從測量技術的歷史發展過程和實際使用情況看，數據的量測與采集方法有

（1）用最簡單的工具進行人工測量、人工記錄。

（2）用儀器進行測量、人工記錄

（3）用儀器進行測量、記錄

（4）用自動化數據采集系統進行測量、記錄、處理。

?

? 用于數據采集的儀器設備種類繁多，按它們的功能和使用情況可以分為：傳感器、放大器、顯示器、記錄器、分析儀器、數據采集器，或一個完整的數據采集系統等。

3.2應變量測

? 應變的量測，通常是在預定的標準長度范圍（稱標距）內，量測長度變化增量的平均值??，由??求得??，這就是應變量測的基本原理。 應變量測方法主要有電測與機測兩類。電測法以電阻應變儀量測為主。

? 電阻應變儀量測應變是通過粘貼在試件測點的感受元件—電阻應變計與試件同步變形，輸出電信號進行量測和處理的。

3.2.1電阻應變計

1電阻應變片的原理與構造

電阻應變片的工作原理是基于電阻絲具有應變效應，即電阻絲的電阻值隨其變形而發生改變。

? 由?????可見，應變片的電阻變化率與應變值成線性關系。

? 不同用途的電阻應變片，其構造不同，但都有敏感柵，基底、覆蓋層和引出線，其結構如下圖

2.電阻應變片的分類及技術指標

? 應變計的種類很多，按柵極分為絲式、箔式、半導體等；按基底材料分為紙基、膠基等；按使用極限溫度分有低溫、常溫、高溫等。下圖為幾種應變片的形式。

下圖為幾種絲式應變花示意圖。

? 應變片的主要技術性能由以下指標給出：標距，規格，電阻值，靈敏系數，溫度適用范圍。

3.2.2電阻應變儀的測量電路

1.電橋基本原理

? 應變儀的測量電路，一般采用惠斯登電橋，見下圖。

? 利用橋路的不平衡輸出進行 測量的電橋稱為不平衡電橋，其測量方法稱為偏位測定法。偏位測定法適用于動態應變測量。

2.平衡電橋原理

? 現在的電阻應變儀都改用平衡電橋，即采用零位法進行測量，平衡電橋見下圖。

?

檢流計僅用來判別電橋 平衡與否，故可避免偏位 法測量的缺點。此法稱零 位測定法，零位測定法一般用于靜態電阻應變測量

3.溫度補償技術

? 溫度使應變片的電阻值發生變化的原因有二：一是電阻絲溫度改變時，電阻將隨之改變；二是試件材料與應變片電阻絲的線膨脹系數不相等，但兩者又粘合在一起，這樣試件溫度改變時，應變片中產生了溫度應變，引起一個附加電阻變化。

?

? 溫度補償的方法是在電橋的BC臂上接一個與測量片R1同樣阻值的應變片R2，R2為溫度補償應變片，如下頁圖。

某些被測結構或構件存在著應變 符號相反，比例關系已知，溫度條 件又相同的二個或四個測點，可以 將這些應變計按符號的不同，分別 接在相應的鄰臂上，這樣在等臂的 條件下，即都是工作應變計，又互 為溫度補償，如下圖所示。

4.多點測量線路

? 進行實際測量時,一個測點顯然是不可取的,因而要求應變儀具有多個測量橋,這樣就可以進行多測點的測量工作。下圖是實現多點測量的兩種線路。

? 電阻應變儀預調平衡的原理如下圖。

3.2.3實用電路與電阻片的粘貼技術

1.實用電路及其應用

(1)全橋電路

全橋電路就是在測量橋的四個臂上全部接入工作應變片,見下圖所示。

（2）半橋電路

? 半路電橋由兩個工作片和兩個固定電阻組成，工作片接在AB和BC臂上，另半個橋上的固定電阻設在應變儀內部。

（3）1/4橋電路

? 1/4橋電路常用于測量應力場里的單個應變。

2.電阻應變片粘貼技術

? 應變片是應變電測技術中的感受元件，粘貼的好壞對測量質量影響很大，技術要求十分嚴格。

? 應變電測法具有感受元件重量輕，體積小；量測系統信號傳遞迅速、靈敏度高；可遙測，便于與計算機聯用及實現自動化等優點。其主要缺點是連續長時間測量會出現漂移，粘貼技術比較復雜，工作量大；電阻片不能重復使用，消耗量也較大。

3.2.4應變的其他量測方法與儀表

1.機測法

主要優勢在于操作簡單、可重復使用，但精度一般稍差。手持應變儀如下圖。

2.光測法=====大變形測量，單目，雙目，立體攝影，，，，

較多用于節點或構件的局部應力分析。

3.3位移與變形量測

3.3.1結構線性位移量測

? 結構的位移主要是指構件的撓度、側移、轉角、支座偏移等參數。在結構試驗中，廣泛采用的有接觸式位移計和差動變壓器式位移計等數種。

1.接觸式位移計

? 接觸式位移計為機械式儀表，其主要構造如下圖，主要由測桿、齒輪、指針和彈簧等機械零件組成。

2.應變梁式位移傳感器

? 應變梁式位移傳感器的主要 部件是一塊彈性好、強度高的 鈹青銅制成的懸臂彈性簧片， 簧片固定在儀器外殼上。如 右圖所示。

3.滑線電阻式位移傳感器

? 滑線電阻式位移傳感器由測桿、滑線電阻和觸頭等組成，構造與測量原理如右圖。

? 由相鄰兩臂電阻增量相減的輸出特性得知：

4.差動變壓器式位移計

? 構造原理如右圖。

? 適用于整體結構的 側移測量。

5.位移測量的其他方法

?? 用水平儀進行測量， 可做多點位移且對大位移 測量方便安全。見右圖a。

? 還可以采用精度為1mm的方格紙作標尺來測定， 見右圖b。

3.3.2結構轉動變形測量

（1）杠桿式測角器

??? 構造見下圖，轉角

（2）水準式傾角儀

??? 構造見下圖，轉角

（3）電子傾角儀

? 電子傾角儀通過電阻變化來測定結構某部位的轉動角度。儀器的構造原理如下圖，并可以用電橋原理測量和換算傾角，?。

2.曲率測定

? 構件變形后曲率的測定，可以利用位移計先測出構件表面某一點及與鄰近兩點之撓度差，然后計算測區內構件的曲率。

? 測量曲率的裝置如下圖。

? 當時，?則：

3.剪切變形測量

? 當用右圖的測量方法時，剪切變形按下式計算。

當用右圖的測量方法時，剪切變形按 下式計算。

4.扭角測量

下圖是利用位移計量測扭角的裝置，用它可近似測定空間殼體受到扭轉后單位長度的相對扭角。

3.4力的量測

? 結構靜載試驗需要測定的力，主要是荷載與支座反力，其次有預應力施力過程中鋼絲或鋼繩的張力。

? 量測力的儀器也可分為機械式與電測兩種。由于電測儀器具有體積小、反應快、適應性強及便于自動化等優勢，目前使用比較普遍。

1.荷載和反力測定

? 荷載傳感器可以量測荷載、反力以及 其他各種反力。根據荷載性質不同,荷 載傳感器的形式有拉伸型，壓縮型和通 用型三種。各種荷載傳感器的外形基本 相同，其核心部件是一個厚壁筒。

2.拉力和壓力測定

? 測力計的基本原理是利用鋼制彈簧、環箍或簧片在受力后產生后產生彈性變形，將其變形通過機械放大后，用指針度盤來表示或借助位移計來反映力的數值。

? 在結構試驗中，用于測量張拉鋼絲或鋼絲繩拉力的環箍式拉力計如下圖。

3.結構內部應力測定

??? 埋入式應力栓????????????????埋入式差動電阻應變計

??????????????振動絲式應變計

3.5裂縫，應變場應變及溫度測定

3.5.1裂縫檢測

? 目前，最常用于發現裂縫的最簡便的方法是借助于放大鏡用肉眼觀察。

? 裂縫寬度的測量常用于讀數顯微鏡，它是由光學透鏡與游標刻度等組成的 復合儀器，如右圖。

? 除以上方法外，對某些材料和試件的裂紋擴展情況及擴展速率，可采用裂紋擴展片等以下方法進行測量。

1）裂紋擴展片

2）脆漆涂層

3）聲發射技術

4）光彈貼片

3.5.2應變場應變量測

1.應變場內任意點的應變

下圖為一個帶圓孔的拉伸試件。利用重疊貼片法，實際上是應用了牛頓插值公式的外推原理，如下圖。

2.應變場的應變分布

? 欲測量高應變梯度區域的應變分布規律，可以粘貼數組應變片，如下圖。

3.內部溫度測量

通常使用熱電偶或熱敏電阻，熱電偶的基本原理如下圖。

總結

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