建筑结构试验指导书朱志辉.docx
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建筑结构试验指导书朱志辉
结构检验实验指导书
土木工程专业用
中南大学土木工程学院
试验一电阻应变片的粘贴及防潮技术
一、试验目的：
掌握应变片的粘贴技术
二、试验仪表与器材
1．直流电桥
2．兆欧表
3．万用表
4．粘接剂
5．常温用电阻变应片：
（每人一片）
6．钢桁架
7．电烙铁等小工具
8．丙酮
三、试验方法
1．电阻应变片的选择
在应变片灵敏系数K相同的一批应变片中，用直流电桥测量应变片的电阻值R，将电阻差值变化在±0.5Ω范围内的应变片选出待用。
直流电桥的使用：
选好倍率精度（指示表上方），调好指示表为0，将被测应变片接入接线端RX，然后，同时接下开关B和C，旋转4个旋钮（从大到小），使指示表指针指0。
此时，4个旋钮指示数值和再乘以倍率，即是被测应变片的电阻值。
该片的阻值和灵敏系数K（应变片厂家标定）应作记录。
2．桁架试件表面的处理
用砂纸、锉刀等工具将试件贴片位置的油污、漆层、锈迹除去，再用细砂纸打成450交叉纹，并用棉球蘸丙酮将贴片位置擦洗干净，到棉球洁白为止。
然后，在试件上用画针画出贴片的准确位置。
3．粘贴
用左手掐住应变片引线，右手在应变片沾贴面上薄薄的涂上一层粘接剂（注意应变片的正、反面），同时，在试件贴片位置上涂上一层粘接剂，并迅速将应变片准确地放在粘贴位置上，将一小片塑料薄膜盖在应变片上面，用手指顺着应变片依次压多余的胶水，按住应变片1-2分钟后把塑料薄膜轻轻揭开，检查有无气泡、尧曲、脱胶等现象，如影响测量时，应重贴。
最后，贴上连接片，焊出引线，作好引线编号。
4．检查
（1）用万用表的电阻挡检查应变片有无短路、断路现象，如不能排除故障，则重贴。
（2）用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘度（500MΩ以上合格）低于500MΩ时，则用红外线灯烘烤至合格。
方法：
兆欧表红接试件，黑接应变片，由慢逐渐加快地摇动仪表手把，指针偏转至一定位置上，指出的数值即为绝缘度。
5．制作防潮层
为使应变片能在潮温环境或混凝土中具有足够的绝缘度，在应变片贴好后，必须制作防潮层。
示意图如下：
四、实验报告要求：
1．简述整个操作过程及注意事项；
2．简单分析故障原因和排除方法；
3．体会与建议。
五、思考题：
万用表、兆欧表、电桥的使用应注意什么？
应变片粘贴应注意什么？
试验二静态电阻应变仪操作试验
一、试验目的
1．熟悉电阻应变仪的操作过程
2．掌握电阻应变仪单点测量的基本原理
3．学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法和调试
4．学习预调平衡箱的使用
二、试验设备及仪表
1．YJ-26静态电阻应变仪，及预调平衡箱
2．TJ-Ⅱ型不锈钢等强度梁
三、试验原理及方法
静态电阻应变仪的读数ε仪与各桥臂应变片的应变值εi，有下列关系：
ε仪=（ε1-ε2+ε3-ε4）
式中ε1、ε2、ε3、ε4分别为四个桥臂的应变值。
（一）半桥接线与测量
图2-1图2-2
如果应变片R1接于应变仪AB接线柱，温度补偿片R2接于BC接线柱，则构成外半桥，如图2—1，另内半桥由应变仪内部两个无感绕线电阻构成。
应变仪读出的应变值为：
ε仪=ε1
若梁上同一截面处的压区和拉区分别贴应变片R1和R2接于AB和BC接线柱构成外半桥，如图2-2，两电阻应变片则互为补偿，应变仪读出应变值为：
ε仪=ε1-ε2
又因ε1=-ε2，所以有：
ε仪=2ε2
（二）全桥接线与测量
如果梁上一截面的压区贴片R1、R3接于AB、CD接线柱，温度补偿应变片R2、R4
图2-3图2-4
接于BC、DA接线柱，构成全桥，如图2-3。
而应变仪读出应变值为：
ε仪=ε1+ε
因ε1=ε3，故有：
ε仪=2ε1
若梁上同一截面的压区应变片R1，R3仍接于AB和CD接线柱，而拉区贴应变片R2、R4，并接于BC和DA接线柱组成全桥，如图2—4，则应变仪读出应变值为：
ε仪=ε1-ε2+ε3-ε4
因ε1=ε3=-ε2=-ε4，故有：
ε仪=4ε1
（三）等级度梁特性
1．最大加载量G=50N
2．各断面应力相对误差δ=3%（产品误差）
3．梁厚h=3.5mm
四、试验步骤：
1．按上述接桥方法分别接通桥路，并须复查无误。
2．用螺丝刀在电阻应变仪上的调零孔中进行调平至指针对零。
3．预加10N力检查仪表和装置工作是否正常。
4．正式试验，每级加载10N，共加四级。
记取读数，重复三次（若两次相差＜5με不再做第三次）试验数据填入表1。
5．测定计算等强度梁弯应力理论值时所需的有关数据。
6．做完以上试验之后，用联线把预调平衡箱与仪器接通，并把电阻片的导线分别按半桥；全桥改接在平衡箱上。
初步学习如何应用平衡箱做多点测量。
五、试验报告
1．按要求整理出各种测量数据，并作应变仪按半桥和全桥接线测量的比较。
2．讨论不同桥路接法的优缺点和使用条件。
3．分析对比等强度梁的理论计算值与实测值及体会。
表1
接法
半桥接法
（1）
半桥接法
（2）
荷载
次序
0
10N
20N
30N
40N
0
10N
20N
30N
40N
1
2
3
平均
接法
半桥接法
（1）
半桥接法
（2）
荷载
次序
0
10N
20N
30N
40N
0
10N
20N
30N
40N
1
2
3
平均
附：
YJ-26静态电阻应变仪一般操作程序
一、前面板各部分名称和作用
前面板排列示意图如图1所示：
图1
前面板各部分功能说明：
①电源开并（琴键自锁开关）：
按下此开关，仪器接通电源。
②电源检测开关（琴键无锁开关）：
按下此开关，红色发光二极管③便亮；如发光二级管很亮，说明干电池电源充足；如光发二级管较暗，说明干电池电源已不足。
在仪器使用过程中，一般不按下此开关。
③发光二极管：
见②说明。
④基零开关：
基零、标定、测量开关为琴键互锁开关。
按下此开关，仪器显示应为0000或-0000，如不为零值可调节后机板上“调基零”电位器
。
⑤标定开关：
按下此开关，仪器处于内标定状态，并且为正值显示，调节灵敏度电位器便可得到相应的标定值。
内标定值与仪器输入信号大小无关。
⑥测量开关：
按下此开关，仪器处于测量状态。
⑦灵敏度电位器：
根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变片灵敏系数为一致。
顺时针方向旋转电位器，增大灵敏系数；反之则减小灵敏系数。
本仪器在设计时定为：
当灵敏系数为2.00时，标定值为15000με，灵敏系数与标定值关系如表1所示。
当应变片灵敏系数为表1中未列出的数值，则用户根据Kε=K’ε’原理求得相应的标定值，由上可知，当K=2.00，ε=15000με，在已知K’情况下可得
调节灵敏度电位器，使仪器显示为ε’值，则此时仪器的灵敏系数为K’值。
表1
灵敏系数K
标定值（με）
1.80
16667
1.90
15786
1.95
15384
2.00
15000
2.05
14634
2.10
14286
2.20
13636
2.30
13043
2.40
12500
2.50
12000
2.60
11538
⑧调节电位器：
当测量桥路处于不平衡状态时，调节该电位器，使仪器显示为0000或-0000。
顺时针方向旋转电位器，显示朝正值增大方向变化；反之显示朝负值增大方向变化。
⑨显示器：
四位半液晶数字显示，直接显示应变值（με）。
当仪器显示为正值时，符号“+”不显示出来；当仪器显示为负值时，符号“—”有显示。
二、后面板各部分名称和作用
后面板排列示意图如图2所示：
图2
后面板各部分功能说明：
⑩接线柱组A、B、C、D1、D、D2：
各接线柱与测量桥路各顶端的对应关系如图3所示：
图3
从图4可见，作为半桥测量时，D1、D、D2三点必须用连接片
短接起来，作为全桥测量时，D1、D、D2三点之间必须断开，即去掉连接上
，单点测量时，A端与B端之间，B端与C端之间分别接上工作片和补偿片，多点测量时，A端与B端之间、B端与C端之间不接任何片子，而是通过预调平衡箱来实现。
（11）接口输出座：
从该座子上直接可得仪器内部A/D转换器（7135）上串行输出信号，座子上编号与串行输出信号对应关系如表2所示，用户可根据需要，自行配打印接口等。
表2
座子编号
输出信号
座子编号
输回信号
座子信号
输出信号
1
ST
6
POL
11
B3（MSB）
2
DGND
7
R/H
12
D3
3
BUSY
8
OR
13
D4
4
D2
9
D5（MSD）
14
B4
5
D1（LSD）
10
B2
15
B1（DSB）
图4
（12）预调箱插头座：
本仪器可直接与P01R—18型预调平衡箱相连接。
五芯插头座接线如图4所示：
（13）、（14）外接直流稳压电源插头座；当本仪器不使用干电池，而直接用外接电源时，可用两组相同的直流稳压电源（+4.50~+0.60）V直接插入到这两个座子上，内部干电池将自动断开。
外接电源插头线及座子正负极性分别由图5和图6所示。
图5图6
（15）连接片：
见
说明。
（16）调基零电位器：
见前面板各部分功能说明④。
三、使用条件
本仪器在下列条件下可以使用：
1．环境温度：
0-400C，温度变化速度不大于10C/h。
2．相对温度：
30%-85%。
3．周围无腐蚀性气体及强磁场干扰。
4．使用时避免强烈的震动与冲击。
5．仪器预热时间为30min。
四、测量桥路的准备工作
1．测量片和温度补偿片的阻值及温度系数、灵敏系数应尽量相同，这样便于平衡和测量。
补偿片应贴在与试件相同的材料上，与测量片保持同样的温度，应变片对地绝缘电阻应在500MΩ以上，测量片不受阳光曝晒，高温辐射的空气剧烈流动的影响。
2．测量导线采用屏蔽电缆（推荐用RVVP聚乙烯屏蔽电缆）。
测量时导线不能移动。
3．在单点测量情况下，选择测量桥接线方式：
（1）半桥测量：
在应变仪D1、D、D2接线柱之间连接片短路并旋紧，在应变仪A、B、C接线柱之间接应变片并旋紧。
（2）全桥测量：
将应变仪D1、D、D2接连柱之间用连接片拿掉（开路）；在应变仪A、B、C接线柱之间接应变片并旋紧。
4．本应变仪与P10R-18型预调平衡箱配用可作多点测量（10点以下用一台平衡箱，10点以上用数台平衡箱联用）。
用五芯插头线连接应变仪和预调箱。
（1）应变仪A、B、C接线柱不再接应变片，而D1、D、D2接线柱上的连接片半桥测量时加，全桥测量时去掉。
（2）半桥测量单点补偿时，先将C排接线柱上五点连接片去掉，然后将各点的测量片和被偿片分别接到平衡箱A、B和B、C接线柱上。
（3）半桥测量5点公共补偿时，可将各点的测量片接到A、B接线柱上，并将C接线柱用5点连接片连好并旋紧，在B、C间接入补偿片。
（4）半桥测量10点公共补偿时，可在（3）的基础上再将两排C接线柱用导线短接起来。
（5）全桥测量时，全部连接片去掉，分别在A、B，C、D接线柱上接入测量片和补片。
（6）多台平衡箱联用时，当某点预调平衡或测量时，除该台平衡箱开关置于相应某点位置外，其余各台平衡箱的开关均应置于“切换”位置上。
五、仪器使用的准备工作
请按下列步骤顺序进行：
1．首先确定是使用外接直流稳压电源还是干电池供电．注意将干电池装入仪器中时正负极一定要正确；外接直流稳压电源插头上极性应与图6所示一致。
当干电池已装入仪器中，再外接直流稳压电源时，只要将外接直流稳压电源直接插入到仪器后面的面板上即可。
2．D1、D、D2用连接片短接起来并旋紧，在A、B与B、C间接入用胶木密封的2X120Ω精密线绕无感电阻，其中两根相同颜色线分别接入到A、C接线柱上，另一根颜色接入到B接线柱上。
3．先按下“基零”琴键开关④。
4．按下电源开关①。
仪器显示应为0000（一0000）或零值附近值。
5．按下电源检测开关②，如发光二极管
很亮，说明干电池充足；如发光二极管较暗，说明干电池已不充足，此时最好更换电池，如果确认干电池是充足的，则此项内容可省略。
6．按下“测量”档琴键开关⑥，调节“调零”电位器⑧，使仪器显示为0000或一0000。
六、仪器的使用
1.根据实际测量情况，确定好测量桥的联接方式，详见（四）中的3．4中的内容。
2．按下电源开关①，仪器预热30min。
3．按下“基零”琴键开关④，仪器显示应为0000（一0000），如显示不为零值，可调节后面板上“调基零”电位器，使仪器显示为零值。
4．如果应变片灵敏系数不为2.00时，按下“标定”琴键开关⑤，调节“灵敏度”电位器，使仪器显示为该灵敏系数所对应的标定值，参阅表l与式
（1）进行。
注意：
当“灵敏度”电位器调节好后，在整个测量过程中不允许再调节该电位器。
5．按下“测量”档琴键开关。
注意：
如果是单点测量（即测量点未经预调平衡箱），可调节应变仪上“调零”电位器⑧；如果是多点测量，则不可再调节应变仪上的“调零”电位器⑧，每点测量桥路的预调平衡方式须通过调节预调平衡箱所对应的电位器来实现。
预调平衡方式有两种情况，a．将所有点测量桥路的平衡都调节在0000（或一0000）值上；b．将所有点测量桥路的平衡进行粗略调节，即每个桥路的初始值不尽相同。
6．测量值记录；采用逐点测量逐点记录方式。
对于5a情况：
应变仪读值即为每点试件测量值。
对于5b情况：
测量前必须读取初始值，加载后记录末读数，末初读数之差，才为试件测量值。
七、测量值修正
符号说明：
将得到的测量值用ε表示；修正后测量值用ε’表示。
1．采用不同桥路结构形式
当同一测量桥路中设有1片工作片，1片补偿片时，对测量值不需要进行此项修正。
当测量桥路中有2片或4处工作片时，需要对测量值分别按下式进行修正。
半桥（2片工作片）：
式
（2）
全桥（4片工作片）：
式（3）
2．测量长导线修正
当应变片与预调平衡箱或应变仪之间的联接的导线较长时，设导线电阻的阻值为r（Ω），由于r串联接入桥臂，但r不随应变而变化，从而使测试桥臂阻值的相对变化率减小，从应变仪上得到的测量显示值也相对减小，所以测量导线较长必须对测量值进行修正。
式（4）
对半桥（
（1）1片工作片、1片补偿片
（2）2片工作片）、全桥测量方式上式式（4）均适用。
长导线联接示意图如图7所示。
图7
3．桥路非线性修正
当测量大应变并且桥路中只有1片工作片时（2片工作片及全桥测量时不需要进行此项修正），桥路输出电压与实际应变值之间的关系为非线性，非线性误差（相对误差）为：
，因而在大应变测量时对测量值需要进行修正。
式（5）
一般当应变测量值大于1000με时进行此项修正。
注意：
式（5）计算时分母项κε的乘积必须是无量纲的，微应变转为应变进行计算。
如得到的测量值为+1200με，则需要转为：
1200微应变→1200×10-4应变。
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