1、第第4 4章章 结构试验量测技术结构试验量测技术(重点重点)内容：内容：应变测量应变测量，位移与变形测量，力的测量，裂缝及其他物理量测定。，位移与变形测量，力的测量，裂缝及其他物理量测定。基本要求：基本要求： 1 1熟练掌握应变测量的基本原理熟练掌握应变测量的基本原理与与电阻应变片的电阻应变片的粘贴使用技术；粘贴使用技术； 2 2掌握各种电测传感器的工作原理、适用范围以及优缺点，为试验观掌握各种电测传感器的工作原理、适用范围以及优缺点，为试验观测设计、仪表选择提供必要的知识准备；测设计、仪表选择提供必要的知识准备； 3 3了解常用机械仪表的工作原理；了解常用机械仪表的工作原理； 4 4了解先进
2、的测试设备与量测技术，如数据采集与处理系统的应用，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。以及量测技术的发展方向。重点：重点：应变量测原理与技术应变量测原理与技术，常用力、位移与变形量测仪器的工作原理及，常用力、位移与变形量测仪器的工作原理及技术性能选择。技术性能选择。难点：难点：实用电路与电阻片粘贴量测技术。实用电路与电阻片粘贴量测技术。荷载或环境作用：荷载或环境作用：力、位移、温度等；力、位移、温度等；（INPUTINPUT）试件的响应：试件的响应： 应变、应力、裂缝、位移、加速度等。应变、应力、裂缝、位移、加速度等。（OUTPUTOUTPUT）
3、通过对输入与输出数据的量测、采集和分析处理，可了解试件系统的工作通过对输入与输出数据的量测、采集和分析处理，可了解试件系统的工作特性，从而做出定量的评价。特性，从而做出定量的评价。 4.1 4.1 概概 述述为了采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的量测方法，选用可靠的量测仪器设备。为了采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的量测方法，选用可靠的量测仪器设备。4.1.1 4.1.1 数据量测与采集方法数据量测与采集方法 （技术发展）（技术发展）(1)(1) 人工测量人工测量、人工记录人工记录：直尺测量变形直尺测量变形；(4) (4) 自动化数据采集系统测量、记录、处理。自动化数据采集系统测量、记
4、录、处理。 (3) (3) 仪器测量、记录：仪器测量、记录： X-Y记录仪；记录仪；(2)(2) 仪器测量、人工记录仪器测量、人工记录：应变仪配应变计、位移计应变仪配应变计、位移计测量测量应变或位移应变或位移；4.1.2 4.1.2 数据采集的仪器分类数据采集的仪器分类v 传感器：感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们转换成电信号或传感器：感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们转换成电信号或其其 它容易处理的信号。它容易处理的信号。v 放大器：放大器：把传感器传来的信号放大，使之可被显示和记录。把传感器传来的信号放大，使之可被显示和记录。v 显示器：把信号用可见的形式显示出来。显示
5、器：把信号用可见的形式显示出来。v 记录器：记录器：把采集到的数据记录下来，作长期保存。把采集到的数据记录下来，作长期保存。v 分析仪器：对采集到的数据进行分析处理。分析仪器：对采集到的数据进行分析处理。v 数据采集仪：数据采集仪：自动扫描和采集。自动扫描和采集。v 数据采集系统：集成式仪器（集上述所有功能为一体）。可自动扫描、采集数据采集系统：集成式仪器（集上述所有功能为一体）。可自动扫描、采集 及数据处理。及数据处理。 1. 按功能划分按功能划分 2. 按工作原理划分按工作原理划分3. 按用途划分按用途划分5. 按记录与显示方式分划分按记录与显示方式分划分4. 按仪器与结构的关系可分按仪器
6、与结构的关系可分v 最小分度值最小分度值( (刻度值刻度值) )：仪器所能指出的最小测量值。：仪器所能指出的最小测量值。v 量程：测量范围。量程：测量范围。v 灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化。v 滞后：一个量程反复后仪器输出的最大差值。滞后：一个量程反复后仪器输出的最大差值。v 精确度：指示值与测量值的符合程度。精确度：指示值与测量值的符合程度。s smax= （M/I）ymaxMM4.2 4.2 应变测量应变测量02468102030s(MPa)e 10-3/lle 应变量测的实质：应变量测的实质： 量测标距量测标距L L的变化增量的变化
7、增量L L。标距标距L L的选择方法：的选择方法：对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点，对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点，标距标距应尽量小。应尽量小。对某些非均质材料组成的结构，应有适当范围。对某些非均质材料组成的结构，应有适当范围。4.2.1 4.2.1 电阻应变计电阻应变计AlRlnlnlnlnALR电阻变化率为：电阻变化率为： AdALdLdRdR24DADdDAdA2AdALdLdRdRe)21 ( dRdRe222LdLDdDAdA22ln4lnln4DADADADADAln24lnlnln4lnln422e)21 ( dRdR)21 (eedRdR0)21 (Kdee0KR
8、dR4.2.2 4.2.2 电阻应变片的构造、分类与粘贴工艺电阻应变片的构造、分类与粘贴工艺1. 构造：由敏感栅、基底、覆盖层和引出线组成。构造：由敏感栅、基底、覆盖层和引出线组成。敏感栅：敏感栅：应变变换成电阻变化量的敏感部分；应变变换成电阻变化量的敏感部分； 金属或半导体材料制成的单丝或栅状体；金属或半导体材料制成的单丝或栅状体； 栅长栅长L和栅宽和栅宽B代表应变片的标称尺寸，即规格。代表应变片的标称尺寸，即规格。 基底和覆盖层：基底和覆盖层：起定位和保护电阻丝，使电阻丝和被测试件之间绝缘；起定位和保护电阻丝，使电阻丝和被测试件之间绝缘； 基底尺寸代表应变片外形尺寸。基底尺寸代表应变片外形
9、尺寸。 粘结剂：粘结剂： 具有一定电绝缘性能的粘结材料。具有一定电绝缘性能的粘结材料。 将敏感栅固定在基底上，或将应变片的基底粘贴在试件的表面。将敏感栅固定在基底上，或将应变片的基底粘贴在试件的表面。 引出线：引出线： 采用镀银、镀锡或镀合金的软铜线制成；采用镀银、镀锡或镀合金的软铜线制成； 在制造应变片时与电阻丝焊接在一起；在制造应变片时与电阻丝焊接在一起； 通过测量导线接人应变测量桥。通过测量导线接人应变测量桥。2. 电阻应变片的分类电阻应变片的分类1）标距：）标距：2）规格：）规格：3） 电阻值：电阻值：3. 3. 应变片技术指标应变片技术指标5） 灵敏系数：灵敏系数：6） 温度适用范围
10、：温度适用范围： 4） 精度等级：精度等级：3. 3. 应变片粘贴工艺应变片粘贴工艺4.2.3 4.2.3 电阻应变仪的测量电路（偏位法）电阻应变仪的测量电路（偏位法） 36102102eKRRe0KRR 初始时初始时当电阻当电阻R1变化变化R1，其它电阻均保持不变情况下，其它电阻均保持不变情况下，分析分析UBD的变化：的变化：44111RIRRIUUUADABBD4342111;RRUIRRRUIACACACACBDURRRRRRRRRRURRRRRRRRU4321314231434211111114422eKURRUURRRRUACACACBD 初始时初始时当电阻当电阻R1变化变化R1且且
11、电阻电阻R2变化变化R2时时 ，而其它电，而其它电阻均保持不变情况下，分析阻均保持不变情况下，分析UBD的变化：的变化：)(442121433221111eeKURRRUURRRRRRRRRUACACACBD44111RIRRIUUUADABBD43422111;RRUIRRRRUIACAC 初始时初始时当电阻当电阻R1 R4分别变化分别变化R1 R4时，时，试分析试分析UBD的变化。的变化。)(44321eeeeKUUACBD14eKUUACBDRRUUACBD14e0KRR4.2.4 4.2.4 温度补偿技术温度补偿技术ttBDKURRUUe44RR1 1 = = R Rlflf+ + R
12、 R1t1t；11211221144)(4)(4eKURRURRRRRURRRRUUfttfACBD2121221144)(4eeKURRRURRRRRRUUfftftfBD4.2.5 4.2.5 实用电路及其应用实用电路及其应用)(4ADCDBCABACBDKUUeeeeKUUACBDADCDBCAB4)(0eeeee0e)(442121eeKURRRUUACACBD)(40BCABACBDKUUeee)(4211RRRRRUUttfBDffKURRU1144e0 .01fRfACBDKUU104ee)(42211RRRRRRUUtftfBDffKU214eefKU124efACBDKUU1
13、024ee)22(433224141RRRRRRRRRRUUtftfttffBD RRRRRUffff2432412243241ffffKUeeee22432410ffffACBDKUUeeeee)(46644RRRRRRUUttfBDRRRUf644ee644fKUe144 fKUfACBDKUU1014ee)(4211RRRRRUUttfBDffKURRU1144efACBDKUU104ee)22(4552121RRRRRRRRUUttttffBDRRRUff24212421ffKUee2210ffeee)(44321eeeeKUUACBDffffACBDKUU432104eeeeefff
14、fBDKUU43214eeeeffffACBDKUU432104eeeee)(224224411214321eeeeeeeeKUKUKUUBD1124eKUR1R2R3R4ffffBDKUU43214eeee044111rRIRRIUUUADABBDrRIRRI441114112RrRR2111RRRUIAC34344RRUrRrRUIACACKRr2eeKRR11工作肢转换法工作肢转换法：每次只切换工作片，温度补偿片为公用片；：每次只切换工作片，温度补偿片为公用片；中线转换法：中线转换法：同时切换工作片和补偿片，同时切换工作片和补偿片， 通过转换开关自动切换测点而形成测量桥。通过转换开关自动切换测点而形成测量桥。灵敏度及准确度高，测量范围大。灵敏度及准确度高，测量范围大。俯视图俯视图侧视图侧视图刚性骨架刚性骨架千分表千分表刚性骨架刚性骨架插轴插轴插轴插轴
