结构试验-第二章 测试技术及相关仪器设备-2 测量仪表.ppt

第二章、测试技术及相关仪器设备 1. 测量仪表的基本概念 2. 应力（应变）测量、位移测量、裂缝及其他变形测量、力的测量 3. 振动参数的测量 4. 数据采集系统 测量仪表的基本概念 一、概述 二、量测仪表的基本组成 三、量测仪表的主要性能指标 四、选用原则 五、仪表的率定 六、常用仪器仪表 七、数据采集系统 一、概述 定义：是指用实验的方法，将被测量（未知量）与已知的标准量进行比较，以得到被测量大小的过程；是对被测量定量认识的过程 科学技术的发展与量测仪表和量测技术的不断完善与进步是分不开的 试验量测技术包括量测方法、量测仪器、量测误差分析三部分。 一、概述 土木工程的试验研究，主要量测内容有：外部作用，和外部作用下的结构反应（如位移、应力、应变、曲率、裂缝以及自振频率、振型、阻尼等）。 这些量测数据的取得需要正确选择量测仪器和掌握量测方法。随着科学技术的发展，先进的量测仪器不断涌现，种类繁多，原理各异。因此，试验技术人员除对被测参数的性质和要求深刻理解外，还必须对有关量测仪表的原理、功能和使用要求有所了解，才有可能正确选择仪表并掌握使用技术，取得良好的使用效果。 二、量测仪表的基本组成 感受部分 放大部分 显示记录部分 感受部分：感受被测参数的变化并转换和传给放大部分，称为传感器。 放大部分：将感受部分传来的被测参数，通过各种方式进行放大。 显示记录部分：将放大部分传来的量测结果，通过指针或电子数码管、屏幕等进行显示，或通过各种记录设备将试验数据或曲线记录下来。 数据测量方法: 人工测量与人工记录：如用直尺测量位移、裂缝宽度。 仪器测量与人工记录：如用百分表测量位移，或用应变仪配应变计或位移计测量应变或位移。 仪器测量与仪器记录：如用传感器配x-y记录仪进行测量和记录，或用传感器、放大器和磁带记录仪进行测量和记录。 数据采集测量与记录：计算机系统。 三、量测仪表的主要性能指标 1．刻度值： 仪器指示装置的最小刻度所指示的测量数值。 2．量程： 指仪器正常工作时的最大量测范围。 3．精确度： 仪器指示值与被测值的符合程度。 4．灵敏度： 指单位输入量所引起的仪表示值的变化 三、量测仪表的主要性能指标 5．分辨率： 使仪器输出量产生能观察出变化的最小被测量。 6．滞后： 同一输入量正反两个行程输出值间的偏差称为滞后，常以滿量程中的最大滞后值与滿量程输出值之比表示。 7．零位温漂和滿量程热漂移: 零位温漂：仪表的工作环境温度不为20℃时零位输出随温度的变化率。 滿量程热漂移：仪表的工作环境温度不为20℃时滿量程输出随温度的变化率。 三、量测仪表的主要性能指标 8．线性范围 保持仪器的输入量和输出信号为线性关系时，输入量的允许变化范围。 9．频率响应特性 仪器在不同频率下灵敏度的变化特性。 10．相移特性 振动参量经传感器转换成电信号或经放大、记录后在时间上产生的延迟叫相移。输出信号与输入信号的相位差随频率变化而变化的特性。 四、选用原则 1．满足量测所需的量程及精度的要求。最大被测值在仪表的2/3量程范围附近。最小刻度值不大于最大被测值的5%。 2．动态试验量测仪表其线性范围、频响特性以及相移特性等都应满足试验的要求。 3．对于安装在结构上的仪表或传感器，要求自重轻、体积小，不影响结构工作。 4．同一试验中所选用的仪器仪表种类尽可能少，以便统一数据的精度，简化量测数据的整理工作和避免差错。 5．选用仪表时应考虑试验的环境条件。 五、仪表的率定（标定） 用试验方法确定仪表的输出量与输入量之间的定量关系的过程。 （1）目的：确定仪器设备的灵敏度和精确度，应该在试验前 或试验前后对仪器设备进行标定。 （2）标定：单件标定：确定某一件仪器的灵敏度和精确度； 系统标定：确定某些仪器组成的系统的灵敏度和 精确度。（实际试验中采用） 传感器 放大器 显示记录 输入标准值 六、常用仪器仪表 1. 应力、应变的测量 2. 位移的测量 3.裂缝的测量 4.力的测量 5. 振动的测量 安排专门时间系统讲解 七、数据采集系统 数据采集系统有三大注意部分组成： 1. 传感器部分 2. 数据采集仪部分 3. 计算机 传感器：感受各种物理量，如力、线位移、角位移、应变、温度、加速度等，并把这些物理量转化为电信号。 七、数据采集系统 数据采集仪： A/D 转换并储存 计算机：作为整个数据采集系统的控制器，控制整个采样过程。 特别是对于组成是系统，计算机的控制包括采样的通道数，采样频率，采样规模等等。 硬件与软件（Labview，Matlab，VB……） 信号 A/D 计算机 力 应变 传 感 器 加速