采集仪顶部：将 刻度尺四个角上的4个螺钉紧固好即可。 • 7．将安装好的回弹仪在多种不同强度的材料表面弹击多次，如果读数与 刻度尺一致，则保养有效，保养过程完成。如果保养无效，则需要重复 上述步骤。 • 注意： • 1）上述保养过程如果仍有不明确的地方，请参见配套光盘或U盘上的相 关视频； • 2）一般建议每次从现场回到办公室后，或在弹击次数超过6000次左右时 ，进行简单保养：用标配的气吹从回弹数据采集仪的USB接口位置吹气， 对灰尘进行初步清理； • 3）只有在弹击次数超过1万次左右，或在弹击过程中显示屏不计数，或 者计数不准确时，才需要按上术步骤进行保养，清理传感器上的灰尘和 油污。 • 4）在经过保养处理仪器还是不能正常使用，请寄回我公司让售后工程师 进一步检修。
• 机芯三个装配尺寸对回弹值变化的定性关系
机芯装配尺寸 仪器状 态 仪器工作时的状态 弹击拉 簧 自由
L0
61.5
Lp
75
脱钩点
L
75
Lp
75
起跳点
回弹值 变化
标准
“100‖
“0‖
标准
<61.5
L0 >61.5 Lp 61.5 <75 >75 “100‖ <―100‖ 脱钩位 置 75 “100‖
• ②弹击杆前端的球面半径 • 弹击杆前端的球面半径标准值r=25mm。随着r 的增大，在混凝土表面的回弹值相应增加，并 且对于表面硬度较高的混凝土影响更大。这是 因为，当弹击杆前端球面半径越大，则弹击杆 的弹击端面越平，其作用于混凝土的单位面积 越大，从而使得冲击能量作用于混凝土表面时 混凝土产生的塑性变形越小而弹性变形越大， 回弹值因此增大。 • 由于回弹仪弹击在钢砧上产生的主要是弹性变 形，因此弹击杆前端球面半径的变化对钢砧率 定值的影响较小。
回弹仪的类型、构造及工作原理
类型 小型 名 称 L型 冲击能量 0.735J 主要用途 小型构件及刚度稍差的混 凝土或胶凝制品 、烧结材 料和陶瓷 普通混凝土构件 （本公司 配用型号）
中型
N型
2.207J
摆式
大型
P型
M型
0.883J
29.40J
轻质建筑材料、砂浆、饰 面等、低强胶凝制品 大型实心块体、机场跑道 及公路面的混凝土
• ⑶机芯装配质量 • ①调零螺钉 • 调节尾盖上的调零螺钉，使得弹击锤脱钩的瞬 间，指针块位于刻度尺上的“100‖处。该调零 螺钉一旦调整好后，应紧固，不得松动。 • ②固定弹击拉簧 • 弹击拉簧的一端固定于拉簧座上，另一端固定 于弹击锤上，拉簧座、拉簧和弹击锤形成一个 整体称之为“三连件”。三连件安装于中心导 杆后不得有歪斜偏心现象，否则会影响仪器的 性能。
• ④影响弹击锤起跳位置的有关零件 • 缓冲压簧。缓冲压簧位于弹击杆和中心导杆之 间，可通过它来调节弹击锤的冲击长度。同时 ，由于缓冲压簧的存在，使得弹击拉簧在拉长 时，缓冲压簧受到压力，会被压缩。为了保证 弹击锤的冲击长度等于75mm，必须保证缓冲压 簧的压缩长度。缓冲压簧的压缩长度主要取决 于：缓冲压簧的刚度、复位压簧的刚度、弹击 拉簧的刚度以及脱钩时挂钩与弹击锤挂钩处的 摩擦力。 • 弹击锤脱钩时，挂钩尾部与导向法兰上平面之 间孔隙的大小也影响弹击锤的起跳点。应使脱 钩尾部与法兰上表面的孔隙最小且保持一致。
冲拉
冲压 冲拉 冲压 冲拉 冲压
>75
75 <75 75 <75 >75 >― 0‖ <― 0‖ <― 0‖ “0‖
偏低
偏高 偏高 偏低 偏低 偏高
<75
61.5
75
>―100‖ >75
75
>― 0‖
• ⑵主要零件的参数 • ①拉簧刚度 • 根据冲击能量为2.207J的要求，拉簧刚 度应为785.0N/m。试验表明，随着拉簧 刚度的增加，其混凝土上的回弹值降低 ，原因在于拉簧刚度增加后，弹击锤的 冲击能量也增大，作用于混凝土表面后 使得混凝土塑性变形的能量增加，反而 导致混凝土回弹值下降。但对钢砧的率 定值影响较小。