第三章+测试仪表.ppt

第三章仪器，3-1概要3-2应变测量3-3位移测量3-4电阻应变测量力3-5振动参数的测量，知识点和要求：1.了解仪器的主要技术指标和标定原则。 2 .掌握各种测试仪表的工作原理，掌握其使用方法和应用。 3-1概要，3.1.1测量技术一般包括以下三个主要部分： (1)测量方法(2)测量仪器仪表(3)误差分析。 在建筑结构试验中，结构受到载荷作用的反应，例如力、压力、应力、变形、位移、振动频率、阻尼等，利用受电元件将非电气物理量转换为与其相对应的、容易进行正确测量和处理的物理量(经常是电量和电气参数)，其构成部分总是3.1.2主要技术指标测量仪的技术指标分为测量物理量的特性、测量仪的静态特性和动态特性、测量仪对环境的要求。 1 .测量物理量的特性1 )范围测定器可测量的最小和最大的测量物理量的范围一般用测定器可测量的上下界限值来表示。 2 )在刻度值(最小分辨率值)3)滞回性一定的环境下，仪表在整个范围内，从开始值再次返回到开始值，该正反两个行程输出之间的最大偏差或该值与全标度输出的比率成为滞回性。 2 .测量系统的静态特性精度：精度和精度的总称。 精度是指多次测定获得的数据的重复度，再现性好的精度高。 精度是指测量值接近实际值的程度。 用仪表误差的相对值表示。 Max100%/S(S表示范围)1)精度表示测试系统的测量结果与测量的“真值”的接近度。 测试系统的精度通常用全标度的极限误差，或极限误差和全标度的百分比表示的2 )精度(精度)精度反映了测试系统在测量过程中测量随机误差的大小。 3 )线性度的线性度也称为非线性度，表示测试系统的输入和输出的关系曲线与所选工作直线的接近程度。 4 )灵敏度k被测定物理量的单位变化引起的测试系统的输出值变化量的大小。 即，被测定参数(输入参数)的单位增量引起仪表读取值(输出量)，是输出增量与输入增量之比。 灵敏度的显示方法是力量与力量的比，例如利用弹性元件制作的测力计的灵敏度单位为/Kg，这意味着当力每kg变化时会引起弹性元件的失真值的变化。 5 )分辨率测定器能够检测最小的被测定物理量的能力称为测定器的分辨率，分辨率也可以用检测最小的被测定物理量和全标度之比的百分比来表示。 6 )零漂移代表测试设备在零输入的状态下输出值的漂移，并且通常存在两种零漂移表示，其中，a .在时间零漂移测试设备定义的时间之内，当测试环境温度不变时，零输出的变化称为时间零漂移。 b .温度零漂移的大部分测定器在温度变化时其特性会发生变化，一般来说，在零点温度漂移或灵敏度温度漂移中表示测定器的这个变化，即在温度变化时表示测定器零点输出(或灵敏度)的变化。 3-2应变测量、3.2.1电阻应变测量方法在混凝土中进行应变测量，主要用应变片进行。 其次，当然还有机械式仪表，这里主要介绍电阻应变片的测量方法。 1 .应变片，教材图3-1，电阻应变片的结构有四部分：基极电阻线，该电阻线是测量应变的主要部分，在电阻线上复盖涂层，电阻线完成后加上两条引线，就可以将其与机器连接。 有很多抵抗片。 根据基底使用的材料，可以分为两部分。 一个是纸基，基底是用绝缘纸制作的。 通常是电容器纸。另一个橡胶基是由塑料制成的。根据电阻线的结构状况来分类的话，有两种。 一种是用细电阻线绕一圈，这种绕线式的电阻应变仪另一种是箔式的电阻应变仪，一般的胶基制成箔式，其生产技术和印刷电路板的生产技术相似，用光刻法完成。 纸基和胶基两种电阻片，各自有各自的特征。 例如，抄纸机电阻片一般成本低，而且容易粘贴，容易粘贴在试验片上。 但是，防湿性能差，如果空气中的湿度高，或者试验片的水分量多的话，有可能早点被破坏。 浆基的特征与和纸基相反，其生物材料的成本比纸基高，因此电阻片整体的成本比纸基高，比纸基难粘贴，浆基与其他的例如金属粘合时相对困难，其本身硬，防潮性高。 另外，橡胶基的电阻应变片是用光刻法制作的，所以能缩短电阻压力计，电阻线的长度最小能达到0.2mm，能制作各种电阻压力计，所以其技术很灵活。 2 .应变片的测量原理是如何用应变片测量应变？ 首先，需要知道线栅材料的灵敏度系数。 (1)线栅材料的灵敏度系数线栅材料的灵敏度系数是如何定义的？ 首先，看看电阻线。 无论是什么电阻线，其自身当然都有电阻，其电阻一般与几个项目有关：一个与电阻线的长度有关，明显越长，电阻越大，另外，与电阻线的截面积有关，当然截面积越大，电阻越小，其次，具有电阻系数这一特性因为已知某些材料的电阻小，例如铜材料的电阻小，其他金属材料的电阻大。 电阻线的电阻与电阻线的长度、截面积、电阻系数有关。 看看这个公式吧。 实际上是用r表示电阻的公式，这是电阻系数，这个l是电阻线的长度，a是其面积，把这个电阻全微分后，与电阻整体比较，求出相对的电阻变化，比如把电阻的全微分和这个电阻值比较，公式的右边也全微分，除此之外，整理结果就成为教材(3-3) 导出的结果是，这个电阻变化率，即相对电阻变化实际上由两部分组成，一部分是材料的泊松比，后面是导线的，这是项，另一部分是电阻变化率。 也就是说，整体的电阻变化率与什么有关系呢？与电阻线的变形和电阻变化率的相对变化有关，但后者在相对的电阻变化率这一项中，比一般的金属材料还小，主要由前者构成。 因此，如果用电阻的相对变化来置换全部微分，就成为r比r，也就是电阻线的电阻变化率。 这个基本上不会变化，所以可以忽略。 它除以应变以获得电阻线材料的灵敏度系数，指的是电阻线的应变与其相对电阻变化率的关系。 因为这相对于一般的金属材料基本上是常数，所以将其作为常数来处理是电阻应变片的测定的基点。但是，仅用一条电阻线无法构成电阻应变片，还求出电阻应变片的灵敏度系数，所以以下重点介绍电阻应变片的灵敏度系数这是整体的。该灵敏度系数也采用了电阻线灵敏度系数的形式，其意思是r比r，该电阻的相对变化也称为电阻变化率，这个意思相同，这当然意味着应变片整体的电阻变化率，下一个应变不是电阻线的变形，而是把该应变片贴在材料上这个式的形式虽然一样，但是意思不同。 这个比也接近常数。 这个常数称为电阻应变片的灵敏度系数。 由于应变片整体的电阻变化率和试验片的应变比，所以该比k是通过试验得到的，不是通过理论计算值，而是通过试验得到的。 试验时均由应变片的发货制造商在标准条件下测定。 使用标准梁，施加负荷后，产生一定的应变，同时测定上面贴的电阻片电阻的相对变化率，其比率是电阻片的灵敏度系数，该灵敏度系数的值在购买普通电阻片时，必须写明在包装箱上。 在测定灵敏度系数时，不能分别进行测定。 因为进行了采样，所以那是应变片，灵敏度系数统一。 如果转换该式，则在使用电阻片的电阻变化率，即R/R=K，即电阻应变片测定变形的情况下，该变形因试验片的变形而在电阻片中产生电阻变化率，并且该电阻变化率比变形大k倍。 这个公式是用电阻应变片测量应变的最基本的转换关系。 大家必须很好地把握。 使用电阻应变片测量应变，是将应变片牢固地贴在试验片上，测量电阻变化率，由电阻变化率换算试验片的应变，根据之前介绍的电阻应变片的结构，可知电阻应变片有很多优点，以下(2)应变计的基本技术性能主要有俯仰、电阻值、灵敏度系数三种。 所谓测距，例如电阻片，其测距，不是电阻片整体的长度，而是电阻片中的电阻网格的长度，即其基础比网格稍长，网格的长度，这是其测距，一般的测距标准多，最小可以为0.2毫米，最大现在使用选择仪表盘的长度来确定材料的均匀性。 例如，如果材料均匀的话，可以使用规格小的东西。 例如，金属材料使用的是比例小的材料，它使用的是5毫米或10毫米大小的混凝土材料，因为骨料中加入了灰浆，所以实际上变形不均匀，因此间距比较大，一般的选择原则是骨料直径的3倍以上。 它根据混凝土骨料的粒径大小，选择电阻应变片的间距大小。 另一方面，考虑的是看应力的变化梯度，例如在该区域中，应力变化梯度特别剧烈，所以应该选择尺度短的应力集中，例如，为了测定应力集中，应该使用尺度小的电阻应变片。 另一个指标是电阻值，其本身的总电阻值，这个电阻值一般对测量的影响不太大。 电阻片的电阻通常是60欧姆到1000欧姆之间，大部分是120欧姆或者360欧姆左右，允许在60欧姆到1000欧姆之间。 第三个指标是刚才介绍的电阻片的灵敏度系数。 这个值是固定的，如果选择制造商用的电阻线，其灵敏度系数是固定的。它是给你测量的，通常是2.0左右，例如1.9-2.1左右，2左右的上下变动，也就是使用这个值，因为在刚才的公式中，使用灵敏度系数的值来换算失真，所以这个值很重要，但是正确的具体值的多少对测量没有太大影响。 (3)电阻片的特征之一是质量轻、刚性小，这是测定器的最大优点。 为了测定一个试验片的应变，如果测定器的刚性大，实际上就和对试验片附加刚性一样，测定会影响结构的变形，而且，如果质量大，如果施加到试验片上，其本身就会成为负荷，但我们制作结构好像不太突出另一个特征是其标间距离、规格多。 刚才说，它可以从0.2到100，适用于各种情况的测量，其适用范围也很广。 一般的电阻应变片，当然是常温、常湿的条件，但它也能根据你的要求，应用特殊条件，出很多应变片，例如能高温应变片，所以应变片的应用很广泛，不仅适用于结构试验，而且还适用于其他各种试验3 .在应变片的原理前介绍了应变片能使试验片的应变对电阻变化作出反应，我们用什么方法测定了电阻变化？ 那当然需要应变计. 介绍应变片，介绍应变片的测量原理。 应变片中最基本的，和我们用应变片最直接关系的部分是惠斯顿大桥，这个部分和我们用应变片最有关系。 (1)惠斯顿桥、惠斯顿桥图的应变片的内侧a、b、c、d实际上在仪表面板上有4个端子，所以在这4个端子之间连接电阻应变片形成桥，在a、b之间连接电阻测量器这四个电阻应变片构成桥。 机器中有恒定电压的电源，它提供了桥电压，它从a、c进入，把a、c称为供电对角线，提供桥电流，测量从b、d两点到b、d两点之间的电压变化，现在使用精密的电压表，测量b、d两点之间的电压变化电阻片刚才说的是其规格，电阻值从60欧姆到1000欧姆，但电压表的内部电阻一般很大，至少在10兆欧姆以上，所以电压表的内部电阻无限大，电压表的内部电阻无限大的话，可以把b、d这两点之间视为开放，什么也没有连接在该情况下，该桥接器将是简单的电路。 也就是说，一个电路是a，b到c，一个电路是a，d到c，可以用简单的电路分析。 主要分析a、c之间有一定的电压后，再看看b、d之间输出的电压有多少。 如果设c为0，则b、d之间的电压实际上通过a、c之间的电压相加而被分压。 此公式为UBC，其中b、c之间的电压等于U*R2/(R1 R2 )，同样地，UDC等于d，c之间的电压等于U*R3/(R3 R4 )，b、d这两点的电压差是输出的电压，通过减去这两个公式来进行整理，u * (R1 * R3-R2 * R2 ) 在此，根据式，如果分子为0，则实际的输出为0，即(R1*R3-R2*R4)为0，输出为0，这被称为桥接平衡。(2)惠斯顿桥的特征在于，在该电阻关系成立时，输出为零，将其称为桥平衡，等于零的关系也可以写为比例关系，可以写为R1:R2=R3:R4，由此从图中可以看出，邻接要测量电阻应变最初使用的状态，即没有应变的状态，必须调整桥使其处于平衡状态。 平衡，应变实际上有两种特殊情况。 一种情况是这四个电阻完全相等，R1=R2=R3=R4，另一种情况可以是R1=R2，R3=R4，R1和R3之间不一定相等，R1=R2，R3=R4。 此时，这座桥保持了平衡。 当大家再次回到附图中时，如果初始状态没有失真，即，如果这四个电阻都相等，或者R1=R2，R3=R4，则桥接器输出为零。 在电阻片有变形的情况下，即在每个电阻片中产生电阻变化的情况下，即在R1中产生电阻变化的情况下，在R2中产生电阻变化，在R3中产生电阻变化的情况下，即在每个电阻