1、用途

　　VWS-05型振弦式点焊型应变计适用于长期布设在测量钢结构构件上的应变，诸如：桥梁、桩、隧道衬砌、建筑物等，并可同步测量布设点的温度。

　　振弦式点焊型应变计弹性模量小，与被测结构物的随动性好，测量中不会干扰原应力场，包含式设计,全不锈钢结构，安装简单使用可靠。振弦式点焊型应变计具有智能识别功能。

　　2、规格及主要技术参数

　　注：频率模数F=Hz²×10^-3

　　3、结构及工作原理

　　3.1结构

　　VWS-05型振弦式点焊型应变计由焊接基片、线圈、保护管、调节螺母、端座、温度计、电缆等组成。

　　图1

　　3.2工作原理

　　应变测量采用振弦原理：把一根钢弦张拉在两块安装块之间，安装块焊接在待测钢件表面。

　　表面的变形(如应变变化)导致两个端座相对运动，从而引起钢弦张力改变。用紧靠钢弦的电磁线圈激励钢弦并测出其共振频率。

　　振弦读数仪与应变计连接后，读数仪就可以提供必要的电压脉冲去激励并且直接显示振动结果的微应变周期或其它量。即可测出结构物的应变量。同步测量埋设点的温度值。

　　3.3计算方法

　　a) 当外界温度恒定点焊型应变计仅受到轴向变形时，其应变量ε与输出的频率模数△F具有如下线性关系：

　　ε= k×△F

　　△F = F - F₀

　　式中：ε—点焊型应变计的测量值，单位为10^-6;

　　k—点焊型应变计的测量灵敏度，单位为10^-6/F;

　　△F—点焊型应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F;

　　F—点焊型应变计的实时测量值，单位为F;

　　F₀—点焊型应变计的基准值，单位为F。

　　b)  当点焊型应变计不受外力作用时(仪器两端标距不变)，而温度增加△T时，点焊型应变计有输出量△F´，这个输出量是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。

　　实验可知△F´与△T具有如下线性关系：

　　ε´= k×△F´+ b×△T = 0

　　k△F´= - b×△T

　　△T = T - T₀

　　式中：b—点焊型应变计的温度修正系数，单位为10^-6/℃;

　　△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃;

　　T—温度的实时测量值，单位为℃;

　　T₀—温度的基准值，单位为℃。

　　c)  布设在混凝土结构物或其它结构物表面的点焊型应变计，受到的是变形和温度的双重作用，此时的温度修正系数为点焊型应变计的温度修正系数与结构物的线膨胀系数之差，因此点焊型应变计一般计算公式为：

　　εm = k×△F + b´×△T = k×(F - F₀) + (b-α)×(T - T₀)

　　式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10^-6;

　　α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10^-6/℃;

　　混凝土的线膨胀系数通常取值为：α≈8～12×10^-6/℃。

　　d) 点焊型应变计的计算工程值乘以被测物的弹模可得被测物的应力。

　　σ=(k×(F-F₀) + (b-α)×(T-T₀))×E

　　4、温度影响

　　钢弦膨胀的温度系数与安装有应变计的钢结构的系数相同,因此测量应变无需温度校正。然而这只能在钢弦和钢结构处于相同温度时才能实现，当阳光直射到应变计上，应变计温度比钢板要高，导致应变变化明显。因此,要在应变计上加屏蔽以避免阳光直射。另外在读数前，要避免用过大的力攥应变计，或快速采集读数，或在读数前有充足的时间让应变计温度重新稳定。总之,每次在对应变计读数时记录温度总是一个好办法，这样，我们可以估计由温度改变引起的实际应变。为了便于测温，每支应变计都安装有一支温度计，它位于激励线圈附近。可使用欧姆计或VM103读数仪连接绿、白线来读取温度，应变计连接在混凝土上参见附录D。

　　附录D一在混凝土中使用时的温度修正　

　　振弦所用钢材的温度膨胀系数为12.2ε/℃，因此，由于应变计中温度影响，混凝土总应变修正值用下面公式可计算出:

　　με_总=(R₁-R₀)+((T₁-T₀)×CF₁)

　　公式D-1由于应变计温度影响的总混凝土应变修正值

　　上面公式中με全部包括混凝土中温度引起的应变和应力变化引起的应变，在自由区混凝土温度应变由下面公式给出:

　　με_温度=(T₁-T₀)×CF₂

　　公式D-2混凝土温度应变

　　在公式D-2中 CF₂代表混凝土膨胀系数，除非这个数值已知，假定额定值为10.4微应变每摄氏度。

　　因此，计算混凝土中应力变化引起的应变:

　　με_荷载=(R₁-R₀)+(T₁-T₀)x(CF₁ -CF₂)

　　公式D-3应力变化引起的应变计算

　　注意下列实例:

　　R₀=3000微应变，T₀=20℃

　　R₁=2900微应变，T₁=30℃

　　1.με_当前 =(2900-3000)= -100(压缩)

　　2.με_当前 =(2900-3000)+(30-20)x12.2=+22(张拉)

　　3.με_当前 =(30-20)x10.4 =+104(压缩)

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

　　注意:由于混凝土温度系数已作假定，这些公式只作为总的指导。同样，如果系数已知，可不考虑温度而计算总应变(假定没有变)。

　　5、安装

　　本公司所提供的VWS-05点焊式应变计为全密封并呈绷紧的状态。将激励线圈的导线接入读数仪并观测显示的读数即可获得应变计初始读数，观测读数应在4000-4500F模数之间。轻轻压应变计的两末端，读数应减小。拉应变计的末端，显示的读数增加。不能在应变计一端加压(或拉伸)过大(>4  . 5kg)，否则可能损坏钢弦。

　　检查两根振弦应变计导线阻之间的电(通常为红、黑线)，线圈电阻应在大约120Ω±10Ω之间;当检测时，应加上电缆电阻(22AWG双铰铜线电阻大约为50Ω/  KM，双向乘以2)。热敏电阻温度计(温度感应元件)的电阻也应检查(通常为白绿线)。用附录C表中的参数

　　(图2)点焊型应变计安装示意图

　　5.1钢弦松紧调节

　　在安装应变计之前应根据结构监测目的来调整应变计的预拉或预压状态。本公司提供的应变计弦松紧程度在出厂时均设置在中间量程，其给出的应变范围大约为±1500微应变，即使应变计将其弦设置在中间量程进行安装，先检查所有应变计是否正常再安装。

　　如果已知应变变化方向，钢弦的松紧程度可在更大范围内调节其为压缩或拉伸状态。

　　5.1.1用于压缩应变测量应变计的调节

　　首先读取应变计的一个读数，然后通过调节应变针上的调节螺丝来使应变计呈预拉或预压状态(如图3所示)。

　　图3

　　小心调节螺母1 / 4圈(顺时针，如图3)，然后读数。重复 此步骤直至获得所期望的读数。

　　5.1.2用于拉伸应变测量的应变计调节

　　方法与上述预拉调节相似，只是调节螺丝为逆时针方向为预压缩。

　　小心调节螺母1 / 4圈(逆时针)，设置时用一台便携式读数仪即可监测其读数。重复此步骤直至获得所期望的读数。

　　5.2点焊方式安装应变计

　　在应变计松紧设置好后，即可进行安装。由点焊方式将应变计钢构件上需要以下工具和附件：电动磨打磨机、砂纸、安装用试验片、点焊机和手控焊把、氰基丙烯酸粘合剂、防水复合膏、用于固定应变计电缆的固定片。电缆扎线及胶带(数量根据需要)。注意按照下列步骤进行：

　　1) 安装基面准备 -  钢件表面应平整和清洁、无锈、无油渍及无腐蚀。用适当的清洁剂擦拭除油，然后用电动磨床或打磨机、锉、钢刷或砂纸以获得一平整、光滑的安装基面。

　　2) 点焊试验片 -  在点焊应变计之前应进行点焊机的测试，以保证其功能正常，并且所采用焊接能量适度。从一定程度上来说，焊接能量即接触压力决定焊接的质量。对点焊式应变计来说，大约20～40瓦特/  秒焊接能量比较合适， 采用随应变计所提供的试验片进行一系列的试验，以确定适当的焊接能量，然后完成如下图所示的剥离试验。

　　图4 剥离试验

　　当采用的焊接能量适当时，用钳子将试验片从钢表面揭下后，在焊点处会出现一系列的小孔。如果采用的焊接能量不足，试验片可以很松的拉开，揭下后在安装基面上不会有小孔。如果焊接能量过大，试验片会变色、熔化并可能从焊点喷溅出来。

　　放电打火通常表明试验片和安装基面之间不洁净，也可能表明能量不足， 此时需要调整手控焊把的力度。

　　如点焊区域出现过大的变形，则需减小手控焊把所施加的力度或降低焊接能量。

　　3)点焊应变计 –  按照如图5所示的焊接方式和顺序点焊应变计的一端，应先从电缆引出线的一端开始，小心移开导线使其不阻碍焊接。开始点应从安装基片上后面一行标记点的中间开始，沿离开后面一行的方向完成焊接。当基片上所有的点均焊完后，再按同样顺序点焊另一端。焊接时应轻压并保持外观上应一致，不得产生移位，要保持焊把尖端清洁，不要留有焊渣。要定时地用400号粗砂纸上轻轻磨一下，要保持尖端表面平滑，适当的清理可使得尖端不致于在点焊中与应变计基片粘接。

　　图5

　　注意：当应变计用在曲面上时，建议在安装片边缘加焊第二行焊点(在周围或标记点之间)。在两端块上敲打四、五次后，再进行仪器读数，继续敲打直至读数稳定为止。

　　4) 应变计保护 -  安装完应变计之后，必须防止焊点氧化腐蚀，应变计本身不会被腐蚀，因它是不锈钢制成的，但结构件的基材本身可能被腐蚀，尤其在焊点。除非用防水复合剂进行保护，保护的具体步骤如下：

　　a) 在基片边缘小心滴几滴粘合剂，粘合剂就会渗入凸缘和基片之间的空隙， 这样就形成“第一道防线”。

　　b) 在基片区涂一层防水复合剂，为保护基片焊点，因此要小心涂满基片，尤其要注意在应变计保护管下的基片的焊点。

　　5) 固定应变计电缆-可使用配备的固定片，将电缆导线接头牢牢点焊到钢块上，并在导线上留出一些空隙。在导线接头后约1英寸(25毫米)处，  再用另一个固定片将电缆点焊到钢块上，用电缆扎线 或胶带将应变计电缆固定到结构上。

　　6) 检查应变计读数-连接便携式读数仪(第3节)，检查应变计读数是否在所期望 的范围内。如果应变计无读数，可查看故障排除章节内的说明。

　　5.3应变计及电缆保护

　　应变计和接头应予以保护，使其免受机械损伤和浸水。应变计由角钢或槽钢做成的盖板保护，盖板扣在应变计顶部， 焊机直接焊到盖板表面。

　　6、测量

　　现场测量点焊型应变计用VW-102A型读数仪，将测量线一头连接读数仪，测量线另一头的各色夹子对应连接点焊型应变计的输出电缆，  黑、红测频率，白、绿测温度。点焊型应变计内附有智能识别芯片，其内存贮有该点焊型应变计的编号、标定系数K、温度修正系数b等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量工作实现人工智能无纸化操作。

　　工程现场多支点焊型应变计电缆被意外挖断，仅用读数仪测量一遍，就可自动识别出每支点焊型应变计所对应的编号及身份信息。

　　7、应变计故障检查

　　红/黑之间正常600多欧姆

　　绿/白之间测出阻值查表可以得出温度

　　红或黑或绿或白对地之间正常绝缘20兆欧姆以上

　　红或黑对绿或白之间正常绝缘20兆欧姆以上

　　如果以上测量不正常说明传感器或接头待检查，请与我司技术人员联系

　　配套选购

　　·YSPT-4P 双护套四芯屏蔽电缆

　　·VM-103 全功能读数仪、MCU 系列自动化采集模块

　　·峟思单机版软件、峟思云平台

　　遵循标准

　　·GB/T 3408.2-2008 《大坝监测仪器应变计》

　　·GB/T 15406-2007 《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》

　　·GB/T 24105-2009 《岩土工程仪器基本环境试验条件及方法》

　　·GB/T 13606-2007 《岩土工程仪器 振弦式传感器通用技术条件》

　　·SL 530-2012 《大坝安全检测仪器检验测试规程》

　　·DL/T 1271-2013 《钢弦式监测仪器鉴定技术规程》

　　·GB/T21029-2007《岩土工程仪器系列型谱》

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