1、1第三章 电测法电测法的应用特别广泛，涉及到许多领域。在实验应力分析、断裂力学、静、动态试验、宇航工程中都有广泛的用途。在桥梁结构试验中最常用的是电阻应变测试技术。1938 年，由 E.Similton 和 A.Ruge 等人首次制造出了丝绕式电阻应变片，57 年出现了半导体应变片，至今各种规格的应变片已有二万多种。1856 年，W.Thomson 在铺设海底电缆时发现了电缆随海水深度不同而变化，通过近一步对铁丝和铜丝近行拉伸试验，得到了三个结论：1铜丝和铁丝的应变与其电阻的变化成涵数关系；2铜丝和铁丝的应变对其电阻的变化有不同的灵敏度；3铜丝和铁丝由于应变而产生的电阻变化可用惠斯通电桥测量。
2、这些结论是现代电测法的理论基础，他指出了应变可以转换成电阻的变化，从而使用电学方法测量应变成为可能。电测法的优点：1精度高，1%； 2分辨率高，可测出 10-6，即 1，对钢只有 0.2MPa 的应力；（分辨率：可检测出的被测量的最小值。灵敏度：输出量的变化值与相应被测量的变化值之比） 。 3测量范围广，可达 23%；4尺寸小（最小的 0.2mm） ，可满足应力梯度较大的应变测量；尺寸小另一个重要意义在于当前某些工程结构(如船体、桥梁、飞机、桁架等 )进行全面的应力分析时，往往要测量数十点甚至数百点的应力，电阻片很容易大量粘贴使用。对于结构十分紧凑以至其他测量仪表( 如杠杆引伸仪)根本无法安装
3、的情况下，电测法就能发挥很大的作用，可以用来测量局部应力。5. 质量小，便于安装，不会干绕构件的应力状态；这是一个突出的优点。它使得电测不仅可以作静态应力的测量，而且可以在动态应力分析方面发挥独特作用。对一系列重要的动力学参数(如加速度、振幅、频率等 )能够比较精确地进行实验研究。6频率响应好，响应时间约为 10-7s；在高频动应变（冲击力及爆炸压力等）测量中具有很好的动态响应。7可以在高温（8001000） 、低温（-100-70 )、高压(上万个大气压) 、高速旋转(几千转min几万转min)、核幅射等特殊条件下成功的使用；8输出电信号，易于实现测量数字化和自动化，即适合于现场测量，也可以
4、进行遥测，还可以制成各种传感器，可以作力，液压，位移，转角，速度及加速度等参量的测量，是一种使用方便、适用性强、比较完备的测试手段。缺点是：1只能测结构物表面应变；2现场测量受环境温度和湿度影响大；3对应力集中的测量不够精确。主要缺点是：粘贴工作量大；粘贴好的应变片较为脆弱，野外防潮、防损伤难度大；由于每次使用前需平衡、归零，无法长期观测，一般仅用于短期测试，无法应用于施工监控中；重复使用困难。第一节 电阻应变片21 构造（图 3.1）绕线式应变片主要由敏感元件、基底、覆盖层和引出线等几部分组成。(1)敏感丝栅是应变片的主要元件，一般由康酮、镍铬合金制成；对材料性能要求：电阻率高、灵敏系数大、
5、线性范围大、电阻温度系数小、易于加工成丝。 1.024.350.51.20.53CuNi(20%)-8-MnFePtu-i ()R/( )-2(2)基底和覆盖层一般有纸质和胶质；对材料性能要求：基底和覆盖层起定位和保护应变片几何形状的作用，也起到与被测试试件之间电绝缘作用，因此要求厚度小而机械强度高、绝缘性能好、热稳定性能好、耐腐蚀、抗潮湿、无滞后和儒变现象、稍透明等。2 工作原理金属应变片的工作原理在于导体的“电阻应变效应” 。所谓电阻应变效应是指导体或半导体在机械变形(伸长或缩短)时，其电阻随其变形而发生变化的物理现象。ALRddLD2（dD/D:横向应变；DL/L:纵向应变；：泊桑比）3
6、dLdLdR)21(Kd0)21(此式表明，导体(如金属丝)的电阻应变效应由两方面原因造成，一是由(12)表达的几何尺寸的改变；一是电阻率也随应变发生变化。这就从机理上对电阻应变效应作了一定的说明。可惜，电阻率 到底依什么规律随应变变化，至今尚无圆满的解释。不过，实践表明， 值与合金的成分、含杂质情况、加工成丝的工艺以及热处理过程等有很大关0K系，故各种材料的灵敏系数均由实验测定。3灵敏系数的标定用应变片进行应变测量时，对应变片中金属丝需加一定的电压，为了防止电流过大，产生发热及熔断等现象，要求金属丝有一定的长度，以获得较大的初始电阻值；但测量构件应变时，又要求尽可能缩短应变片的长度，以接近一
7、点的真实应变；因此，在应变片中的金属丝一般做成图 3.1 所示的栅状(称为敏感栅)。 固定在构件上的应变片，其敏感栅的电阻变化不仅与敏感栅轴线方向的构件应变有关，而且与敏感栅弯头圆弧方向的构件应变有关，因此应变片的灵敏系数与上节由一段直的金属丝在拉伸(或缩短)状态下所得灵敏系数不相同，他与被测构件的应变状态有关。为了有一个统一标准，应变片的灵敏系数定义为；当将应变片安装在处于单向应力状态的试件表面，使其轴线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与沿轴线的应变之比值，即xRK应变片的灵敏系数一般由制造厂实验测定，称为应变片的标定。灵敏系数的测定必需在符合上述定义的实验装置上进行，通常采用等弯矩
8、梁与等强度梁两种测定方法，这两种测定方法的基本原理相同，图 3.2 为一个等弯矩梁实验装置，将被测定正值的应变片安装在梁的等弯矩区域内，并使其轴线与梁的轴线方向重合，当梁受载后，在等弯矩区域内，梁的上下表面是一个单向等应力场（但应变是双向的)。可采用杠杆仪或挠度计以及理论计算方法确定梁的轴向应变，同时设法测定在该载荷下，此应变片的电阻值的相对变化，按照式 3.8 计算，即可求得应变片的灵敏系数。在图 3.2 中，沿梁轴线方向安装了一个三点挠度计，当梁受载变形后，挠度计上千分表的读数与梁的轴向应变有如下关系：2lfh4La12 2a1bh4电阻应变片的分类应变片的种类很多，至今各种规格的应变片已
9、有二万多种。根据不同的方法，有如下的分类。1） 材料 半 导 体金 属金属丝式应变片最常用的形式为丝绕式，又称为圆角线栅式。它的制造设备和技术都较简便，但横向灵敏度较箔式应变片为大(横向灵敏度会给测量带来一定的误差)。丝式应变片常用的金属材料是康酮、镍铬合金、铁镍铬合金和铂铱金等。半导体应变片的优点是灵敏度高、频率响应好、可以做成小型和超小型应变片。半导体应变片的出现为应变电测技术的发展开创了新的途径。它的缺点是温度系数大，稳定性不及金属应变片等。2） 制做工艺 箔 式丝 绕 式：价格低，但耐湿性差；箔式应变片是把康酮、镍铬等合金制成丝 绕 式0.0030.001 的箔材，经一定热处理后，涂刷
10、一层树脂（环氧、聚脂等） ，经聚合处理后形成基底，然后用由照相、光刻技术腐蚀成丝得到敏感栅，焊上引线，再涂一层保护层。它在性能上的优点是：a.尺寸精确：随着光刻技术的发展，箔式片能保证尺寸准确、线条均匀，故灵敏系数分散性小，尤其突出的是能制成栅长很小(如 0.2mm)或敏感栅图案特殊的应变片，易做成任意形状；b.散热性好，附着力大：箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，因而散热性好。同时附着力增大，有利于变形传递，因而增加了测量的准确性；c.横向效应很小：箔式片敏感栅横向部分的线条宽度比纵向部分的大得多，因而单位长度的电阻也小得多，使箔式片横向效应很小；逸散功率大，允许较大电流，d.绝缘性好
11、，蠕变和机械滞后小，耐湿性好，因为箔式片均为胶基； e.生产率高，便于成批生产。 5缺点是:工艺复杂，成本高3） 使用温场：低温应变片（工作温度低于-30）常温应变片（工作温度低于-360）中温应变片（工作温度低于 60350）高温应变片（工作温度高于 350）4）敏感栅形状: 单轴应变片应变花应变花:在两向应力状态时，需要测出一点的两个或三个方向的应变，才可求出此测点的主应力的大小和方向。这就要使用粘贴在一个公共基底上，按一定方向布置的 2-4 个敏感栅组成的电阻应变片。这种应变片叫做电阻应变花、应变花或多轴应变片。对于箔式应变片组成的应变花，因其横向效应系数极小，故不考虑修正问题。对于由半
12、圆头丝绕式应变片组成的应变花，如果对测试结构要求不很严格的话，也不必考虑修正。此外，按敏感栅的长度分，有大标距应变片和小标距应变片。还有各种特殊用途的应变片如防磁应变片、防水应变片、埋人式应变片、层式应变片、可拆式应变片、疲劳寿命片、测压片、无基底式应变片、大应变片、裂缝探测片、温度自补偿应变片等。5. 应变片的工作特性应变片的性能好坏直接影响应变测量的精确度，因此，应对应变片的性能(特称为工作特性)提出种种要求。常温应变片的工作特性用以下八项标准:1）应变片电阻指应变片没有安装、也不受外力的情况下，于室温下测定的电阻值。我国应变片名义阻值一般取 120,制造厂对应变片应逐个测量，并按阻值分装
13、成包，注明每包中应变片的平均阻值(平均名义电阻值)及单个阻值与平均名义电阻值的最大偏差值。A、B、C 三级平均名义电阻值偏差分别为 0.2%、0.4%、0.8%。2）灵敏系数应变片安装在单向应办状态的试件表面上，且其轴线与应力方向重合。 在单向应力作用下，应变片电阻的相对变化与沿其轴向的应变之比值称为灵敏系数。它经抽样标定，制造厂于包装上注明其平均名义值和标准误差。它是使用应变片时的重要数据。A、B、C三级标准误差一般分别为 1%、2%、3%。3）机械滞后在温度不变的情况下；对安装有应变片的试件加载和卸载，当试件到达同一应变水平时，来比较应变片在相应过程中的两个指示应变，它们的差值，取在各种应
14、变水平下的最大者，作为这批应变片的机械滞后量，A、B、C 三级分别为 5、10、20。指示应变，是指应变片的电阻变化率除以其灵敏系数所得的商。指示应变也可用经过校准的静态应变仪测得。机械滞后现象总是存在，但经多次加卸载之后便趋于稳定。因此，在使用应变片正式6测量前，最好预先加载几次，以减小机械滞后的影响。4）蠕变在温度不变的情况下，使安装有应变片的试件表面产生某恒定的应变，应变片的指示应变将随时间稍有下降，此现象称为应变片的蠕变，A、B、C 三级一般每小时分别为5、10、25。5）绝缘电阻指应变片引出线与安装应变片的构件之间的电阻值。使用应变片时，这个电阻值往往作为安装应变片肘粘结层固化程度和
15、是否受潮的标志，室温下 A、B、C 三级分别大于1000、500、500M。6）应变极限温度不变，使试件应变逐渐加大。 当应变片的指示应变与试件实际应变的相对误差达到某规定值(例如 10%)时，此时的试件应变为该应变片的应变极限。在一批应变片中，按一定百分率抽样测定应变片的应变极限值，取其中最低的应变极限值，定为这批应变片的应变极，A、B、C 三级分别为 10000、8000、6000。7）横向效应系数对于同一个单向应变值，应变片在与此应变方向垂直安装时的指示应变与沿此应变方向安装时的指示应变的比值(以百分数表示)称为横向效应系数，A、B、C 三级一般分别为1%、2%、4%。8）疲劳寿命已安装
16、的应变片，在一定幅值的交变应变作用下，不致发生机械的或电气的损坏，而且其指示应变和真实应变的差值不超过某一规定数值的应变循环次数，为该应变片的疲劳寿命。应变片用于测静应变时不要求此参数。A、B、C 三级循环次数一般分别为107、10 6、10 5。以上所讲，为衡量常温应变片性能优劣的若干指标。八项指标中，除应变片电阻外,其他各项均对已安装的应变片而言，因此。在使用中能否达到上述指标,很大程度决定于安装量的好坏。6. 电阻应变片的安装1）常用胶a. 氢基丙烯酸酯类 （501、502）b环氧树脂类2) 贴片流程a.选片b.清理构件表面c.画线贴片d.检查、焊线e.固定导线f.应变片保护 第二节 电
17、阻应变仪=120210-6=0.00024KRR1直流电桥工作原理7ADCBRU1234rI2212REI434I)(43213412 RRIIUBD 当 时，电桥平衡。04231R4321 URUBDBDBDBD )()()()( 432432121 REE当 时R4321)(4321REUBD)(4K由上式有：1) 电桥输出电压增量 与桥臂电阻变化率 或应变 成正比例。所以电阻BDUR应变仪可以采用直接读数法，例如直读式静态电阻应变仪和动态电阻应变仪中按输出量的大小确定应变都是基于这个原理。2) 各个桥臂电阻变化率或应变 对电桥输出电压的影响是线性叠加的。但相邻的桥臂符号相反，相对桥臂符号
18、相同，这一特性非常重要，利用这一特性可以提高电桥输出和解决温度补偿问题。8Rr4321UBCDAr上面讨论中假设 ，但实际上四个应变片的电阻不可能完全相RR4321同。所以在未受变形之前，电桥也不可能恰好平衡。因此，需要调节电阻使电桥平衡。如图所示，在 A、B、C 三点间接有电阻 r 及电位器 W，调节 W 即可使电桥平衡，平衡条是：DCABR但因 W 的调节能力有限，四臂的电阻不能相差太大。其次还有功率桥、双桥平衡测量电路和电位计电路等。2温度效应补偿1）温度效应：贴有应变片的构件总是处于某一温场中，因此当温度变化时，从两方面使应变片的电阻值发生变化。一是敏感栅电阻变化；第二是外当构件材料的
19、线膨胀系数与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，电阻丝会受到附加的拉伸或压缩，从而引起电阻的变化，这称为温度效应。当电阻丝温度改变 ()，其电阻将会随之而改变 。tRtR式中： 电阻丝的电阻温度系数(1)；应变片的变原始电阻值()。R当构件材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不相等，但二者又粘合在一起，这样温度改变 ()时，应变片中产生了温度应变，引起一附加的电阻的变化 。t RtRKjt)(式中： 贴好的应变丝对温度应力的灵敏系数， ；tK 0Kt试件材料的线膨胀系数(1)；j电阻丝的线膨胀系数(1)。因此，总的温度效应是二者之和：92）补偿方法一是自补偿，二是桥路补偿。自补偿是使用一种特殊的应变片，当
20、温度变化时，其电阻增量等于零或相互抵消而不产生视应变。这种特殊应变片称温度自补偿应变片，它主要用于机械类试验中，在结构试验中国内目前尚少采用。桥路补偿如图所示。在实际工作中，为保证补偿效果，对补偿片的设置应考虑如下因素。1)补偿片与工作片应该是同批产品，具有相同电阻值、灵敏系数和几何尺寸；2)贴补偿片的试块材料应与试件的材料一致，并应做到热容量基本相等。如是混凝土材料，则需同样配合比和在同样条件下养护；3)补偿片的贴片、干燥、防潮等处理工艺必须与工作片完全一致；4)连接补偿片的导线应与连接工作片的导线同一规格、同一长度，并且相互平列靠近布置或捆扎成束；5)补偿片与工作片的位置应尽量接近，使二者
21、处于同样温度场条件下，以防不均匀热源的影响；6)补偿片的数量多少，根据试验材料特性、测点位置、试验条件等决定。一般情况下，钢结构可用一个补偿片同时补偿 10 个工作片。对混凝土材料或木材可用一个补偿片补偿510 个工作片。如果要求严格或者是某些测点所处条件特殊时，应单独补偿，以尽量减少因补偿片连续工作而工作片间断工作所造成的温差影响。上述桥路补偿的主要优点是方法简单、适用经济，在常温下补偿效果较好，但在温度变化梯度较大时，将会有一定误差。3应变片在构件上的布置和在电桥中的接法1）单向拉伸（压缩）方案一： TP1 T2PKEU4)(421当 时有： 片仪 K仪P10一般表达式为： 仪仪片 KP方
22、案二： T1 TP1EU)(4)(421当 时有： 片仪 K仪P2）纯弯曲构件0方案一： TM1 T2MKEU4)(421当 时有： 片仪 K仪方案二： （当构件有水平对称轴时）TM1 TM2KEU)(421当 时有： 片仪 K仪M3）拉弯构件测 M TPM1211MKEU2)(41测 P TPM1 T23 4PKEKEU2)(43214）弯扭组合构件如果要测扭矩产生的应变TMN1 TMN23 4=U)(4321KENKE如果要测弯矩产生的应变如何接线？=)(4231M当 时有： 片仪 K仪M5）平面应力状态一般用应变花测量。情况一：当主应力方向已知时，沿主应力方向贴应变片（补偿片不参与应变）
23、 ，则有：12)(1212E)(122式中： 构件材料弹性模量；E构件材料泊松比；、 方向相互垂直的主应变；12、 方向相互垂直的主应力。情况二：当主应力方向未知时，采用应变花测量（补偿片不参与应变） ，则有：211)(CBEA22).(2max1CBEtg02序号 应变花形式 A B C01 45直角应变花 2902902904502 60等边三角形应 变花 31060 31060310603 伞形应变花 2902901206三片 45应变花用于主方向大致知道的情况，而三片 60应变花用于主方向完全不知的情况。4电阻应变仪1）组成框图132）技术指标a.测量点数b.测量范围 30000300
24、000；c.电桥电压 一般 2V，可调；d.灵敏度系数 1.82.6 可调，不能调整着全为 2；e.电阻平衡范围 0.6；f.应变片阻值 601000；g.零飘 自动调整h.测点速率：10-50 点/si.分辩率：1j.使用环境温度 -2040江苏省靖江市东华测试技术开发有限公司 DH3816 静态应变测试系统江苏省靖江市东华测试技术开发有限公司生产的 DH3816 静态应变测试系统。本套静态应变测试系统，是由计算机控制操作，能够完成多测点（最多 960 个测点）的应变应力的测试和分析。、主要特点a和笔记本电脑 USB、RS232 口进行数据通讯，便于携带，适用于实验室和工地现场的测试；b全桥
25、、半桥、 （公用补偿）连接方便；c采样速度块；d参数设置及修正、平衡、数据存储均由计算机完成；e系统能配接桥式传感器、热点偶；f对每个测点的多次采样（测量）结果可由数据序列或图形显示，并可打印输出或存储。、主要技术指标a测试点数：每台计算机可连接 16 个数据采集箱，每个数据采集箱可接 60 个测点；b采样速度：12 点/s；c应变测量范围：200000；d分辨率：1；e零飘：4/h；f自动平衡范围：应变计阻值的1。日本产 TDS602 静态数据采集仪14本仪器为日本东京测器 TML 公司生产、由欧美大地仪器设备中国有限公司经销的静态数据采集仪。该仪器具有自动多通道测量应变、应变式传感器、直流
26、电压、热电偶和热电阻的功能。内部可以最多测量 30 个通道，如果接上自动转换箱最多可以测量 1000 点。彩色触摸屏操作。通常测量速度是 0.06 秒/点，高速 ADC 方式时扫描速度为 0.02 秒/点。可以通过以太网方式与网络通迅。仪器使用方便，是目前较为先进的仪器设备。、主要特点a仪器由自带计算机系统控制；b仪器自带接线扫描箱；c测试数据可直接打印；d测试数据可存于自备计算机硬盘中；e可由普通计算机键盘控制或触摸屏控制，操作简单、方便；f外形小巧，携带方便；g测试稳定性好。、主要配置及技术指标：a彩色 LCD 触摸屏； b高应变分辨率 0.1x10-6 ；c全部通道可以进行应变分析及计算
27、； d定时测量、比较、报警监视功能； e标准配置 1.2GB 硬盘，3 英寸软驱； f标准配置 GP-IB 和 RS-232C 接口；g最多可同量监视 30 通道数据；h内部半导体继电器转换箱最多 30 点（标准为 10 点） ； i标准配置光纤端口可以连接 ISW-50C 转换箱。 第三节 静态应变测量静态应变测量的一般步骤可分述如下： 1明确测量目的，选择测点位置和确定布片方案。这是应变测量的总体设计工作。 测量目的决定了测点位置的选择。如为获得构件上的应力分布资料，就需要在构件表面沿某一方向相继贴若干应变片，在估计应力变化比较剧烈的地方贴片应适当加密。如为检验构件的强度储备，则只要选择应
28、力可能为最大的几个点进行测量。如为研究构件截面突变处的应力集中问题，则测点要在局部地方密集连续布置。如为研究某一构件所受的载荷情况，则要沿构件某一截面的四周贴片。在测点位置疑虑不定时，可借鉴类似构件的计算或实验资料，或辅以其他实验方法(例如脆性涂尾法)来决定。决定布片方案时，要考虑测点的应力状态、构件的受载情况和温度补偿的原则。单向应力状态测点只需贴一个工作片，主方向已知的双向应力状态测点宜贴两个工作片，而主方向未知时，则需在一点贴三个工作片或采用应变花。当构件受拉、弯、扭的不同载荷时，要根据测试要求来决定应变片的接桥方法，以便在测量结果中消除不需要的载荷影响。在温度沿构件表面变化不大的测试中
29、，可以考虑将测点按位置分组，同一组的工作片共用一个贴在附近的温度补偿片。测点和布片方案决定后，应制订相应的试验方案文件。2应变片栅长选取要根据被测构件的几何尺寸，材质的粗细(例如混凝土或金属)和应力梯度的大小来选15择应变片的栅长。根据用途和测试要求来选择应变片的种类和型式。应变片是以其栅长范围内的平均应变来代替这一长度内某点的应变的，其误差取决于，栅长的大小和应变沿构件表面的变化率。现分析某栅长范围内的平均应变和其中一点(例如中点 M)应变之间的差别。如图所示，设应变片栅长直范围内应变分布的规律可用一个多项式表示 3210xcxcx当 、 、 等于零时， 是均匀应变；当 、 等于零时， 呈线
30、性变1c23x2c3x化；类似推演 可以是呈二次变化、三次变化等。当用栅长 L 内的平均应变代替中点 M 的x应变时，显然只有均，匀应变和应变呈线性变化的情况不会引入误差。对于应变呈二次变化的情况，在 L 内的平均应变为32)c ( 10021 LcLdxL 而中点的应变为4210cM平均应变与中点应变之差为L从上式可见，误差的大小与栅长 L 和系数 有关，栅长愈大或应变变化愈剧烈时，误差也2c愈大。对于按三次或三次以上规律分布的应变，次数愈高误差愈大。所以对于应变分布变化比较剧烈的区域，如应力集中区的测点，应选用栅长小的应变片。而对于均匀的或变化不太剧烈的应变场，如纯弯曲、简单拉压构件上的测
31、点，可选用栅长稍大的应变片，它易于贴准方位，并且横向效应小。根据上述理由，同样可得出大构件应选用大栅长应变片，小构件应选用小栅长应变片的结论。对于菲均质材料的构件，应根据材料的不均匀程度来选择应变片栅长。如混凝土构件，由于石于和水泥的弹性摸量相差较大，变形极不均匀，故应变片应有足够的栅长，以测出一定长度内的平均应变(在测点附近的一定范围内，还要用环氧树脂之类的涂料填补混凝土的空隙)。为使材料均匀性差而造成的误差小于 5%,应变片栅长至少应比骨料(如石于)直径大 34 倍。3. 贴片、布线、防护和线路检查（这是应变测量的现场准备工作）首先要对选定的应变片检查其电阻值，并按阻值分组使用(同一桥路中
32、各应挛片阻值相差希望不超过土 0.2)。要对应变片灵敏系数进行抽样检查，并检测应变仪的特性，做到对这些工具的误差范围有确切的数据。其次，贴片的好坏在相当大的程度上影响测量精度和正确性。要根据应变片基底的要求选用合适的粘结剂，严格按规定的工艺操作和固化。要仔细观察在基底下有无气泡和粘贴方位是否正确，对不合要求的应变片必须铲除重贴。第三，测量导线的布置，要考虑导线电阻、温度变化和分布电容等可能造成的影响，16力求做到同一桥路的应变片取等长的导线并沿途固定在一起。要注意避开电磁场的干扰或采取屏蔽措施。第四，应变片粘贴后，要根据需要进行机械防护和防潮处理。在测量导线和应变片焊接后，要从测量导线接应变仪
33、的一端，检验应变片电阻和对金属构件的绝缘电阻，同时核对测量导线的编号与应变片粘贴位置是否相符。4应变仪调试和预加载测量将全部测量导线与应变仪接妥，对所有测点进行预调平衡，失衡严重时可采取并联固定电阻的应急措施。摇动测量导线，看应变仪读数有无明显的变化，以判断测量导线及接线头有无问题。在逐点预调平衡后，可用手摸相应的应变片，以手指温度使应变片受热，应变仪指针就应有反应，以此进一步检查编号与粘贴位置有无错误，并可观察应变片反应的正负方向是否正确(摸工作片，有正应变反应)。在一切准备工作确认无误后，在可能情况下应进行预加载三次(最好超载 5-10%)，然后正式加载并记录测量读数。5分析测量数据的规律
34、性和改进试验。 （这是对整个测试工作的检查）在多次重复加载的情况下，测试数据应有较好的重复性，数据随载荷的变化有明显的规律性。在重复性和规律性有疑问时，要检查和改进试验的各个环节(包括加载是否正确在内)。要确认数据可靠后，测试才可结束。6注意问题1）长导线和灵敏度系数修正被测构件常常远离应变仪而需要用长导线将应变片与应变仪相连接。这时，导线自身就具有一定的电阻值，这电阻将与应变片的电阻串联接入桥臂，但它并不随应变而变化，故桥臂阻值的相对变化率将减小，使应变仪显示的应变读数变小，其影响相当于减小了应变片的灵敏系数。设阻值为 R 的应变片感受应变后阻值变化为 ，应变片的灵敏系数为 ，当无导线R片K
35、电阻影响时，应变仪测得真实应变为K片1设导线电阻为 R，应变仪灵敏系数为 来进行测量，则测得的应变读数将为仪LR21仪仪仪片仪 )(K一般导线长度大于 10 米以上要修正。用如图所示的公共地线接桥法，可以减轻导线电阻对测量的影响。工作片和补偿片各用一根长导线与电桥相接，两片之间先连一短导线(不计其电阻) ，再用一公共地线与电桥相接，此时在每一桥臂中只有一根导线电阻的影响，而公共地线的电阻并不串接在桥臂之内。2）粘贴方位不准造成的误差应变片粘贴后的实际方位，难保与预定的基准方位完全重合，由此给测量带来误差。设预定的基准线与主方向的夹角为 ，应变片实际粘贴方位与主方向的夹角为 ，粘贴的 17角度偏
36、差 。基准线上的应变 可用主应变表示为2cos211由于应变片粘贴方位不准，实际测得的是与主方向成 角方向的应变)(2cos211 所以应变测量的误差为)(s(21 化简后得 in)sin)(21（从上式可知，由于粘贴方位不准造成的误差不仅与角偏差 有关，还和预定粘贴方位与该点主方向的夹角 有关。预定方位与主方向的夹角越大，则角偏差造成的误差亦越大。这就是为什么三片 45应变花用于主方向大致知道的情况，而三片 60应变花用于主方向完全不知的情配下的原因。后者三个应变片等角排列，各片与主方向的最大可能的夹角为 30，是各型应变化中的最小者。举算例如下：设测点为单向应力状态，应变片应沿主方向粘贴(
37、 )，现有粘贴角偏差 ，根据0上式，并考虑了 ，得121)(2sin第四节 常用应变式传感器1 拉压力传感器2. 位移传感器183应变传感器图 5-21 HJ 型传感器原理示意图1-四芯插座；2- 传感器；3- 连杆；4- 限动螺钉；5-支座；6-被测构件在桥梁静、动载试验时，应变是必须观测的主要物理量之一。目前测量应变主要是用应变片，使用时将应变片直接粘贴在结构物被检测部位。贴片、焊线、封片等工作常常在几米乃至几十米的高空进行，难度比较大，质量很难保证，效率低，而且测量值受环境温度和环境湿度影响很大，经常有些测点的测量值漂移很大，测量数据可信度低。为了克服应变片的上述缺点，长安大学桥梁实验室
38、研制出了 HJ 型系列应变测量传感器，其原理如图 5-21 所示。在图 5-21 中，连杆的一端与应变传感器相联接、另一端与支座相联接，然后将其用502 胶粘贴在被测构件上，当构件发生变形时，传感器与支座间发生相对位移，此位移大小由传感器测出。则构件被测部位的应变值由下式计算：0L式中： -传感器与支座间的相对位移，mm；L-传感器轴线与支座轴线间的距离，通常称为标距,mm。0这种结构的应变测量计，经过实验室和多座桥梁的现场测试，证明它具有灵敏度高、易于标定、线性误差小、标距可调、适用范围广、受环境温度和环境湿度影响小、输出信号稳定、使用方便等优点。目前这种应变测量传感器已有系列产品，既能测量结构物表面19一个方向的应变，又能测量结构物同一平面内不同方向的应变（类似应变花） 。4. 钢筋计5. 混凝土应变计6扭矩传感器7土压力传感器第五节 动态应变测量1 动应变：随时间而变化的应变。2 分类：周期性随机3 测量系统4 数据处理
