CN112945080A - 一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法 - Google Patents

一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112945080A
CN112945080A CN202110372803.XA CN202110372803A CN112945080A CN 112945080 A CN112945080 A CN 112945080A CN 202110372803 A CN202110372803 A CN 202110372803A CN 112945080 A CN112945080 A CN 112945080A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistance
resistance strain
steel bar
strain type
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110372803.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李绍辉
张旭
周振杰
曹玉芬
赵晖
张乐晖
曹媛媛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering MOT
Original Assignee
Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering MOT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering MOT filed Critical Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering MOT
Priority to CN202110372803.XA priority Critical patent/CN112945080A/zh
Publication of CN112945080A publication Critical patent/CN112945080A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法。装置包括电阻应变式钢筋计、恒温水槽、铂电阻温度计、铂电阻温度计夹持装置、静态电阻应变仪、数字多用表、标准荷载装置和上位机；本发明的有益效果：针对目前国内尚无专门的电阻应变式钢筋计力学性能计量校准方法的现状，本发明提供了一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法，解决了环境温度影响对电阻应变式钢筋计测量精度的影响，为仪器生产单位对电阻应变式钢筋计出厂前性能测试提供了技术依据，也为应用单位的现场数据校正提供了有效的方法，提升了电阻应变式钢筋计测量精度和数据可信度。

Description

一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法
技术领域
本发明属于交通水运、公路工程结构监测装备计量校准技术领域，特别涉及一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法。
背景技术
在交通水运、公路工程领域，桥梁、大坝等基础设施和结构物在建设和长期使用过程中，受外界环境及自身材料特性、结构设计等因素的影响，不可避免会产生损伤累积和抗力衰减，导致其使用寿命下降，存在的安全隐患如不及时排查，将会引发灾难性事故，造成重大人员伤亡和经济损失，因此，重要结构和基础设施的健康监测已成为水运、公路工程的研究热点。钢筋是现代水运、公路工程结构的主要承力构件之一，易受环境腐蚀、疲劳、材料老化等因素影响而出现损伤，应变和应力作为反应材料和结构力学特性的重要参数之一，从材料和结构中的应变分布情况能够得到构件的强度储备信息，确定构件局部位置的应力集中以及构件所受实际荷载状况，对其监测意义重大。
电阻应变式钢筋计是一种将钢筋上的应变量，即尺寸变化转换成为电阻变化的传感器，以其高精度、高可靠性等特点在行业内应用广泛。钢筋受载荷作用后其表面会产生微小变形(伸长或缩短)，使与钢筋固结为一体的桥式电阻阻值发生变化，其变化率与钢筋变形量成比例。测出此电阻的变化，即可按公式计算出钢筋表面的应变，以及相应的应力。目前，国内外尚无专门针对电阻应变式钢筋计的标准、计量技术规范文件，已发布的《金属粘贴式电阻应变计》(GB/T13992-2010)、《电阻应变式压力传感器总规范》(GB/T 18806-2002)等标准文件，前者主要采用悬臂梁结构对电阻应变片式传感器的计量性能参数及指标进行规定、验证，后者采用与标准压力传感器同时加压比对的方式对其线性度等参数指标进行验证，其结构与电阻应变式钢筋计不同，其检校方法、装置无法借鉴至电阻应变式钢筋计参数指标的计量测试中来。《大坝监测仪器钢筋计第2部分差动电阻式钢筋计》(GB/T 3409.1-2008)、《差动电阻式钢筋计》(GB/T 3409-1994)中涉及的钢筋计基于差动电阻测量原理，与电阻应变式钢筋计的结构、原理均不相同，无法用于电阻应变式钢筋计参数指标的检校。
因此研究一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法，减小环境温度对电阻应变式钢筋计校准结果的影响，实现电阻应变式钢筋计力学性能的高精度校准，为提升电阻应变式钢筋计的产品质量具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法。
为了达到上述目的，本发明提供的电阻应变式钢筋计计量校准装置包括电阻应变式钢筋计、恒温水槽、铂电阻温度计、铂电阻温度计夹持装置、静态电阻应变仪、数字多用表、标准荷载装置和上位机；其中，所述电阻应变式钢筋计在温度校准时垂直放置于恒温水槽内，在力学特性校准时固定于所述标准荷载装置上，并且与静态电阻应变仪电连接；铂电阻温度计通过铂电阻温度计夹持装置垂直放置于恒温水槽内，并且与数字多用表电连接；标准荷载装置与上位机电连接。
所述的电阻应变式钢筋计包括钢筋和电阻应变式传感器；其中，电阻应变式传感器的中部固定在钢筋的外部，并且固定部位的轴线方向与钢筋的轴线方向平行，两端连接在静态电阻应变仪上。
在所述恒温水槽中，电阻应变式钢筋计中的电阻应变式传感器与铂电阻温度计的测量点等高设置。
所述的铂电阻温度计采用四线制一等或二等标准铂电阻温度计。
采用上述电阻应变式钢筋计计量校准装置的计量校准方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤001：将实验环境调节至23±2℃，电阻应变式钢筋计静置24小时，将电阻应变式钢筋计连接至数字多用表，数字多用表调至电阻档，在10min的时间内，由数字多用表等时间间隔读取电阻应变式钢筋计在零荷载状态下输出的电阻值，记录数据不少于5个，然后按公式(1)计算出电阻应变式钢筋计的电阻偏差RD，作为电阻应变式钢筋计10电阻偏差的校准结果；
Figure BDA0003010004460000031
式中：
Figure BDA0003010004460000032
——电阻应变式钢筋计输出的电阻值算术平均值，Ω；
RB——电阻应变式钢筋计输出的电阻标称值，Ω；
步骤002：若电阻应变式钢筋计的电阻偏差RD大于设定的电阻偏差阈值RT，则此电阻应变式钢筋计不合格，更换新的电阻应变式钢筋计后重复步骤001，否则，转至步骤003；
步骤003：将电阻应变式钢筋计垂直放置于恒温水槽中，将铂电阻温度计的上端固定于铂电阻温度计夹持装置上，下部置于恒温水槽中，并使铂电阻温度计与电阻应变式钢筋计中电阻应变式传感器的测量点等高设置，将电阻应变式传感器的两端连接至静态电阻应变仪，铂电阻温度计连接至数字多用表，数字多用表调节至电阻档，上位机串口初始化；
步骤004：将恒温水槽内的水温调至0℃，稳定30分钟后，读取数字多用表显示的铂电阻温度计测量的恒温水槽内与电阻应变式传感器等高处的温度值，从静态电阻应变仪中读取电阻应变式钢筋计中电阻应变式传感器输出的零荷载状态下的应变值；
然后以每10℃作为一级温度测量点，将恒温水槽内的水温逐级升高至60℃，在各级温度测量点时稳定30分钟后，按上述方式依次记录下铂电阻温度计和电阻应变式传感器的测量数据；
之后自60℃起，以每10℃作为一级温度测量点，将恒温水槽内的水温逐级降低至0℃，在各级温度测量点时稳定30分钟后，按上述方式依次记录下铂电阻温度计和电阻应变式传感器的测量数据；
将升、降温过程中铂电阻温度计和电阻应变式传感器在各级温度测量点时的相应测量数据取平均值并分别作为各自的最终测量值，将0℃时铂电阻温度计测量的恒温水槽内与电阻应变式传感器等高处的温度值作为初始温度值TR0，将0℃时电阻应变式传感器输出的应变值作为初始应变值εT0；
步骤005：将电阻应变式钢筋计从恒温水槽中取出，然后将钢筋的上下端固定在标准荷载装置上，将固定于铂电阻温度计夹持装置上的铂电阻温度计从恒温水槽中取出后放置于标准荷载装置附近，在电阻应变式钢筋计的量程范围内，利用标准荷载装置对电阻应变式钢筋计进行预加载，恢复电阻应变式钢筋计至零荷载状态并稳定后，读取静态电阻应变仪解调的电阻应变式传感器输出的应变值；
预加载方法是在电阻应变式钢筋计的量程范围内，以10％全量程作为一级荷载测量点，逐级加荷至满量程荷载值，每级至少稳定3min，记录下标准荷载装置施加的标准荷载值及对应的电阻应变式钢筋计上电阻应变式传感器输出的应变值，同步记录下对应荷载测量点时铂电阻温度计测量的电阻应变式钢筋计附近的环境温度值，然后按上述方法从满量程荷载值逐级降荷至零荷载状态并记录上述各测量值，循环测量3次；
步骤006：以铂电阻温度计测量的恒温水槽中各级温度测量点相对初始温度值TR0的变化量ΔTRi(ΔTRi＝TRi-TR0，i＝0，1，2，3，4，5，6)作为自变量，以电阻应变式传感器测量的恒温水槽中与铂电阻温度计等高的各级温度测量点时的应变值εTi相对初始应变值εT0的变化量ΔεTi(ΔεTi＝εTi-εT0，i＝0，1，2，3，4，5，6)作为因变量，按公式(2)进行最小二乘法直线拟合，由此建立起铂电阻温度计测量的温度值与电阻应变式传感器输出的应变值间的对应关系；
ΔεTi＝kT×ΔTRi+bT (2)
式中，
kT——温度灵敏系数；
bT——最小二乘直线上电阻应变式传感器在铂电阻温度计30测量恒温水槽中温度值为0℃时的应变变化量，με；
步骤007：将步骤005中铂电阻温度计测量的各级荷载测量点时的环境温度值TRij(i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6)代入公式(1)中，计算出各级荷载测量点时由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器的应变变化量ΔεTij(i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6)；
按公式(3)计算出各级荷载测量点3次循环测量过程中电阻应变式传感器测量的应变值λij与由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器输出的应变变化量ΔεTij差值的平均值；
Figure BDA0003010004460000061
式中，
Δεi——第i级荷载测量点(i＝1，2，3，……，10)3次循环测量过程中电阻应变式钢筋计上电阻应变式传感器输出的经温度修正的应变平均值，με；
εij——第i级荷载测量点(i＝1,2,3,……，10)第j次(j＝1,2,3,……，m)测量过程中电阻应变式钢筋计上电阻应变式传感器输出的应变值，με；
ΔεTij——由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器输出的应变变化量(i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6)，με；
m——加荷和降荷行程测量次数，m＝6；
以电阻应变式钢筋计上电阻应变式传感器输出的应变值Δεi作为自变量，以标准荷载装置施加的荷载平均值Fi作为因变量，按公式(5)进行最小二乘法直线拟合，计算得到电阻应变式钢筋计的荷载测量值：
其中，
Figure BDA0003010004460000062
式中，
FPi——标准荷载装置加荷行程时各级荷载测量点施加的标准载荷，kN；
FMi——标准荷载装置降荷行程时各级荷载测量点施加的标准载荷，kN；
FWi＝k×Δεi+C (5)
式中：
FWi——最小二乘直线上与Δεi对应的Fi(i＝0，1，2，3，4，5，6)，με；
k——电阻应变式钢筋计的应变灵敏系数，kN/με；
C——电阻应变式钢筋计自由状态下的荷载测量值，kN；
步骤007：按公式(6)计算出电阻应变式钢筋计的荷载测量值FWi与标准荷载装置施加的荷载平均值Fi间的最大误差δL：
Figure BDA0003010004460000071
式中，
FFS——电阻应变式钢筋计的满量程荷载值，kN。
本发明的有益效果：针对目前国内尚无专门的电阻应变式钢筋计力学性能计量校准方法的现状，本发明提供了一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法，解决了环境温度影响对电阻应变式钢筋计测量精度的影响，为仪器生产单位对电阻应变式钢筋计出厂前性能测试提供了技术依据，也为应用单位的现场数据校正提供了有效的方法，提升了电阻应变式钢筋计测量精度和数据可信度。
附图说明
构成本发明一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明提供的电阻应变式钢筋计计量校准装置结构图。
图2为本发明提供的电阻应变式钢筋计计量校准方法流程图。
图3为本发明提供的电阻应变式钢筋计计量校准装置中电阻应变式钢筋计结构图。
图4为电阻应变式钢筋计应变测量值与铂电阻温度计对应温度测量点的温度标准值最小二乘直线拟合结果图。
图5为标准荷载装置输出的标准荷载值与电阻应变式钢筋计对应荷载测量点输出的经温度修正的应变值最小二乘拟合结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法进行详细说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提供的电阻应变式钢筋计计量校准装置包括电阻应变式钢筋计10、恒温水槽20、铂电阻温度计30、铂电阻温度计夹持装置40、静态电阻应变仪50、数字多用表60、标准荷载装置70和上位机80；其中，所述电阻应变式钢筋计10在温度校准时垂直放置于恒温水槽20内，在力学特性校准时固定于所述标准荷载装置70上，并且与静态电阻应变仪50电连接；铂电阻温度计30通过铂电阻温度计夹持装置40垂直放置于恒温水槽20内，并且与数字多用表60电连接；标准荷载装置70与上位机80电连接。
所述的电阻应变式钢筋计10包括钢筋101和电阻应变式传感器102；其中，电阻应变式传感器102的中部固定在钢筋101的外部，并且固定部位的轴线方向与钢筋101的轴线方向平行，两端连接在静态电阻应变仪50上。
在所述恒温水槽20中，电阻应变式钢筋计10中的电阻应变式传感器102与铂电阻温度计30的测量点等高设置。
所述的铂电阻温度计30采用四线制一等或二等标准铂电阻温度计。
所述的恒温水槽20的温度变化范围为-5～﹢100℃，温度波动度为±0.05℃，温度均匀度为±0.05℃。
所述的电阻应变式钢筋计计量校准装置的应变测量范围为-1500～﹢1500με，当选用钢筋101的直径为14mm，材料为304钢，形状为螺纹钢时，测量不确定度为U＝0.20kN，k＝2。
如图2所示，采用上述电阻应变式钢筋计计量校准装置的计量校准方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤001：将实验环境调节至23±2℃，电阻应变式钢筋计10静置24小时，将电阻应变式钢筋计10连接至数字多用表60，数字多用表60调至电阻档，预热30分钟后，在10min的时间内，由数字多用表60等时间间隔读取电阻应变式钢筋计10在零荷载状态下输出的电阻值，记录数据不少于5个，然后按公式(1)计算出电阻应变式钢筋计10的电阻偏差RD，作为电阻应变式钢筋计10电阻偏差的校准结果；
Figure BDA0003010004460000091
式中：
Figure BDA0003010004460000092
——电阻应变式钢筋计10输出的电阻值算术平均值，Ω；
RB——电阻应变式钢筋计10输出的电阻标称值，Ω；
步骤002：若电阻应变式钢筋计10的电阻偏差RD大于设定的电阻偏差阈值RT，则此电阻应变式钢筋计10不合格，更换新的电阻应变式钢筋计10后重复步骤001，否则，转至步骤003；
步骤003：将电阻应变式钢筋计10垂直放置于恒温水槽20中，将铂电阻温度计30的上端固定于铂电阻温度计夹持装置40上，下部置于恒温水槽20中，并使铂电阻温度计30与电阻应变式钢筋计10中电阻应变式传感器102的测量点等高设置，将电阻应变式传感器102的两端连接至静态电阻应变仪50，铂电阻温度计30连接至数字多用表60，数字多用表60调节至电阻档，上位机80串口初始化；
步骤004：将恒温水槽20内的水温调至0℃，稳定30分钟后，读取数字多用表60显示的铂电阻温度计30测量的恒温水槽20内与电阻应变式传感器102等高处的温度值，从静态电阻应变仪50中读取电阻应变式钢筋计10中电阻应变式传感器102输出的零荷载状态下的应变值；
然后以每10℃作为一级温度测量点，将恒温水槽20内的水温逐级升高至60℃，在各级温度测量点时稳定30分钟后，按上述方式依次记录下铂电阻温度计30和电阻应变式传感器102的测量数据；
之后自60℃起，以每10℃作为一级温度测量点，将恒温水槽20内的水温逐级降低至0℃，在各级温度测量点时稳定30分钟后，按上述方式依次记录下铂电阻温度计30和电阻应变式传感器102的测量数据；
将升、降温过程中铂电阻温度计30和电阻应变式传感器102在各级温度测量点时的相应测量数据取平均值并分别作为各自的最终测量值，将0℃时铂电阻温度计30测量的恒温水槽20内与电阻应变式传感器102等高处的温度值作为初始温度值TR0，将0℃时电阻应变式传感器102输出的应变值作为初始应变值εT0；
步骤005：将电阻应变式钢筋计10从恒温水槽20中取出，然后将钢筋101的上下端固定在标准荷载装置70上，将固定于铂电阻温度计夹持装置40上的铂电阻温度计30从恒温水槽20中取出后放置于标准荷载装置70附近，在电阻应变式钢筋计10的量程范围内，利用标准荷载装置70对电阻应变式钢筋计10进行预加载，恢复电阻应变式钢筋计10至零荷载状态并稳定后，读取静态电阻应变仪50解调的电阻应变式传感器102输出的应变值；
预加载方法是在电阻应变式钢筋计10的量程范围内，以10％全量程作为一级荷载测量点，逐级加荷至满量程荷载值，每级至少稳定3min，记录下标准荷载装置70施加的标准荷载值及对应的电阻应变式钢筋计10上电阻应变式传感器102输出的应变值，同步记录下对应荷载测量点时铂电阻温度计30测量的电阻应变式钢筋计10附近的环境温度值，然后按上述方法从满量程荷载值逐级降荷至零荷载状态并记录上述各测量值，循环测量3次；
步骤006：以铂电阻温度计30测量的恒温水槽20中各级温度测量点相对初始温度值TR0的变化量ΔTRi(ΔTRi＝TRi-TR0，i＝0，1，2，3，4，5，6)作为自变量，以电阻应变式传感器102测量的恒温水槽20中与铂电阻温度计30等高的各级温度测量点时的应变值εTi相对初始应变值εT0的变化量ΔεTi(ΔεTi＝εTi-εT0，i＝0，1，2，3，4，5，6)作为因变量，按公式(2)进行最小二乘法直线拟合，由此建立起铂电阻温度计30测量的温度值与电阻应变式传感器102输出的应变值间的对应关系；
ΔεTi＝kT×ΔTRi+bT (2)
式中，
kT——温度灵敏系数；
bT——最小二乘直线上电阻应变式传感器102在铂电阻温度计30测量恒温水槽20中温度值为0℃时的应变变化量，με；
步骤007：将步骤005中铂电阻温度计30测量的各级荷载测量点时的环境温度值TRij(i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6)代入公式(1)中，计算出各级荷载测量点时由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器102的应变变化量ΔεTij(i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6)；
按公式(3)计算出各级荷载测量点3次循环测量过程中电阻应变式传感器102测量的应变值λij与由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器102输出的应变变化量ΔεTij差值的平均值；
Figure BDA0003010004460000121
式中，
Δεi——第i级荷载测量点(i＝1，2，3，……，10)3次循环测量过程中电阻应变式钢筋计10上电阻应变式传感器102输出的经温度修正的应变平均值，με；
εij——第i级荷载测量点(i＝1,2,3,……，10)第j次(j＝1,2,3,……，m)测量过程中电阻应变式钢筋计10上电阻应变式传感器102输出的应变值，με；
ΔεTij——由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器102输出的应变变化量(i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6)，με；
m——加荷和降荷行程测量次数，m＝6；
以电阻应变式钢筋计10上电阻应变式传感器102输出的应变值Δεi作为自变量，以标准荷载装置70施加的荷载平均值Fi作为因变量，按公式(5)进行最小二乘法直线拟合，计算得到电阻应变式钢筋计10的荷载测量值：
其中，
Figure BDA0003010004460000131
式中，
FPi——标准荷载装置70加荷行程时各级荷载测量点施加的标准载荷，kN；
FMi——标准荷载装置70降荷行程时各级荷载测量点施加的标准载荷，kN；
FWi＝k×Δεi+C (5)
式中：
FWi——最小二乘直线上与Δεi对应的Fi(i＝0，1，2，3，4，5，6)，με；
k——电阻应变式钢筋计10的应变灵敏系数，kN/με；
C——电阻应变式钢筋计10自由状态下的荷载测量值，kN；
步骤007：按公式(6)计算出电阻应变式钢筋计10的荷载测量值FWi与标准荷载装置70施加的荷载平均值Fi间的最大误差δL：
Figure BDA0003010004460000132
式中，
FFS——电阻应变式钢筋计10的满量程荷载值，kN。
本装置工作时，选用截面直径为16mm的螺纹钢型式电阻应变式钢筋计10进行验证，如图3所示，电阻应变式钢筋计10的量程范围为0～30kN，标称电阻为120Ω，首先将电阻应变式钢筋计10连接至数字多用表60，对其电阻偏差RD进行测量，如表1所示。
表1电阻应变式钢筋计电阻测量值
Figure BDA0003010004460000141
按公式(1)计算出电阻应变式钢筋计10的电阻偏差，有：
Figure BDA0003010004460000142
Figure BDA0003010004460000143
通常设定电阻偏差阈值RT为0.5％标称电阻值，故本实施例中选用的电阻应变式钢筋计10合格。
接下来对电阻应变式钢筋计10进行温度修正，以铂电阻温度计30作为计量标准器，将铂电阻温度计30与电阻应变式钢筋计10上电阻应变式传感器102等高放置于恒温水槽20中，在0℃～60℃范围内，以10℃作为一级温度测量点，进行升温、降温试验，将每个传感器在每级温度测量点时升温、降温过程中的测量数据进行平均后作为最终测量值，测量数据如表2所示。
表2恒温水槽内各传感器测量数据
序号 铂电阻温度计测量标准温度值(℃) 电阻应变式传感器测量应变值(με)
1 0.0293 -13
2 10.0278 -7
3 20.0252 0
4 30.0191 11
5 40.0112 23
6 50.0007 37
7 60.0011 51
按公式(2)建立铂电阻温度计30测量的标准温度值与电阻应变式传感器102在恒温水槽30内与所述铂电阻温度计30等高处对应温度测量点时测量的应变值间的对应关系，如图4所示，有：
ΔεTi＝1.082×ΔTRi-17.89
(9)
从而得到ΔεTi的值如表3所示。
表3电阻应变式传感器温度修正值
序号 电阻应变式传感器应变测量值(με) 电阻应变式传感器应变修正值(με)
1 -13 -17.8583
2 -7 -7.0399
3 0 3.7773
4 11 14.5907
5 23 25.4021
6 37 36.2108
7 51 47.0312
将电阻应变式钢筋计10固定于所述标准荷载装置70上，选用0.1级微机控制叠加式力标准机，测量范围为0～100kN，在电阻应变式钢筋计的0～30kN测量范围内，按10％全量程(F·S)逐级加载-卸载，测量数据如表4所示。
表4电阻应变式钢筋计加载-卸载过程中的荷载值
Figure BDA0003010004460000151
Figure BDA0003010004460000161
在测量过程中，保持实验室温度在23±2℃内，则当温度达到上限25℃时，按公式(8)可得：
ΔεTi＝1.082×(25-0)-17.89＝9.16με
则当温度达到下限21℃时，按公式(8)可得：
ΔεTi＝1.082×(21-0)-17.89＝4.832με
当温度维持在23℃时，按公式(8)可得：
ΔεTi＝1.082×(23-0)-17.89＝6.996με
本实施例中为计算方便，暂取温度变化上限值23℃时的应变变化量为ΔεTij的值，即令ΔεTij＝9.16με，则按公式(3)计算Δεi结果如表5所示，按公式(4)计算Fi结果亦如表5所示。
表5加载-卸载过程中电阻应变式钢筋计应变变化值与标准荷载值
Figure BDA0003010004460000162
Figure BDA0003010004460000171
按照公式(5)计算标准荷载值Fi与电阻应变式钢筋计应变测量值Δεi间的对应关系，如图5所示，有：
FWi＝0.013×Δεi+0.227
(9)
则对标准荷载装置70施加的每一级标准荷载值Fi，电阻应变式钢筋计10测量得到的经温度补偿的荷载值如表6所示。
表6各荷载测量点处标准荷载值与测量荷载值
Figure BDA0003010004460000172
则按公式(6)有：
Figure BDA0003010004460000173
在现场应用时，一般为使用单位提供k、C值，若不按本发明提供的方法进行稳步补偿校准，则在25℃时，电阻应变式钢筋计10的应变变化值将存在由于温度变化引起的应变变化量ΔεTij＝9.16με，则电阻应变式钢筋计10的荷载测量值存在0.013×9.16＝0.12kN的误差，从而影响现场测量数据的精确度和可信度。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (5)

1.一种电阻应变式钢筋计计量校准装置，其特征在于：所述的电阻应变式钢筋计计量校准装置包括电阻应变式钢筋计(10)、恒温水槽(20)、铂电阻温度计(30)、铂电阻温度计夹持装置(40)、静态电阻应变仪(50)、数字多用表(60)、标准荷载装置(70)和上位机(80)；其中，所述电阻应变式钢筋计(10)在温度校准时垂直放置于恒温水槽(20)内，在力学特性校准时固定于所述标准荷载装置(70)上，并且与静态电阻应变仪(50)电连接；铂电阻温度计(30)通过铂电阻温度计夹持装置(40)垂直放置于恒温水槽(20)内，并且与数字多用表(60)电连接；标准荷载装置(70)与上位机(80)电连接。
2.根据权利要求1所述的电阻应变式钢筋计计量校准装置，其特征在于：所述的电阻应变式钢筋计(10)包括钢筋(101)和电阻应变式传感器(102)；其中，电阻应变式传感器(102)的中部固定在钢筋(101)的外部，并且固定部位的轴线方向与钢筋(101)的轴线方向平行，两端连接在静态电阻应变仪(50)上。
3.根据权利要求1所述的电阻应变式钢筋计计量校准装置，其特征在于：在所述恒温水槽(20)中，电阻应变式钢筋计(10)中的电阻应变式传感器(102)与铂电阻温度计(30)的测量点等高设置。
4.根据权利要求1所述的电阻应变式钢筋计计量校准装置，其特征在于：所述的铂电阻温度计(30)采用四线制一等或二等标准铂电阻温度计。
5.一种采用如权利要求1至4中任一项所述的电阻应变式钢筋计计量校准装置的计量校准方法，其特征在于：所述的计量校准方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤001：将实验环境调节至23±2℃，电阻应变式钢筋计(10)静置24小时，将电阻应变式钢筋计(10)连接至数字多用表(60)，数字多用表(60)调至电阻档，在10min的时间内，由数字多用表(60)等时间间隔读取电阻应变式钢筋计(10)在零荷载状态下输出的电阻值，记录数据不少于5个，然后按公式(1)计算出电阻应变式钢筋计(10)的电阻偏差RD，作为电阻应变式钢筋计(10)电阻偏差的校准结果；
Figure FDA0003010004450000021
式中：
Figure FDA0003010004450000022
——电阻应变式钢筋计(10)输出的电阻值算术平均值，Ω；
RB——电阻应变式钢筋计(10)输出的电阻标称值，Ω；
步骤002：若电阻应变式钢筋计(10)的电阻偏差RD大于设定的电阻偏差阈值RT，则此电阻应变式钢筋计(10)不合格，更换新的电阻应变式钢筋(计10)后重复步骤001，否则，转至步骤003；
步骤003：将电阻应变式钢筋计(10)垂直放置于恒温水槽(20)中，将铂电阻温度计(30)的上端固定于铂电阻温度计夹持装置(40)上，下部置于恒温水槽(20)中，并使铂电阻温度计(30)与电阻应变式钢筋计(10)中电阻应变式传感器(102)的测量点等高设置，将电阻应变式传感器(102)的两端连接至静态电阻应变仪(50)，铂电阻温度计(30)连接至数字多用表(60)，数字多用表(60)调节至电阻档，上位机(80)串口初始化；
步骤004：将恒温水槽(20)内的水温调至0℃，稳定30分钟后，读取数字多用表(60)显示的铂电阻温度计(30)测量的恒温水槽(20)内与电阻应变式传感器(102)等高处的温度值，从静态电阻应变仪(50)中读取电阻应变式钢筋计(10)中电阻应变式传感器(102)输出的零荷载状态下的应变值；
然后以每10℃作为一级温度测量点，将恒温水槽(20)内的水温逐级升高至60℃，在各级温度测量点时稳定30分钟后，按上述方式依次记录下铂电阻温度计(30)和电阻应变式传感器(102)的测量数据；
之后自60℃起，以每10℃作为一级温度测量点，将恒温水槽(20)内的水温逐级降低至0℃，在各级温度测量点时稳定30分钟后，按上述方式依次记录下铂电阻温度计(30)和电阻应变式传感器(102)的测量数据；
将升、降温过程中铂电阻温度计(30)和电阻应变式传感器(102)在各级温度测量点时的相应测量数据取平均值并分别作为各自的最终测量值，将0℃时铂电阻温度计(30)测量的恒温水槽(20)内与电阻应变式传感器(102)等高处的温度值作为初始温度值TR0，将0℃时电阻应变式传感器(102)输出的应变值作为初始应变值εT0；
步骤005：将电阻应变式钢筋计(10)从恒温水槽(20)中取出，然后将钢筋(101)的上下端固定在标准荷载装置(70)上，将固定于铂电阻温度计夹持装置(40)上的铂电阻温度计(30)从恒温水槽(20)中取出后放置于标准荷载装置(70)附近，在电阻应变式钢筋计(10)的量程范围内，利用标准荷载装置(70)对电阻应变式钢筋计(10)进行预加载，恢复电阻应变式钢筋计(10)至零荷载状态并稳定后，读取静态电阻应变仪(50)解调的电阻应变式传感器(102)输出的应变值；
预加载方法是在电阻应变式钢筋计(10)的量程范围内，以10％全量程作为一级荷载测量点，逐级加荷至满量程荷载值，每级至少稳定3min，记录下标准荷载装置(70)施加的标准荷载值及对应的电阻应变式钢筋计(10)上电阻应变式传感器(102)输出的应变值，同步记录下对应荷载测量点时铂电阻温度计(30)测量的电阻应变式钢筋计(10)附近的环境温度值，然后按上述方法从满量程荷载值逐级降荷至零荷载状态并记录上述各测量值，循环测量3次；
步骤006：以铂电阻温度计(30)测量的恒温水槽(20)中各级温度测量点相对初始温度值TR0的变化量ΔTRi作为自变量，其中ΔTRi＝TRi-TR0，i＝0，1，2，3，4，5，6，以电阻应变式传感器(102)测量的恒温水槽(20)中与铂电阻温度计(30)等高的各级温度测量点时的应变值εTi相对初始应变值εT0的变化量ΔεTi作为因变量，其中ΔεTi＝εTi-εT0，i＝0，1，2，3，4，5，6，按公式(2)进行最小二乘法直线拟合，由此建立起铂电阻温度计(30)测量的温度值与电阻应变式传感器(102)输出的应变值间的对应关系；
ΔεTi＝kT×ΔTRi+bT (2)
式中，
kT——温度灵敏系数；
bT——最小二乘直线上电阻应变式传感器(102)在铂电阻温度计(30)测量恒温水槽(20)中温度值为0℃时的应变变化量，με；
步骤007：将步骤005中铂电阻温度计(30)测量的各级荷载测量点时的环境温度值TRij代入公式(1)中，其中i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6，计算出各级荷载测量点时由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器(102)的应变变化量ΔεTij，其中i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6；
按公式(3)计算出各级荷载测量点3次循环测量过程中电阻应变式传感器(102)测量的应变值λij与由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器(102)输出的应变变化量ΔεTij差值的平均值；
Figure FDA0003010004450000051
式中，
Δεi——第i级荷载测量点3次循环测量过程中电阻应变式钢筋计(10)上电阻应变式传感器(102)输出的经温度修正的应变平均值，με；其中，i＝1，2，3，……，10；
εij——第i级荷载测量点第j次测量过程中电阻应变式钢筋计(10)上电阻应变式传感器(102)输出的应变值，με；其中，i＝1,2,3,……，10，j＝1,2,3,……，m；
ΔεTij——由于环境温度变化导致的电阻应变式传感器(102)输出的应变变化量，με；其中，i＝1，2，……，10，j＝1，2，3，……，6；
m——加荷和降荷行程测量次数，m＝6；
以电阻应变式钢筋计(10)上电阻应变式传感器(102)输出的应变值Δεi作为自变量，以标准荷载装置(70)施加的荷载平均值Fi作为因变量，按公式(5)进行最小二乘法直线拟合，计算得到电阻应变式钢筋计(10)的荷载测量值：
其中，
Figure FDA0003010004450000052
式中，
FPi——标准荷载装置(70)加荷行程时各级荷载测量点施加的标准载荷，kN；
FMi——标准荷载装置(70)降荷行程时各级荷载测量点施加的标准载荷，kN；
FWi＝k×Δεi+C (5)
式中：
FWi——最小二乘直线上与Δεi对应的Fi，με；其中，i＝0，1，2，3，4，5，6；
k——电阻应变式钢筋计(10)的应变灵敏系数，kN/με；
C——电阻应变式钢筋计(10)自由状态下的荷载测量值，kN；
步骤007：按公式(6)计算出电阻应变式钢筋计(10)的荷载测量值FWi与标准荷载装置(70)施加的荷载平均值Fi间的最大误差δL：
Figure FDA0003010004450000061
式中，
FFS——电阻应变式钢筋计(10)的满量程荷载值，kN。
CN202110372803.XA 2021-04-07 2021-04-07 一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法 Pending CN112945080A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110372803.XA CN112945080A (zh) 2021-04-07 2021-04-07 一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110372803.XA CN112945080A (zh) 2021-04-07 2021-04-07 一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112945080A true CN112945080A (zh) 2021-06-11

Family

ID=76230882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110372803.XA Pending CN112945080A (zh) 2021-04-07 2021-04-07 一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112945080A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112945127A (zh) * 2021-04-07 2021-06-11 交通运输部天津水运工程科学研究所 一种光纤光栅应变式钢筋计计量校准装置及方法
CN117232470A (zh) * 2023-11-15 2023-12-15 天津航天瑞莱科技有限公司 一种应变片高温下性能参数标定装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112945127A (zh) * 2021-04-07 2021-06-11 交通运输部天津水运工程科学研究所 一种光纤光栅应变式钢筋计计量校准装置及方法
CN112945127B (zh) * 2021-04-07 2024-05-31 交通运输部天津水运工程科学研究所 一种光纤光栅应变式钢筋计计量校准装置及方法
CN117232470A (zh) * 2023-11-15 2023-12-15 天津航天瑞莱科技有限公司 一种应变片高温下性能参数标定装置
CN117232470B (zh) * 2023-11-15 2024-01-30 天津航天瑞莱科技有限公司 一种应变片高温下性能参数标定装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112945080A (zh) 一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法
Montero et al. Uncertainties associated with strain-measuring systems using resistance strain gauges
CN110849459B (zh) 一种称重传感器的蠕变修正方法
CN110487496A (zh) 基于长标距应变的改进弯矩面积法识别桥梁挠度方法
CN110728093A (zh) 一种大体积混凝土温控优化方法
WO2018001886A1 (de) Wägezelle mit kompensation von temperaturdifferenzen
CN210123318U (zh) 基于应变片的应变测量电路
CN214426631U (zh) 一种电阻应变式钢筋计计量校准装置
CN214426651U (zh) 一种光纤光栅应变式钢筋计计量校准装置
CN112945127B (zh) 一种光纤光栅应变式钢筋计计量校准装置及方法
CN106679777A (zh) 电子秤温度补偿装置及其补偿方法
CN110082079B (zh) 定索水工钢闸门启闭力性态监测装置
CN110568153A (zh) 一种基于自适应阶数调节非线性模型的温湿度非线性补偿方法
CN107066728B (zh) 一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法
RU2307997C1 (ru) Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности
EP3771895A1 (en) Temperature compensated strain gauge measurements
CN111323103A (zh) 调校四角平衡的压力传感装置、电路及电子衡器
RU2267756C1 (ru) Способ компенсации аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков относительного давления с герметичной внутренней полостью и мостовой измерительной цепью
CN114526851B (zh) 一种飞机用金属-复合材料混合结构的热应力的测量方法
CN116499882B (zh) 一种建筑物的压力测量方法及设备
Sukhinets et al. Smart dynamic weighing system
CN113884258B (zh) 一种考虑温度对桥梁刚度影响的检验系数修正方法
Ferris Strain gauge balance calibration and data reduction at NASA Langley research center
Hans High-precision measurement of absolute temperatures using thermistors
CN211651508U (zh) 一种电阻式应变片的校准辅助装置及校准装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination