土木工程结构试验3章1(11)

土木工程结构试验

土木工程结构试验与检测 Testing and Inspection for Civil Engineering Structure

自的导线电阻，RB为可变电阻，加以调节可给出预定的最小应变。

输入

输入

输出

输出

（

a） （b）

图3.2.9 普通温度自补偿片

（a）两单元温度自补偿片STC；（b）电路图 RT ＝ 补偿电阻； RG－工作电阻； RLT－补偿臂导线电阻； RLG－工作臂导线电阻； RB－镇流电阻器

3.3 位移量测（displacement measurement）

位移是工程结构承受荷载作用后最直观的反应，是反映结构性能的最主要参数，通过位移测定，不仅可了解结构的刚度及其变化，还可区分结构的弹性和非弹性性质。结构任何部位的异常变形或局部损坏都会在变形上得到反映。

3.3.1 线位移传感器（linear displacement sensor）

线位移量测仪器很多，常用的有百分表，千分表、电子

百分表，电阻式位移传感器，线性差动电感式位移传感器等。

1．机械式百分表和千分表（mechanical dial gauges）

机械式百分表外观如图3.3.1所示。当滑动的测杆跟随

被测物体运动时，带动百分表内部的精密齿轮转动，精密齿

轮机构将微小的直线运动放大为齿轮的转动，从百分表的表

盘就可读出线位移量。百分表的表盘按0.01mm 刻度，读数

精度可以达到0.005mm。百分表的量程一般为10mm、30mm

和50mm。百分表通过百分表座安装，安装时应注意保证百

分表测杆运动方向平行，被测物体表面一般应与百分表测杆

垂直。千分表的构造与百分表基本相同，但精密齿轮的放大图3.3.1 机械式百分表

倍数不同，其测量精密度可达到0.001mm或0.002mm，量程一般不超过2mm。

2．张拉式位移传感器（stretching displacement sensor）

张拉式位移传感器（如图3.3.2）通过钢丝与被测物体

相连，钢丝缠绕在张拉式位移传感器的转轴上，钢丝的另

一端悬挂一重锤。当被测物体发生位移时，重锤牵引缠绕

钢丝推动传感器指针旋转，然后从传感器的表盘读数。这

种位移传感器最大的优点是量程几乎不受限制，可以用于

大变形条件下的位移测量。传感器表盘的读数精度为

0.1mm

。在野外条件下采用张拉式位移传感器时，应注意

3.3.2张拉式位移传感器

土木工程结构试验

第3章 量测仪器与采集系统

Chapter 3 Instrumentation and Date Acquisition System

温度影响钢丝长度的变化，从而影响测量精度。

3．电阻应变式位移传感器（electrical resistance displacement sensor）

电阻应变式位移传感器的测杆通过弹簧与一固定在传感器内的悬臂梁相连（如图

3.3.3），在悬臂梁的根部粘贴电阻应变片。测杆移动时，带动弹簧使悬臂梁受力产生变形，通过电阻应变仪测量电阻应变片的应变变化，再转换为位移量。

图3.3.3电阻应变式位移传感器

1－测杆；2－弹簧；3－外壳；

4－刻度；5－电阻应变计；

6

－电缆

图3.3.4滑动电阻式位移传感器 图3.3.5线性差动电感式位移传感器 1－测杆；2－弹簧；3－外壳； 4－电阻丝；5－电缆 1－初级线圈；2－次级线圈； 3－圆形筒；4－铁芯

4．滑动电阻式位移传感器（sliding electrical resistance displacement sensor）

滑动电阻式位移传感器见图3.3.4，的基本原理是将线位移的变化转换为传感器输出电阻的变化。与被测物体相连的弹簧片在滑动电阻上移动，使电阻R1输出电压值发生变化，

通过与R2的参考电压值比较，即可得到R1输出电压的改变量。

5．线性差动电感式位移传感器（linear variable differential transformer, LVDT）

线性差动电感式位移传感器，简称为LVDT，其构造如图3.3.5所示。LVDT的工作原理是通过高频振荡器产生一参考电磁场，当与被测物体相连的铁芯在两组感应线圈之间移动时，由于铁芯切割磁力线，改变了电磁场强度，感应线圈的输出电压随即发生变化。通过标定，可确定感应电压的变化与位移量变化的关系。 3.3.2 角位移传感器（angular displacement

sensor）

角位移传感器附着在结构上，随着结构一起

发生位移。常用的角位移传感器有水准式倾角仪

和电子倾角仪。

1．水准式倾角仪（inclinometer）

图3.3.6为水准式倾角仪的构造。水准管1

安置在弹簧片4上，一端铰接于基座6上，另一

端被微调螺丝3顶住。当仪器用夹具5安装在测

点上后，用微调螺丝使水准管的气泡居中，结构

图3.3.6 水准式倾角仪 1－水准管；2－刻度盘；3－微调螺丝； 4－弹簧片；5－夹具；6－基座；

7－活动铰