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电阻式应变片在桥梁健康监测应力监测中的作用

电阻式应变片在桥梁健康监测应力监测中的作用

  电阻应变片是专门针对结构应变测量的仪器,和电阻应变仪配套使用,与其相应的各种结构试验及施工测试方法工艺非常成熟,针对大型结构测点多、结构复杂的特殊要求,开发了数十、上百路的多通道应变寻检仪。但是应变片由于其原理的制约,输出信号极为微弱,极易受引线长度及连接质量、环境温度及电磁场等内外界因素的影响,给其后续应变测量仪的信号处理留下了许多隐患,使得应变测量仪的现场标定、漂移抑制、调零成了困扰工程测量界的几大难题。特别是用于大型结构中的多路应变测量仪,每次测量时都需要对其每一路进行调零、校正、标定,不但仪器十分复杂、昂贵,而且操作繁琐、困难,应变片测量精度及长期可靠性始终不能令人满意,一般仅用于施工及验收时作参考,基本上是不能用于时间较长的施工监测。由于桥梁荷载试验对于应变传感器耐久性、长期稳定性要求不高,基本上为一次性使用,测量后又省去回收的麻烦,且电阻应变片价格低廉,所以在荷载试验中大量使用。下面就对“应力与应变”和“应变片”进行学习。

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  1、应变片的构造

  应变片的构造应变片有很多种类。一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜(15-16m)上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅(3-6m),然后再覆盖上一层薄膜作成迭层构造。

  2、电阻应变片的原理

  将应变片贴在被测定物上,使其随着被测定物的应变一起伸缩,这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理,通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金,其电阻变化率为常数,与应变成正比例关系。

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  使用应变片测量应变使用方法非常简单,是测量应变时最经常使用的工具。拉伸金属线时电阻会发生变化。根据实验结果可知,很多金属在弹性范围内(包括拉伸与压缩)电阻变化率与应变成正比例关系。把这种金属线贴在物体的表面,就可以通过测量电阻的变化来测量应变。电阻线要使用电阻率高的材料,直径在 1/50~1/200mm之间。一般选用铜铬合金线(Adavance 线)。测量电阻变化一般使用带有电桥回路和放大器的装置。应变片本身的追随能力可以达到数百kHz,通过组合的测定装置可以对冲击现象进行测量。行驶中的车辆,飞行中的飞机等各部位的变动应力可以通过应变片和测定装置进行初步的测量。

  3、应变片的粘贴方法

  1、选择合适应变片(确保应变片质量,挑选能组成温度补偿的应变片(阻值相差小于±0.1Ω))。

  2、应变片定位:在选定位置划出十字线,划线深度要适中。

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  3、结构表面打磨:先用粗砂纸打磨结构表面再用细砂纸精磨(45度交叉纹)。

  4、结构表面清洁:用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面,擦洗2-3遍后,表面不可再用手接触。

  5、应变片的粘贴:将应变片立即贴在十字线的中心位置,并用手指隔着薄膜对应变片轻压。

  6、应变片的连接及测试:在应变片旁边用胶水贴上接线端子,将应变片导线焊在接线端子上,注意导线不能与被测物体接触造成短路,最后用导线通过接线端子连上应变仪即可。

  电阻应变片由于其耐久性、稳定性、可靠性极差,只能用于施工、成桥验收或荷载试验中,基本上不用于结构施工监测中。

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