第三章 结构试验测试技术与量测仪表概要

试件的作用与效应
记录到某种介质（纸、磁带、光
盘等）上。如光线示波器、磁带 记录仪、磁盘驱动器等。
传感器
适调器(转换与放大）
显示与记录器
二、量测仪表的分类：
按仪器用途分：应变计、位移传感器、测力传感器、倾 角传感器、频率计、测振传感器等；
按仪器与结构关系分：附着式、非附着式；接触式、非
接触式； 按显示和记录方式分：直读式和自动记录式；模拟式和 数字式。
±0.2%。是用来描述物理量的准确程度的量。
滞后、零位温漂、满量程热漂移、线性范围、频响特性、相移
四、量测仪器的选用原则
（1）具有合适的量程、灵敏度和精度。
（2）安装使用方便，稳定性好，抗干扰能力强。
（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）经济好：价廉耐用，可重复使用，安全可靠。 （6）按规定存放、使用和标定。
数Baidu Nhomakorabea采集测量与记录：计算机系统。
3.2量测仪表的工作原理及分类
按功能不同，量测仪表分为：传感器、放大器、显 示器、记录器、分析仪器、数据采集仪或数据采集系统。
一、工作原理：
传感器：感受各种物理量，并将它们转换为可直接测读 的形式。有以下几种： 机械式传感器：利用机械原理工作，由以下部分组成：
感受机构、转换机构（转换成长度或角度）、显示装置
• 电阻应变片的构造：主要由敏感栅、基底、覆盖层、引出 线组成。
电阻应变片的分类：
按栅极分：丝绕式、箔式（在薄胶膜上镀合金膜，光 刻而成）、半导体式等； 按基底材料分：纸基（便宜、易粘贴、不防潮）、胶
基（箔式常用）；
按敏感栅结构的形状分：单轴（测单轴应变）、多轴 （用于应变花）。
(a)、(d)、(e)、(f)、(h):泊式应变计 (c) 短接式电阻应变计 (g) 半导体应变计
三、量测仪表的技术指标
量 程S：仪器可以测量的输入量的范围。
刻度值：仪器的最小刻度所代表的被测量。
灵敏度K：单位输入物理量引起仪器输出或显示值的变化。是 描述仪器、设备、试剂或测试方法对微小外加作用显示出的敏 感程度。 分辨率：仪器能测量被测物理量的最小值的能力。
精 度：指示值与被测值的符合程度。常用满程相对误差表示。 如精度为0.2的仪表，表示测定值的误差不超过最大量程的
二、电阻应变仪的测量电路
• 根据电阻变化率公式：dR/R=Kε≈2.0*(10-6~10-3)，该电信
号很微弱，直接测量困难，故采用电阻应变仪。
• 电阻应变仪是电阻应变计的专用放大仪器。
1.电桥基本原理
惠斯登电桥：如图示： 根据基尔霍夫定律：
、R3、R4均接应变计。
R1 R3 R2 R4 律有 : Vo V ΔU Ui ( R1 R2 )( R3 R4 )
使用前；2.正在使用的设备应定期率定或在重要的实验开 始前进行率定。
3.4 应变测量
结构试验中常需要量测应力，但直接量测应力目前还没有 好方法，主要是通过量测应变，再换算求得应力。 应变：在预定的标准长度范围内，量测长度变化增量的平 均值Δ L，再通过ε=Δ L/L计算求得。
标距L的选择：匀质材料宜小；非匀质材料宜大。砼应大
，Vo 0，称为电桥平衡。若桥
为：R1 、 R2、 R3、R4。则： 当 Δ U=0 时，电桥平衡。即 R1:R2=R3:R4时，电桥平衡。
R3） （R2 R2） ( R4 R4 ) 电桥平衡，一种是 在应变里一般用两种特定状态达到 Vi R2 R1=R2=R3=R4 R2 )( R3 R3，另一种是 R4 R4 ) R1=R2 ，R3=R4。前一种四个
于骨料最大粒径3倍；对砖石结构应大于4皮砖；对木结构
应大于20cm。
测量方法：常用电测法，还有机械法和光测法。
一、电阻应变计
• 电阻应变片的原理： 利用金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。
l R 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 l A dA dl d 因 2 2 ( 泊松比） ,而 非常小, 故 : A l dR (1 2 ) K , K 灵敏系数, 单位应变引 R 起的电阻变化率 .
(b) 丝绕式应变计 (i) 焊接应变计
电阻应变片的技术指标
标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度L。不是指整个
电阻片的长度，而是指电阻片当中电阻丝栅的长度。
0.2mm∼100mm。 规格：使用面积LxB。 电阻值：一般为120Ω作为标准。 灵敏系数：K≈2.0，可通过分批抽样实测而得。 温度使用范围：取决于粘合剂的性质。
阻值相等，称为等臂电桥。
3
R1 R3 R2 R4 根据基尔霍夫定律有: Vo Vi ( R1 R2 )( R3 R4 ) 当四个桥臂阻值发生变化 、Δ R2、Δ R3、Δ R4时， 当R1 R3 R2 R4时，Vo Δ R1 0，称为电桥平衡。若桥 臂电阻发生变化为：R1、R2、R3、R4。则： 经推导可得： ( R1 R1 )( R3 R3） （R2 R2） ( R4 R4 ) Vo V ΔU U i ( R1 R1 R2 R2 )( R3 R3 R4 R4 )
3.3 仪表的率定
在仪器行业，对仪器的校准测定称为率定。即校准、 标定。即将仪器的示值和标准量进行比较的过程。 率定的方法：1.用精确度等级更高的专用率定设备率 定；2. 用标准仪器（精确度不比被率定设备高，但不常使 用）率定；3.用标准试件进行率定。
应该率定的设备：1.新生产的或出场的设备，在正式
3 结构试验测试技术与量测仪表
3.1 概述
结构试验时，所受的外部作用，如力、位移、温度等是输入
数据，而试件的反应如应力、应变、速度、加速度等是输出数
据。这些数据均需准确量测。量测方法如下： 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。
（指针或度盘）、附属装置（外壳、防护罩等）。
电测式传感器：利用材料的电学性能和电学原理，把非电
物理量转换成电量变化。由以下部分组成：感受部分、转换
部分（如电阻应变计等）、传输部分（如导线等）、附属部 分等。 其它传感器：红外线传感器、声波传感器等。
放大器：把信号放大的装置。 记录器：按一定的方式把数据