结构试验测试技术

4.2 应变测量
4.2.1电阻法
应变测量
应变量测一般是用应变计测出试件在一定长度范围 l（称为标
距）内的长度变化 l ，再计算出应变值 l/l。测出的应变
值实际是标距范围内的平均应变。因此，对于应力梯度较大的结 构或混凝土等非匀质材料，都应注意应变计标距的选择。
➢混凝土结构，应变计的标距应大于2～3倍最大骨料粒径； ➢砖石结构，应变计的标距应大于4皮砖； ➢木结构试验时，一般要求应变计标距不小于20cm； ➢钢材等匀质材料，应变计标距可取小一些。
4.2 应变测量
丝栅式应变片
标距：0.2mm ~ 200mm
短接式应变片
箔式应变片
3μm~8μ 0m的金属箔片
光刻腐蚀工艺
4.2 应变测量
4.电阻应变片的粘贴方法
1.检查和分选应变片； 2.粘贴表面测点准备； 3.贴片； 4.固化； 5.粘贴质量检查； 6.导线连接。 7.防潮处理。
4.2 应变测量
本 构 关 系
可以测量的表面纤维的变形
测点位置应变片与纤维协同变形
问题转化为测量金属丝的电阻的变化
4.2 应变测量
由于电阻片的敏感栅并不是一根直丝，再有 受到弯头横向变形、胶层、基底等传递变形的影 响，所以应变片灵敏度系数K ，一般在标准应变 梁上由抽样标定测出，标定梁为纯弯梁或等强度 钢梁。
dR K
dR K
R
应变仪
dRK 4V0
电阻变化转化为 R
Vi
易测的电压变化
4.2 应变测量
电阻应变仪采用的测量电路是惠斯登电桥（以下 简称桥路），能够把电阻变化信号转换为电压或电流 的变化信号，并使信号得以放大；桥路还可以解决测 量值的温度补偿问题。所以，桥路是试验工作中比较 理想的测试形式。
基尔霍夫定律：
1.刻度值：仪器的最小分度值，是指示或显示装置所能指示的 最小测量值，即每一最小刻度所表示的测量数值。
2.量程：仪器仪表可以测量的最大范围。20%~80% 3.灵敏度：被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示值的大 小，即仪器仪表对被测物理量变化的反应能力或反应速度。
4.精确度：仪表指示值与被测真值的符合程度。
➢ 单件式和集成式； ➢测力传感器；
5.按仪器仪表与结构的关系分： ➢位移传感器；
➢ 附着式与手持式； ➢应变计；
➢ 接触式与非接触式； ➢倾角传感器；
➢ 绝对式与相对式。 ➢频率计；
6.按仪器仪表显示与记录的方式分： ➢测振传感器。
➢直读式与自动记录式； ➢模拟式和数字式。
4.1 概述
4.1.2仪器仪表的主要技术性能指标
4.1 概述
➢试件的外部作用：力、位移、温度、振动（输入数据）;
➢试件的反应：应力、应变、位移、裂缝、转角、速度、加速度 （输出数据）; ➢试验测试技术就是用各种方法，对这些数据进行测量和记录。
信号输入 数据采集
系统
信号输出 数据采集
结构测试过程
4.1 概述
4.1.1设备仪器的分类 2.按仪器仪表的工作原理分：
R
此式用于应变片粘贴后的情形
4.2 应变测量
引出线
2.电阻应变片的构造
主要技术指标
1.电阻值（Ω）：120、
350
2.规格： lb
影响测试性能。
3.灵敏系数K：
应变片的灵敏系数与应变仪的灵敏系 数设置相协调。
电阻栅
栅长
栅宽
4.2 应变测量
3.电阻应变片的种类
1.按敏感栅的种类划分 ：有箔式、丝绕式、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。
1.按功能和使用情况分： ➢传感器： ➢放大器： ➢显示、记录器： ➢分析仪器：
➢机械式仪器； ➢电测仪器； ➢光学测量仪器； ➢复合式仪器； ➢伺服式仪器：带有控制功能仪器
➢数据采集仪：自动采集记录；
➢数据采集系统：可以实现以上各功能的设备仪表综合系统；
4.1 概述
4.按功能种类： 3.按仪器仪表用途分：
V0ViR1R 1R R32 R R32R 4R4
4.2 应变测量
假定，桥路四臂所接的电阻应变片的电阻阻值全部发生变化,其 值分别为 R 1, R 2, R 3, R 4 ，则桥路输出电压增量为：
4.2 应变测量
4.2.1电阻法
（1）测量灵敏度和精度高。其最小应变读数为 1 来自百度文库 （微
应变，1 1106 ）在常温测量时精度可达1 ~ 2% 。
（2）测量范围广。可测1~20000。
（3）频率响应好。可测量静态到数十万赫的动态应变。 （4）应变片尺寸小，重量轻。 （5）测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。
（6）可在各种复杂环境下测量。
4.2 应变测量
1.电阻应变片的工作原理
电阻应变片的工作原理是利用金属导体的“应变
电阻效应”，即金属丝的电阻值随其机械变形而变化 的物理特性（图4-1）。
根据欧姆定律： R L
A
当金属丝受力而变形时，其长
度、截面面积和电阻率都将发生变 dRdLdAd
化，微分得到：
4.2 应变测量
4.2 应变测量
4.2 应变测量
5.电阻应变仪工作原理
电阻应变片一同与被测结构变形时，采用一定的仪器 将电阻变化信号捕捉、转化为电压或电流的变化信号 ,并放大输出，推算结构的应变，其中能将电阻变化 信号转为电压或电流变化信号的仪器称为电阻应变仪 。
应变片
机械变形转化 为电阻变化
R LA
4.2 应变测量
dA2dD2(dL)2
AD
L
dRd(12) R
dL
L
常数
d
dR12
R
Ks
线性
dRRKs dLLKs
Ks：表示单位应变引起的相对电阻变化，称金属丝灵 敏系数。越大，单位应变引起的电阻变化也越大。
4.2 应变测量
4.2 应变测量
测量结构构件的内力 各截面应力分布 各截面应变分布 根据假定由表及里
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
4.1.3结构试验对仪器设备的使用要求
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。