一、应变片
1、基本概念
结构强度评定是试验的主要工作 目前难以直接量测应力 应变量测 虎克定理 技术限制 换算应力
仪器应变分辨率：一般为1×10-6或更优 应变为局部指标

注意：
L L
应变为无量纲参数 量测中一般采用1×10-6表示 有时采用με表示，1με = 1×10-6 με为非法定计量单位
3)电测传感器：利用电子、电磁学等原理，感知并将输入非电量 转换为便于电量（u、I、R、L、C、Ф、Q） 4)机械式仪器：利用齿轮、杠杆等将输入放大，指针指示 5)电测传感器举例


铂电阻Rt100(热敏电阻)：Rt=R0+0.0385t
电阻应变片：
R K R
机械百分表原理
机械百分表面板
采集分析及输出
记录、存储、显示 实现各种分析功能
利用电子、电磁学原 理，感知并将输入转 换为u、I、R、L、C、 Ф、Q等电量
粘贴应变片
感知应变 R K
R
将电阻转换为电压
放大、采集记录
应变片电测—信号流程
2、传感器
1)传感器：量测系统第一环节，也称一次仪表，以电测较为常见
2)传感器作用：感知并将输入转换为便于测量的物理量
max
E ——材料的弹性模量 μ —— 材料的泊松比 θP —— 主应力方向
6、电阻应变片特性 电阻值R： 120Ω常用，非120Ω应变计有时需修正
灵敏系数K：金属箔式应变片K=2.0~2.5 绝缘电阻： 敏感丝栅与基底间电阻，其值越大，效果越好
标距：
敏感丝栅纵向长度
时间零飘： 恒定温度环境中应变片电阻值随时间变化特性 温度漂移： 温度变化应变片电阻值随之改变的特性

信噪比(S/N)：有效信号(Sinal)与信号中混杂噪声(Noise)比值
某连续刚构桥实测动应变-信躁比低
该信号经数字滤波-信躁比提高
传感器自振频率

幅频特性：仪器在不同输 入信号频率下灵敏度变化 特性 待测信号频率要位于幅 频特性的平坦段
加速度传感器幅频特性曲线

相频 ( 相移 )特性：输入 输出相位差随输入信号 频率变化的特性
桥梁结构变位：挠度、水平位移、转角、支承位移等，活载挠度 反映桥跨结构刚度，是一个重要的整体指标 结构变位测试设备种类很多，主要包括 1)应变式位移传感器配套静、动态应变仪 2)机械式位移测量仪器，根据量程不同分为千分表、百分表和张 丝式挠度计
3)光学测量仪器，包括精密光学水准仪、电子水准仪、全站仪等
应变片标距
L
绝缘电阻概念
衡量应变片敏感丝（引出导线）与 构件间的绝缘性能 绝缘电阻偏低，数据易漂移，可靠 性受影响 绝缘电阻一般要大于100MΩ,长期测 量要求不小于200MΩ
潮湿环境对绝缘电阻有更高要求
7、应变片选用
标距：钢筋等质材料：3~5mm；混凝土：L≥4φ(粗骨料粒径),60~100mm 小构件、应力梯度大、应力集中:小标距(如1mm) 种类：常温型箔式应变片 阻值：常用120Ω，同一次试验阻值相同，离散性宜在0.2Ω内 灵敏系数：同一次试验灵敏系数相同 单向应变：单轴片；平面应变：应变花 预应力混凝土与普通钢筋混凝土结构应变测试，如何选用应变片？



量测技术基本要求
掌握常用仪器原理 熟悉仪器技术特点 合理选择测试方法 正确操作（选用），针对性控制误差


熟悉待测参数特征
熟悉现场环境条件
合理选择仪器
控制误差，掌握仪器适用


结构试验待测参数（桥梁为例）
结构强度：应变
结构刚度：竖向挠度 抗裂性能：裂缝宽度、长度、分布、特征、活动性 稳定：横向位移、扭转等 动力性能：冲击系数、自振频率、阻尼特性等

误差：测量值与真值之间的差异 精度：最大误差与满量程比值(F.S%)，精度与分辨率无必然关系 现场试验精度往往达不到标称精度,应优先选择可靠性高的仪器

稳定性：量测同一物理量，因时间、温度变化而致的示值变化 应优先选择稳定可靠仪器
动应变信号存在漂移

动挠度信号稳定，无漂移
线性度:输入和输出保持线性关系时，输入量所允许变化范围
5、使用现行有效检测规范 6、完善的质量管理体系 . . .
2.2 静力试验量测仪器
桥梁结构静力试验主要待测参数包括应力（应变）、变位、裂缝等
常用量测仪器相见教材P12~P13，表2.1
需重点掌握的量测仪器和方法： 应变量测
变位（挠度）量测
裂缝（宽度）量测 振动测试（磁电式、压电式）
2.2.1 应变测试
电阻应变仪 电阻应变片
常用方法，适用性强
信号稳定，受温度、电磁干扰影响较小 安装要求高，应变传递可靠性较差
工具式应变计
不适合测定钢筋应变
小构件受弯测试有系统误差
电阻应变仪
2、应变测试方法
3）振弦应变计配合频率读数仪 设备简单，性能可靠
振弦应变计
数据稳定，受温度、电磁干扰影响小
可预埋测定混凝土内部应力 系统误差较大
R K R
以一根金属丝为例说明其转换原理
R l A
2r
L
L
dR dl dA d R l A
dl l
dA 2 A
d dV dl c c(1 2 ) =c(1 2 ) V l
dR 1 2 c(1 2 ) R


施工质量：表观缺陷、混凝土强度、线形、索力等
耐久性：钢筋锈蚀、混凝土保护层厚度、裂缝宽度等 其他
2.1.1 量测仪器的基本组成
1、量测仪器的组成（电测为例）*
传感器
感知并将被测量转换 为便于测量的电信号
放大调理器
将传感器输出进行放 大、调理、转换，便 于后续仪器采集分析 将电量转换为电压并 放大。还具有阻抗变 换，信号滤波，微积 分功能
4)连通管
2.1.2 检测仪器的分类
3、裂缝测量设备
卷尺钢尺、裂缝宽度测试仪、裂缝深度测定仪等 4、荷载测量设备
应变式测力传感器、振弦式测力计、压力环等
5、振动测量设备 磁电式速度计、压电式加速度计、ICP型加速度计、应变式加速度 计、伺服式加速度计等传感器以及配套的放大器
2.1.3 仪器主要性能指标*
6、标定周（检定）期：根据设备的特性确定，大多为一年
7、标定（检定）方法
系统标定 单件标定
补充知识：检测机构合法地位要素(不限于此)
1、经行业主管部门批准，机构取得从业的资质证书
2、机构经省级计量部门的计量审查认可(行政许可)
3、检测设备定期检定/校准/比对合格,符合国家计量法规
4、检测人员接受培训，获得所从事检测工作上岗（执业）证书
输入信号
输出信号
2.1.4 保证量测结果可靠性措施
1、与检测要求相适应的软、硬件设备
2、正确使用和操作
合适的测试方法 设备处于正常工作状态 正确操作（参数设置、安装、数据处理等）
3、适宜工作环境
设备对环境适应性好
周边干扰因素控制 环境条件：温度变化、潮湿环境
电磁干扰：手机、对讲机、高压线、变电站、发射基站、特殊灯具
2、应变测试方法
1）应变片与应变仪组合 2）工具式应变计与应变仪组合 3）高分辨位移计测量平均应变 4）钢弦应变计配套频率读数仪
5）光纤等新型传感器
主要介绍第1种，应变电测的信号流程、原理以及应用
2、应变测试方法
1）应变片配合应变仪 常用方法 应变传递可靠，贴片要求高 小标距应变片可测应力集中和钢筋应变 信号受温度、潮湿环境、电磁干扰影响大 适合短期和气候条件好的场合 2）工具式应变计配合应变仪

量程: 测量范围 被测量应处于仪器的合适量程，一般宜处于1/3~2/3内

分辨率(最小刻度值): 仪器最小能检出的被测物理量 量测设备应有足够分辨率。对同类仪器，分辨率越高，量程越小

灵敏度: S=输出/输入，与分辨率互为倒数 在保证精度和可靠性前提下，尽量选择高灵敏仪器，灵敏度越
高，仪器分辨率也越高
型应变计。稳定
磁偏位数码应变计检测结构应变 好、抗干扰能力 强、精度高、安
装误差小
应变电测应用十分广泛**

应变(应变计)
强度评定：σ=E×ε


位移(应变式位移计)
荷载(应变式测力计) 加速度(应变式加速度计)
结构刚度评定
荷载控制 振动测试

裂缝捕捉(应变计)
裂缝捕捉
………… 应变电测系统组成**
第三章 试验量测技术与量测仪表
2.1

概述
获取反映结构性能的量化数据，是试验工作的核心 影响数据质量因素：仪器性能、测试方法、环境、人员
量测技术：应用适宜仪器仪表和测试方法，对结构力学参数 (量值) 进行测量和观测的技术
保证量测准确性的关键:适宜测试方法，仪器仪表正确应用 正确使用仪器仪表的要素 理解仪器的原理及适用性 仪器性能完好，操作正确 仪器处于适宜的工作环境
2.1.2 检测仪器的分类
根据桥梁结构试验检测仪器的用途可以分为以下几类
1、应变测试设备
最常用的设备，可分为以下几种： 1）电阻应变计配套静、动态应变仪
2）工具式应变计配套静、动态应变仪
3)振弦式应变计配套频率读数仪 4)采用高灵敏位移计，通过测定区段变形换算平均应变
2.1.2 检测仪器的分类
2、变位测试设备
4、电阻应变片构造
敏感丝栅、基底、覆盖层、引出线组成
BX120-80AA应变片
应变片构造和组成
敏感丝栅：感知并将应变转换为电阻变化
基底：
覆盖层： 引出线：
使敏感丝栅和被测构件间绝缘，丝栅定位