slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation
应 变 电 测 技 术

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 35

应 变 电 测 技 术 - PowerPoint PPT Presentation


  • 126 Views
  • Uploaded on

应 变 电 测 技 术. 重庆交通大学 道路与桥梁实验教学中心. 应变(应力)测试方法. 应变测量的目的 强度是评定结构性能重要指标,目前尚无可靠方法对应力进 行直接测量,而是通过测试材料应变,根据虎克定理 ( 或已知的 σ-ε 曲线 ) 换算应力 应变的定义 , 应变表示: 1×10 -6 , 1με=1×10 -6 。. 主要测试方法 应变电测法:应变计和应变仪(数据采集器) 位移法 振弦式应变计 光测法 光纤、光栅传感器. 混凝土结构内部钢筋应变计布置. 混凝土表面应变测试 斜拉桥锚拉板应力分布测试.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' 应 变 电 测 技 术' - anja


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

应 变 电 测 技 术

重庆交通大学

道路与桥梁实验教学中心

slide2

应变(应力)测试方法

  • 应变测量的目的
  • 强度是评定结构性能重要指标,目前尚无可靠方法对应力进
  • 行直接测量,而是通过测试材料应变,根据虎克定理(或已知的
  • σ-ε曲线)换算应力
  • 应变的定义
  • , 应变表示:1×10-6,1με=1×10-6。
slide3

主要测试方法

  • 应变电测法:应变计和应变仪(数据采集器)
  • 位移法
  • 振弦式应变计
  • 光测法
  • 光纤、光栅传感器

混凝土结构内部钢筋应变计布置

混凝土表面应变测试 斜拉桥锚拉板应力分布测试

slide4

应变电测法主要优点

  • 可制成应变式测力、位移、转角、

加速度传感器,设备一机多用

  • 分辨率高,量程大,精度高
  • 频率范围宽,动态响应好
  • 尺寸小,可以测试应力集中;重量

轻,不影响对象工作性能

  • 应变计成本低,容易实施多点测量

应变电测法用于桥梁荷载试验

  • 应变电测法缺点
  • 一般只能测定表面应变,砼构件可测定内部应变
  • 受温度影响大,长时间应变测量精度低
  • 属弱电设备,容易受各类电磁干扰影响
slide5

光测法

  • 又称光测弹性力学法,简称光弹性法,是一种光学和力学结合进

行应力分析的实验技术,适用模型材料有环氧树脂、有机玻璃等

  • 光测法优点
  • 全场测量,可以了解结构受力全貌、应力集中、接触应力等
  • 灵敏度高
  • 直观,如显示应力云图,有利研究结构应力集中、缺陷等问题
  • 可以进行无损检测
  • 可以进行三维应力分析

结构应力云图

slide6

应变机械测量法

  • 应变机械测量法特点
  • 设备成本低
  • 操作简单
  • 稳定性好
  • 大标距测量,只能测试区段平均应变
  • 分辨率较低
  • 有一定重量和体积,不适用小型结构应力测试

机械式千分表测量应变原理图

slide7

振弦式应变计

  • 振弦式应变计法特点
  • 长期测试稳定性好
  • 受环境影响相对较小
  • 广泛采用网络数据传输技术
  • 广泛应用于桥梁、大坝等施工、营运监测
  • 装配式振弦传感器可用于桥梁荷载试验,稳定性好
  • 分辨率高,但量程相对较小
  • 成本较高

振弦式应变计配套采集器

slide8

电阻应变计应变测试原理

  • 电阻应变计的工作原理
  • 应变的概念
  • 应变的定义:
  • 应变的单位: 1×10-6,1με=1×10-6
  • 应变测量目的:反映结构应力-应变关系,根据虎克定理,换算应力

目前尚缺乏直接测试应力的可行方法

  • 应变电测设备组成
  • 应变计、应变仪、计算计采集处理软件
slide9

应变电测设备与信号流程

TDS-602多功能应变采集器

UCAM-70A-10多功能应变采集器

YE2539高速静态应变仪

slide10

应变电测设备与信号流程

系统感知部分,实现

输入信号到电量转换

对传感器输出进行放

大等处理,便于采集

信号采集、显示、

存储,类分析处理

  • 电测传感器
  • 利用电子、电磁学原理,将输入信号(非电量)转换为便于放

大、处理或记录的电信号(如u、I、R、L、C、Ф、Q)

  • 应变计是一种将应变转换为电阻变化的电测传感器
  • 传感元件是类似电阻丝的导体, 随几何尺寸变化其电阻也变化
slide11

电阻应变计原理

  • 基于电阻应变效应

导体或半导体在机械变形时(伸长或缩短),其电阻值随变形而

发生变化,这一物理现象称为“电阻应变效应”

可以用下式表示:

  • 应变电测信号转换
  • 应变计粘贴在结构表面上
  • 结构变形,根据电阻应变效应,应变计电阻值发生变化
  • 通过应变仪测量电桥,将电阻变化信号进行放大处理
  • 应变仪显示与电阻变化成正比的应变值
  • 电阻应变效应 的推导
  • K值的含义:反映应变计电阻应变效应显著程度的指标

厂方提供,也可自行标定。金属应变计K=2.0~2.5,半导体约为50

slide12

电阻应变计的构造

  • 应变计组成

由敏感丝栅、基地、覆盖层、引出线组成,其中敏感丝栅为感知

器件,通常用康铜合金制成

  • 敏感丝栅
  • 作 用:敏感元件,将应变转换为电阻变化
  • 常用材料:金属,如康铜合金,半导体温度系数大,应用不多
  • 工 艺:丝式盘绕(已淘汰),照相光刻(箔式,目前常用)

BX120-80AA应变计

丝式电阻应变计的构造

slide13

电阻应变计的构造

  • 基底
  • 作用:固定敏感元件,并使敏感丝栅与构件绝缘
  • 材料:胶基(强度高,散热较差),纸基(强度底,散热较好)
  • 要求:一定的强度、化学性能问题、电绝缘效果好
  • 引出线:用于焊接应变计与应变仪的连线电缆
  • 覆盖层:固定敏感丝栅形状,防止应变计机械损伤

连接应变计的线缆

slide14

电阻应变计分类

  • 敏感丝栅的形状:丝式盘绕、短接式、箔式
  • 敏感丝栅的材料:金属、半导体
  • 单轴/多轴:单轴、多轴(应变花)
  • 环境适用;高温、中温、常温、低温
  • 测试对象的不同:大标距(平均应变)、小标距(应力集中)

应变花种类 应变花砼梁端平面应变测试

大标距混凝土表面应变计

slide17

电阻应变计工作特性

  • 电阻值
  • 灵敏系数,式中 的K值
  • 横向灵敏系数,一般处于0.1%~5%之间
  • 机械滞后
  • 时间零点漂移和蠕变
  • 应变极限(与量程有关)
  • 疲劳寿命
  • 绝缘电阻
  • 温度特性:
  • 最大工作电流
  • 几何尺寸
slide18

电阻应变计的选用

  • 标距:对于匀质材料,选用3~5mm标距;对非匀质材料,选用大标

距应变片,如混凝土结构,要求满足L≥4φ,构件较小、应力梯度大、应力集中的采用小标距

  • 阻值:常用为120Ω,同一次试验的阻值要相同
  • 灵敏系数:同一次试验的灵敏系数相同
  • 单向应变测试选用单轴片,平面应变测试选用应变花
  • 敏感栅材料:金属(康铜合金)
  • 基底材料:有机玻璃构件采用纸基,金属结构采用胶基
  • 其它考虑:环境条件量程、精度等级、基底材料、稳定性
slide19

电阻应变仪以及测量电路

  • 应变仪主要指标
  • 通道数
  • 量程
  • 计算功能
  • 监测功能
  • 应变仪作用
  • 应变计专用配套仪器、信号转换放大、桥路组合、多点巡回
  • 测量。分动态和静态应变仪两者种
  • 应变仪的组成
  • 多点接线装置
  • 测量电桥
  • 放大线路
  • 软件系统
slide20

测量电桥

  • 作用:将电阻变化转化为电压,便于放大和处理,根据需
  • 要进行桥路组合
  • 应变仪测量电桥 应变仪测点接驳装置
slide21
测量电桥及输出特性
  • 应变片将应变转换为电阻变化
  • 电桥将各桥臂电阻变化转化为电压
  • 应变仪输出与应变成正比信号
  • 测量电桥的输出特性

相邻桥臂符号相反,输出呈相减性;相对桥臂符号相同,输出

呈相加性

  • 电桥平衡条件

满足R1/R4=R2/R3,即R1*R3=R2*R4时,ΔU=0, ε=0

slide22
桥路组合方式(以等截面矩型悬臂梁为例)
  • 1/4桥接法

R1外接应变片, R2、R3、R4机内电阻

R1 P

1/4桥 ε显示= ε实际

  • 半桥

R1、R2外接应变片,R3、R4机内电阻

R1 P

R2

1/2桥 ε显示= 2ε实际

slide23
全桥

R1、R2、R3、R4均为外接应变片

R1 R3 P

R2 R4

全桥 ε显示= 4ε实际

slide24
电阻应变计和应变仪的应用技术
  • 应变片粘贴技术
  • 粘贴工艺环节是应变测试的主要误差来源
  • 粘贴工艺基本要求

定位准确、粘贴牢固、焊接可靠、绝缘满足要求、防潮(水)防损伤措施得当

  • 粘贴方法和程序
  • 应变片的筛选
  • 构件表面处理
  • 贴片
  • 固化
  • 导线焊接与固定
  • 粘贴质量检查
slide26
钢筋应变片布置 砼表面应变片布置

表面应变片防护处理

slide27
温度补偿技术
  • 温度补偿目的

消除温度变化对应变测试结果的影响

式中:α丝——应变片温度系数

Δt——温度变化值

β构——构件线膨胀系数

β丝——构件线膨胀系数

K——应变片灵敏系数

  • 补偿原理

用测量电桥的输出的加、减特性,抵偿温度影响

  • 补偿方法
  • 专用温度补偿片
  • 工作片互补
slide28

要达到理想补偿效果,应满足以下条件:

  • 工作片与补偿片同规格
  • 补偿件与被测结构同材料
  • 补偿片和工作片的连接线缆同规格
  • 补偿片与工作片同温度场

1/2桥专用温度片补偿接法图例

slide29

应变仪主要操作内容

  • 测试线缆连接以及接桥(桥路组合)
  • 测试参数设置:灵敏系数、桥路模式、换算系数、计算功能
  • 调零(平衡)
  • 加载测试
  • 卸载测试
slide30
应变测试的误差控制
  • 贴片质量有保证
  • 仪器性能良好
  • 测试参数设置正确
  • 回路接触电阻稳定
  • 连接线缆布置规范
  • 供电电压稳定、接地良好
  • 适宜的试验环境
  • 尽量避免或抑制外界电磁干扰
slide31

电阻应变计电测技术的扩展和应用

  • 根据应变仪测量电桥原理,任何可转换为电阻变化的传感

器均可以与应变配套测试

  • 应变仪是桥梁结构检测最常用设备,与应变式传感器配套

进行以下参量的检测:

  • 结构挠度、位移
  • 结构转角
  • 荷载
  • 裂缝的捕捉
  • 裂缝宽度增量
  • 振动加速度
slide32
应变式位移传感器
  • 机电百分表
  • 测试原理

结构位移→测杆使悬臂梁变形→应变片将梁的变形转换为电阻变化

→测量电桥转换→应变仪处理输出应变→由应变换算位移(ε=kf )

  • 应用

位移、挠度测试

裂缝宽度增量测试

转角测试

机电百分表 机电百分表电测部分原理图

slide33

滑线电阻丝位移计

滑线电阻丝位移计 滑线电阻丝位移计原理图

  • 测试原理
  • 应用,同机电百分表
  • 主要指标
slide34

应变式测力传感器

  • 原理
  • 荷载作用于传感器→弹性体变形→应变片应变效应
  • → 测量电桥将电阻变化转换为电压→应变仪放大输出应变→根据应变
  • 与荷载的关系换算力值P=σs=EεS
  • 应用
  • 荷载测试
  • 加载控制

应变式测力传感器 应变式测力传感器原理图 现场试验荷载测试

slide35

应变式加速度传感器

  • 原理
  • 基于电阻应变效应和牛顿第二定律(F=ma)
  • 特点
  • 低频特性好、与动态应变仪配套、灵敏度较低,不适用冲击、随机振动试验
  • 应用
  • 结构自振特性、行车动力响应等检测

应变式加速度传感器 应变式加速度传感器构造图

ad