1、用途

　　VWS-05型振弦式點焊型應變計適用于長期布設在測量鋼結構構件上的應變，諸如：橋梁、樁、隧道襯砌、建筑物等，并可同步測量布設點的溫度。

　　振弦式點焊型應變計彈性模量小，與被測結構物的隨動性好，測量中不會干擾原應力場，包含式設計,全不銹鋼結構，安裝簡單使用可靠。振弦式點焊型應變計具有智能識別功能。

　　2、規(guī)格及主要技術參數

　　注：頻率模數F=Hz²×10^-3

　　3、結構及工作原理

　　3.1結構

　　VWS-05型振弦式點焊型應變計由焊接基片、線圈、保護管、調節(jié)螺母、端座、溫度計、電纜等組成。

　　圖1

　　3.2工作原理

　　應變測量采用振弦原理：把一根鋼弦張拉在兩塊安裝塊之間，安裝塊焊接在待測鋼件表面。

　　表面的變形(如應變變化)導致兩個端座相對運動，從而引起鋼弦張力改變。用緊靠鋼弦的電磁線圈激勵鋼弦并測出其共振頻率。

　　振弦讀數儀與應變計連接后，讀數儀就可以提供必要的電壓脈沖去激勵并且直接顯示振動結果的微應變周期或其它量。即可測出結構物的應變量。同步測量埋設點的溫度值。

　　3.3計算方法

　　a) 當外界溫度恒定點焊型應變計僅受到軸向變形時，其應變量ε與輸出的頻率模數△F具有如下線性關系：

　　ε= k×△F

　　△F = F - F?

　　式中：ε—點焊型應變計的測量值，單位為10^-6;

　　k—點焊型應變計的測量靈敏度，單位為10^-6/F;

　　△F—點焊型應變計實時測量值相對于基準值的變化量，單位為F;

　　F—點焊型應變計的實時測量值，單位為F;

　　F?—點焊型應變計的基準值，單位為F。

　　b)  當點焊型應變計不受外力作用時(儀器兩端標距不變)，而溫度增加△T時，點焊型應變計有輸出量△F′，這個輸出量是由溫度變化而造成的，因此在計算時應給以扣除。

　　實驗可知△F′與△T具有如下線性關系：

　　ε′= k×△F′+ b×△T = 0

　　k△F′= - b×△T

　　△T = T - T?

　　式中：b—點焊型應變計的溫度修正系數，單位為10^-6/℃;

　　△T—溫度實時測量值相對于基準值的變化量，單位為℃;

　　T—溫度的實時測量值，單位為℃;

　　T?—溫度的基準值，單位為℃。

　　c)  布設在混凝土結構物或其它結構物表面的點焊型應變計，受到的是變形和溫度的雙重作用，此時的溫度修正系數為點焊型應變計的溫度修正系數與結構物的線膨脹系數之差，因此點焊型應變計一般計算公式為：

　　εm = k×△F + b′×△T = k×(F - F?) + (b-α)×(T - T?)

　　式中：εm—被測結構物的應變量，單位為10^-6;

　　α—被測結構物的線膨脹系數，單位為10^-6/℃;

　　混凝土的線膨脹系數通常取值為：α≈8～12×10^-6/℃。

　　d) 點焊型應變計的計算工程值乘以被測物的彈?？傻帽粶y物的應力。

　　σ=(k×(F-F?) + (b-α)×(T-T?))×E

　　4、溫度影響

　　鋼弦膨脹的溫度系數與安裝有應變計的鋼結構的系數相同,因此測量應變無需溫度校正。然而這只能在鋼弦和鋼結構處于相同溫度時才能實現(xiàn)，當陽光直射到應變計上，應變計溫度比鋼板要高，導致應變變化明顯。因此,要在應變計上加屏蔽以避免陽光直射。另外在讀數前，要避免用過大的力攥應變計，或快速采集讀數，或在讀數前有充足的時間讓應變計溫度重新穩(wěn)定?？傊?每次在對應變計讀數時記錄溫度總是一個好辦法，這樣，我們可以估計由溫度改變引起的實際應變。為了便于測溫，每支應變計都安裝有一支溫度計，它位于激勵線圈附近?？墒褂脷W姆計或VM103讀數儀連接綠、白線來讀取溫度，應變計連接在混凝土上參見附錄D。

　　附錄D一在混凝土中使用時的溫度修正　

　　振弦所用鋼材的溫度膨脹系數為12.2ε/℃，因此，由于應變計中溫度影響，混凝土總應變修正值用下面公式可計算出:

　　με_總=(R₁-R₀)+((T₁-T₀)×CF₁)

　　公式D-1由于應變計溫度影響的總混凝土應變修正值

　　上面公式中με全部包括混凝土中溫度引起的應變和應力變化引起的應變，在自由區(qū)混凝土溫度應變由下面公式給出:

　　με_溫度=(T₁-T₀)×CF₂

　　公式D-2混凝土溫度應變

　　在公式D-2中 CF₂代表混凝土膨脹系數，除非這個數值已知，假定額定值為10.4微應變每攝氏度。

　　因此，計算混凝土中應力變化引起的應變:

　　με_荷載=(R₁-R₀)+(T₁-T₀)x(CF₁ -CF₂)

　　公式D-3應力變化引起的應變計算

　　注意下列實例:

　　R₀=3000微應變，T₀=20℃

　　R₁=2900微應變，T₁=30℃

　　1.με_當前 =(2900-3000)= -100(壓縮)

　　2.με_當前 =(2900-3000)+(30-20)x12.2=+22(張拉)

　　3.με_當前 =(30-20)x10.4 =+104(壓縮)

　　4.με_當前=(2900-3000)+(30-20)x(12.2-10.4)=-82(壓縮)

　　注意:由于混凝土溫度系數已作假定，這些公式只作為總的指導。同樣，如果系數已知，可不考慮溫度而計算總應變(假定沒有變)。

　　5、安裝

　　本公司所提供的VWS-05點焊式應變計為全密封并呈繃緊的狀態(tài)。將激勵線圈的導線接入讀數儀并觀測顯示的讀數即可獲得應變計初始讀數，觀測讀數應在4000-4500F模數之間。輕輕壓應變計的兩末端，讀數應減小。拉應變計的末端，顯示的讀數增加。不能在應變計一端加壓(或拉伸)過大(>4  . 5kg)，否則可能損壞鋼弦。

　　檢查兩根振弦應變計導線阻之間的電(通常為紅、黑線)，線圈電阻應在大約120Ω±10Ω之間;當檢測時，應加上電纜電阻(22AWG雙鉸銅線電阻大約為50Ω/  KM，雙向乘以2)。熱敏電阻溫度計(溫度感應元件)的電阻也應檢查(通常為白綠線)。用附錄C表中的參數

　　(圖2)點焊型應變計安裝示意圖

　　5.1鋼弦松緊調節(jié)

　　在安裝應變計之前應根據結構監(jiān)測目的來調整應變計的預拉或預壓狀態(tài)。本公司提供的應變計弦松緊程度在出廠時均設置在中間量程，其給出的應變范圍大約為±1500微應變，即使應變計將其弦設置在中間量程進行安裝，先檢查所有應變計是否正常再安裝。

　　如果已知應變變化方向，鋼弦的松緊程度可在更大范圍內調節(jié)其為壓縮或拉伸狀態(tài)。

　　5.1.1用于壓縮應變測量應變計的調節(jié)

　　首先讀取應變計的一個讀數，然后通過調節(jié)應變針上的調節(jié)螺絲來使應變計呈預拉或預壓狀態(tài)(如圖3所示)。

　　圖3

　　小心調節(jié)螺母1 / 4圈(順時針，如圖3)，然后讀數。重復 此步驟直至獲得所期望的讀數。

　　5.1.2用于拉伸應變測量的應變計調節(jié)

　　方法與上述預拉調節(jié)相似，只是調節(jié)螺絲為逆時針方向為預壓縮。

　　小心調節(jié)螺母1 / 4圈(逆時針)，設置時用一臺便攜式讀數儀即可監(jiān)測其讀數。重復此步驟直至獲得所期望的讀數。

　　5.2點焊方式安裝應變計

　　在應變計松緊設置好后，即可進行安裝。由點焊方式將應變計鋼構件上需要以下工具和附件：電動磨打磨機、砂紙、安裝用試驗片、點焊機和手控焊把、氰基丙烯酸粘合劑、防水復合膏、用于固定應變計電纜的固定片。電纜扎線及膠帶(數量根據需要)。注意按照下列步驟進行：

　　1) 安裝基面準備 -  鋼件表面應平整和清潔、無銹、無油漬及無腐蝕。用適當的清潔劑擦拭除油，然后用電動磨床或打磨機、銼、鋼刷或砂紙以獲得一平整、光滑的安裝基面。

　　2) 點焊試驗片 -  在點焊應變計之前應進行點焊機的測試，以保證其功能正常，并且所采用焊接能量適度。從一定程度上來說，焊接能量即接觸壓力決定焊接的質量。對點焊式應變計來說，大約20～40瓦特/  秒焊接能量比較合適， 采用隨應變計所提供的試驗片進行一系列的試驗，以確定適當的焊接能量，然后完成如下圖所示的剝離試驗。

　　圖4 剝離試驗

　　當采用的焊接能量適當時，用鉗子將試驗片從鋼表面揭下后，在焊點處會出現(xiàn)一系列的小孔。如果采用的焊接能量不足，試驗片可以很松的拉開，揭下后在安裝基面上不會有小孔。如果焊接能量過大，試驗片會變色、熔化并可能從焊點噴濺出來。

　　放電打火通常表明試驗片和安裝基面之間不潔凈，也可能表明能量不足， 此時需要調整手控焊把的力度。

　　如點焊區(qū)域出現(xiàn)過大的變形，則需減小手控焊把所施加的力度或降低焊接能量。

　　3)點焊應變計 –  按照如圖5所示的焊接方式和順序點焊應變計的一端，應先從電纜引出線的一端開始，小心移開導線使其不阻礙焊接。開始點應從安裝基片上后面一行標記點的中間開始，沿離開后面一行的方向完成焊接。當基片上所有的點均焊完后，再按同樣順序點焊另一端。焊接時應輕壓并保持外觀上應一致，不得產生移位，要保持焊把尖端清潔，不要留有焊渣。要定時地用400號粗砂紙上輕輕磨一下，要保持尖端表面平滑，適當的清理可使得尖端不致于在點焊中與應變計基片粘接。

　　圖5

　　注意：當應變計用在曲面上時，建議在安裝片邊緣加焊第二行焊點(在周圍或標記點之間)。在兩端塊上敲打四、五次后，再進行儀器讀數，繼續(xù)敲打直至讀數穩(wěn)定為止。

　　4) 應變計保護 -  安裝完應變計之后，必須防止焊點氧化腐蝕，應變計本身不會被腐蝕，因它是不銹鋼制成的，但結構件的基材本身可能被腐蝕，尤其在焊點。除非用防水復合劑進行保護，保護的具體步驟如下：

　　a) 在基片邊緣小心滴幾滴粘合劑，粘合劑就會滲入凸緣和基片之間的空隙， 這樣就形成“第一道防線”。

　　b) 在基片區(qū)涂一層防水復合劑，為保護基片焊點，因此要小心涂滿基片，尤其要注意在應變計保護管下的基片的焊點。

　　5) 固定應變計電纜-可使用配備的固定片，將電纜導線接頭牢牢點焊到鋼塊上，并在導線上留出一些空隙。在導線接頭后約1英寸(25毫米)處，  再用另一個固定片將電纜點焊到鋼塊上，用電纜扎線 或膠帶將應變計電纜固定到結構上。

　　6) 檢查應變計讀數-連接便攜式讀數儀(第3節(jié))，檢查應變計讀數是否在所期望 的范圍內。如果應變計無讀數，可查看故障排除章節(jié)內的說明。

　　5.3應變計及電纜保護

　　應變計和接頭應予以保護，使其免受機械損傷和浸水。應變計由角鋼或槽鋼做成的蓋板保護，蓋板扣在應變計頂部， 焊機直接焊到蓋板表面。

　　6、測量

　　現(xiàn)場測量點焊型應變計用VW-102A型讀數儀，將測量線一頭連接讀數儀，測量線另一頭的各色夾子對應連接點焊型應變計的輸出電纜，  黑、紅測頻率，白、綠測溫度。點焊型應變計內附有智能識別芯片，其內存貯有該點焊型應變計的編號、標定系數K、溫度修正系數b等信息。用讀數儀測量時會自動將識別信息讀出，順序存入讀數儀內，通訊給計算機，方便快速統(tǒng)計計算及查詢，使測量工作實現(xiàn)人工智能無紙化操作。

　　工程現(xiàn)場多支點焊型應變計電纜被意外挖斷，僅用讀數儀測量一遍，就可自動識別出每支點焊型應變計所對應的編號及身份信息。

　　7、應變計故障檢查

　　紅/黑之間正常600多歐姆

　　綠/白之間測出阻值查表可以得出溫度

　　紅或黑或綠或白對地之間正常絕緣20兆歐姆以上

　　紅或黑對綠或白之間正常絕緣20兆歐姆以上

　　如果以上測量不正常說明傳感器或接頭待檢查，請與我司技術人員聯(lián)系

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　　·VM-103 全功能讀數儀、MCU 系列自動化采集模塊

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　　遵循標準

　　·GB/T 3408.2-2008 《大壩監(jiān)測儀器應變計》

　　·GB/T 15406-2007 《巖土工程儀器基本參數及通用技術條件》

　　·GB/T 24105-2009 《巖土工程儀器基本環(huán)境試驗條件及方法》

　　·GB/T 13606-2007 《巖土工程儀器 振弦式傳感器通用技術條件》

　　·SL 530-2012 《大壩安全檢測儀器檢驗測試規(guī)程》

　　·DL/T 1271-2013 《鋼弦式監(jiān)測儀器鑒定技術規(guī)程》

　　·GB/T21029-2007《巖土工程儀器系列型譜》

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