应变计

®基康仪器 The World leader in Vibrating Wire Technology BGK－4000 型振弦式微应变计 安装使用手册 (REV B) 基康仪器（北京）有限公司 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 地址：北京良乡凯旋大街滨河西路 3 号 邮编：102488 网址：www.geokon.com.cn 电话：010-89360909/2929/3939/4949/5959 传真：010-89366969 电子邮件：info@geokon.com.cn BGK－4000 型振弦式微应变计 安装使用手册 （REV B） 基康仪器（北京）有限公司版权所有 Copyright ©2002 本仪器的安装、维护、操作都要由专业技术人员进行。基康仪器（北京）有限公司对产品有更改的权利，产品 更改信息恕不另行通知。 本文件所含信息归基康仪器（北京）有限公司所有。本文件中所有信息、数据、设计、以及所含图样都属基康 仪器（北京）有限公司所有，未经基康仪器（北京）有限公司书面许可，不得以任何形式（包括影印或其他任何方 式）翻印或复制、间接或直接透露给外界团体。 目 录 页 1. 简介 .................................................................................................................................................................. 1 2. 仪器的安装 ....................................................................................................................................................... 1 2.1. 初步检验 ......................................................................................................................................................... 1 2.2. BGK-4000应变计的安装 ................................................................................................................................ 1 2.3. 应变计的调节 ................................................................................................................................................. 3 2.4. 注意事项 ......................................................................................................................................................... 3 2.5. 防雷保护 ......................................................................................................................................................... 3 2.6. 主要技术指标 ................................................................................................................................................. 4 3. 读数与计算 ....................................................................................................................................................... 4 4. 应变转换为应力................................................................................................................................................ 4 5. 故障排除 ........................................................................................................................................................... 6 附录－半导体温度计温度推导公式 ..................................................................................................................... 9 BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 1 1. 简介 BGK-4000 应变计用于安装在钢结构及其它建筑物表面，测量结构的应变。仪器与待测钢结构 的温度膨胀系数相同，与混凝土的温度膨胀系数也非常接近。所以很少需要温度修正。需要时，内 置的温度传感器可同时监测安装位置的温度。采用不锈钢制造的振弦式应变计，具有很高的精度和 灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。由专用的四芯屏蔽电缆传输频率和温度电阻信 号，频率信号不受电缆长度的影响。适合在恶劣的环境下长期监测建筑物的应变变化。BGK-4000 型已带有安装块，可直接作为钢板应力计使用。 电阻信 号，频率信号不受电缆长度的影响。适合在恶劣的环境下长期监测建筑物的应变变化。BGK-4000 型已带有安装块，可直接作为钢板应力计使用。 保护管 电缆 线圈（可拆卸）热敏电阻 钢弦 线圈外壳 安装块 (165 mm) 安装块 端部用”O”型圈密封 调节螺钉 锥尖螺钉 图 1－BGK-4000 应变计结构示意图图 1－BGK-4000 应变计结构示意图 2. 仪器的安装 仪器安装就位后，应记录读数、位置和编号（编号由用户自己确定）。如需调整，应小心进行， 以使仪器监测范围符合设计要求。 2.1. 初步检验 在验收时就应参照率定表对仪器的读数进行检查和记录。 2.2. BGK-4000 应变计的安装 BGK-4000 系列应变计通常用于测量结构表面的应变。在钢结构上安装时，通常采用焊接安装 块的方式。传感器体不能通过焊接电流，否则将造成传感器的损坏。因此，传感器的安装应在焊接 工作全部完成后进行。可利用一个根据仪器尺寸制作的安装杆定位和焊接安装块。安装块是成对提 供的，其中带有锥尖固定螺钉，焊接表面应清理干净，焊接部位及顺序如图 2 所示： 1 3 4 2 安装杆 焊接位置 图 2－安装块的焊接顺序及部位示意图 BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 2 焊接时应避免过热，不能焊接平直端面，否则将影响仪器的拆装。焊接完成后，使用适当方 法对安装块降温并去除焊渣，并检查调整两端块是否同心。拆下安装杆，安装仪器。如下列图示： 穿入应变杆，套上卡箍。 将线圈卡在应变计中部，将卡箍套在线圈上拧紧。 应变杆 电缆 线圈 安装块 B 安装块 A 调节螺钉 先将应变计有V型槽的一端用螺钉固定，调节另一端使之达到预期的初始读数，最后用螺丝 固定。 如果仪器需要保护，可在仪器安装之前焊接螺栓，用于安装保护板。螺栓与应变计的距离要 ≥150mm。如图所示： 1 2 4 35678 梁 5 2 6 500mm 6 1.保护罩 2. 螺栓 3. 应变计 4. 应变计激励线圈 5. 应变计安装块 6. 仪器电缆 7. 保护管管接头 8. 柔性保护管 图3 钢结构表面安装示意图 BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 3 BGK-4000 系列应变计还可以测量混凝土表面的应变。可用以下方法将应变计安装到混凝土表 面上： 1.在安装块上焊好锚头（锚头可使用φ8～10mm 螺纹钢，长度 60～80mm），利用安装杆定位， 在合适的位置钻出两个 70～90mm 深的孔。孔的最小直径为 12.5mm，将锚头用速凝砂浆或环氧牢固 的固定在钻孔中。如图所示： 锚头 砂浆或环氧 安装距离 149 mm 砂浆或环氧 锚头 图 4 用灌浆锚头在混凝土上安装 2.只要保护措施完善， 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的安装块也可用环氧直接粘合到混凝土表面上。如果采用这种方法， 清除安装部位砂粒等杂物，并清洗干净。使用安装杆定位，用环氧直接将安装块粘结到位。 2.3. 应变计的调节 安装块固定到位之后，拆下安装杆，装上仪器和线圈，将仪器固定端螺钉拧紧（锥尖固定螺 钉应拧到仪器有槽端块的槽内）。用读数仪监测，对仪器进行调节。BGK-4000 应变计通常读数 范围（使用 BGK408“C”挡）是 400～1200（字），如果仪器设计用于测量拉应变，可将应变计 活动端向内轻压（应避免相对扭转，以免损坏应变计），将读数调整到 650 左右。如果仪器设计 用于测量压应变，可将应变计活动端向外轻推，将读数调整到 950 左右。调整完毕后，将自由端 固定。 2.4. 注意事项 电缆可以直接浇筑于混凝土中。为了更好的保护电缆，最好使用电缆保护管。电缆的连接加长 可使用专用接头，具体型号可向基康仪器（北京）有限公司咨询。 电缆的敷设应远离电噪源，如动力线、发电机、电机、变压器、弧焊机等。必要时可咨询基康 仪器（北京）有限公司，选择适合的滤波器。 2.5. 防雷保护 以下是一些可用的防雷措施： BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 4 1) 如果仪器使用一个便携读数仪手动读数，那么最简单的防雷办法是，平时将电缆良好接地。 2) 从基康仪器（北京）有限公司订货的接线箱可与内装的雷击保护一起订货，有两种保护级别： 1.所用的终端板已安装等离子浪涌避雷器。 2.终端箱可以装入避雷器板，该装置利用浪涌避雷器和 transzorbs 来进一步保护仪器。 2.6. 主要技术指标 主要技术指标 标准量程 3000µε 精度 ±0.1%FS 非线性度 〈0.5%FS 灵敏度 1.0µε 温度范围 -20~+80℃ 耐水压 可按客户要求定制耐 0.5、2MPa 或其它水压 长度 150mm 安装方式 表面安装 选购配套设备 BGK02-187V3 四芯屏蔽电缆 BGK-408 振弦式读数仪 3. 读数与计算 BGK-4000 应变计可使用 BGK-408 型读数仪，读数时使用“C”挡。也可使用 MICRO-10 和 MINRO-40 自动采集设备。 应变 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 如下： ε（微应变）＝G×C×(R1 − R0) 其中： G 为仪器标准系数 C 为平均修正系数 R1 为当前读数（字） R0 为初始读数（字） 仪器的温度系数及温度因素修正可参考率定表进行。 4. 应变转换为应力 尽管应变计测量的是应变或结构的变形，但设计者更倾向于测量结构荷载或应力，这就要求将 BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 5 所测应变转换为应力。假设结构变形为弹性变形，并忽略弯矩的影响时： 应力σ＝应变ε×弹性模量 E 公式 1－应力计算 如果要把弯矩的影响也考虑进去，应沿结构轴线均匀布置多只仪器。在柱形桩支撑上，围绕支 撑每隔 120°，设置三支应变计即可（4 支更好）。H 形桩或 I 形梁，至少需要 4 支应变计。在钢 板桩上，需要两支应变计对称地安装在桩的两侧。当钢构件弯曲并且只有前表面可以接触到时，如 隧道钢板衬砌或钢板桩的外部，可通过在距中性轴不同距离处安装两支振弦式应变计测出弯矩。 参照图 5A 中 I 字梁的例子，四支应变计（1、2、3 和 4）每两支背对背地焊在中央Ｉ字梁腹。 应变计位于高于 I 字梁腹中央的高度（d），两组应变计相距（2c），Ｉ字梁有两个凸缘，宽为 2b ， 梁腹深为 2a 。 轴向应力通过四支应变计的平均应变数并乘以弹性模量而得出。 ( )σ ε ε ε εaxial = 4 1 2 3 4+ + + × Ε 公式 2－轴向应力计算 弯矩是通过计算安装在中性轴的相对两支应变计的读数的差计算得出的，yy 轴最大弯矩为： ( ) ( )σ ε ε ε εyy bd= + − + × ×1 3 2 44 Ε 公式 3-由于YY轴的弯曲引起的应力 xx 轴最大弯矩为： ( ) ( )σ ε ε ε εxx ac= + − + × ×1 2 3 44 Ε 公式 4－由于XX轴的弯曲引起的应力 σ σ σ σmaximum axial xx yy= + + 公式 5－最大应力 在以上所有计算中，一定要注意应变正负号。 注意：交叉部分任意一点的总应变为弯矩应变和轴向应变的代数和。通过观察可知，凸缘外角 处的应变要大大高于梁腹处的应变，局部的故障可能从这些部位开始。因此，弯矩的分析显得非常 重要。 BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 6 通过以上分析，我们可以得出，要得到最精确的读数，最好是把应变计焊接于翼缘转角处，如 图 5B。但把应变计焊于此也有很大缺点，即仪器保护变得困难，电缆易受损伤，而且实际应用中又 会引起另一更为严重问题：应变计受到弯矩的影响较大。因此，把应变焊接在Ｉ梁腹中性轴的两侧 更为适当，仪器的保护也比较容易，如图 5A。 AXIS YY AXIS XX2a 2b 1 2 3 4 2c d AXIS YY AXIS XX 2a 2b d c 1 2 3 4 图 5A－安装在中心腹板上的应变计 图 5B－安装在翼缘上的应变计 如果由于经济的原因，决定每个横剖面上只用 2 只仪器，那么如图 8C 的布置可以给出轴向应变 和绕 YY 轴的弯矩。 AXIS YY AXIS XX2a 2b d 1 2 YY 轴 XX 轴 2a 2b d 1 2 图 5C－轴向应变测量 图 5D－轴向应变和YY轴的弯矩 这类布置有这个优点，即仪器和电缆容易保护。实际上来自仪器的电缆可以通过腹板上钻出的 孔，以便两根电缆经一根导管，这样易于保护。 两个仪器的其它布置，也已成功的用过，如图 5D 所示。 这种布置可以计算出轴向应变和绕 XX 轴的弯矩，其缺点在于仪器暴露在法兰的外侧，这将要 求对仪器和电缆采取较大程度的保护。 5. 故障排除 如果装置读数出问题，应采取以下步骤： BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 7 1．检查线圈电阻，正常情况下线圈电阻是 180±10Ω加上电缆电阻。（标准 22 号规格的铜导 线电阻： 约为 50Ω每 km） a) 如果电阻太大或无穷大，应怀疑电缆断路。 b) 如果电阻太低或接近于 0，则应怀疑是短路。 c) 如果电阻正常而任何一个传感器都没有读数，就该怀疑是读数仪有问题，这时应向厂家咨 询。 d) 如果所有的电阻都正常仅其中一个传感器没有读数，就应怀疑此点传感器有问题，这时也 应向厂家咨询。 2. 如果发现电缆是断路或短路，可按推荐的电缆连接步骤重新接上。 BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 8 Geeookkoonn BBeeiijjiinngg 基康仪器（北京）有限公司 振弦式应变计率定表 型号：BGK-4000 日期： 2005/01/18 批号：D2005-01-01 温度： 22℃ 仪器标准系数：G=3.70 微应变/读数 Digit（Digit=f2×10-3，f 为应变计频率） 抽检#1 号应变计率定系数： 1.027557 抽检#2 号应变计率定系数： 1.027346 抽检#3 号应变计率定系数： 1.027472 平均修正系数C： 1.027459 率定使用BGK-403C型读数仪(400-1200Hz)档 计算公式：ε（微应变）=G×C（R1-R0） R0：初始读数 R1：实际读数 仪器的温度系数及温度因素修正: 1． BGK-4000 应变计用来测量钢结构的应变时，由于振弦材料和钢材的热膨胀系数基本相同，因此不需要温度修正。当用其测量混凝土 结构的应变时，应做如下修正： ε（微应变）=G×C（R1-R0）+（T1-T0）×（Y1-Y2） 式中：T1:环境温度℃ Y1:振弦材料的热膨胀系数(12.2 微应变/℃) T0:初始温度℃ Y2:混凝土结构的热膨胀系数(如此系数设计中没有给出,可取 Y2≈10.4 微应变/℃) 2. BGK-4200 埋入式应变计用来测量混凝土结构的应变时,应做如下修正: ε（微应变）=G×C（R1-R0）+ K×（T1-T0） 式中：T1:环境温度℃ T0:初始温度℃ K=1.8 微应变/℃ 以上仪器按照基康仪器（北京）技术标准BGK/TS 003-99进行率定。 检测人： 基康仪器（北京）有限公司 BGK4000 应变计率定表表样 BGK-4000 型振弦式微应变计安装使用手册 9 附录－半导体温度计温度推导公式 半导体温度计类型：YSI 44005,Dale＃1C3001-B3,Alpha＃13A3001-B3 电阻转化为温度的公式： T A B LnR C LnR = + + − 1 27323( ) ( ) . 半导体温度计阻值-温度换算关系 这里： T＝摄氏温度 LnR =阻值的自然对数 A=1.4051×10-3(在-50 至+150℃范围内计算有效) B=2.369×10-4 C=1.019×10-7 电阻(Ω) 温度℃ 电阻(Ω) 温度℃ 电阻(Ω) 温度℃ 电阻(Ω) 温度℃ 电阻(Ω) 温度℃ 201.1K -50 16.60K -10 2417 +30 525.4 +70 153.2 +110 187.3K -49 15.72K -9 2317 31 507.8 71 149.0 111 174.5K -48 14.90K -8 2221 32 490.9 72 145.0 112 162.7K -47 14.12K -7 2130 33 474.7 73 141.1 113 151.7K -46 13.39K -6 2042 34 459.0 74 137.2 114 141.6K -45 12.70K -5 1959 35 444.0 75 133.6 115 132.2K -44 12.05K -4 1880 36 429.5 76 130.0 116 123.5K -43 11.44K -3 1805 37 415.6 77 126.5 117 115.4K -42 10.86K -2 1733 38 402.2 78 123.2 118 107.9K -41 10.31K -1 1664 39 389.3 79 119.9 119 101.0K -40 9796 0 1598 40 376.9 80 116.8 120 94.48K -39 9310 +1 1535 41 364.9 81 113.8 121 88.46K -38 8851 2 1475 42 353.4 82 110.8 122 82.87K -37 8417 3 1418 43 342.2 83 107.9 123 77.66K -36 8006 4 1363 44 331.5 84 105.2 124 72.81K -35 7618 5 1310 45 321.2 85 102.5 125 68.30K -34 7252 6 1260 46 311.3 86 99.9 126 64.09K -33 6905 7 1212 47 301.7 87 97.3 127 60.17K -32 6576 8 1167 48 292.4 88 94.9 128 56.51K -31 6265 9 1123 49 283.5 89 92.5 129 53.10K -30 5971 10 1081 50 274.9 90 90.2 130 49.91K -29 5692 11 1040 51 266.6 91 87.9 131 46.94K -28 5427 12 1002 52 258.6 92 85.7 132 44.16K -27 5177 13 965.0 53 250.9 93 83.6 133 41.56K -26 4939 14 929.6 54 243.4 94 81.6 134 39.13K -25 4714 15 895.8 55 236.2 95 79.6 135 36.86K -24 4500 16 863.3 56 229.3 96 77.6 136 34.73K -23 4297 17 832.2 57 222.6 97 75.8 137 32.74K -22 4105 18 802.3 58 216.1 98 73.9 138 30.87K -21 3922 19 773.7 59 209.8 99 72.2 139 29.13K -20 3748 20 746.3 60 203.8 100 70.4 140 27.49K -19 3583 21 719.9 61 197.9 101 68.8 141 25.95K -18 3426 22 694.7 62 192.2 102 67.1 142 24.51K -17 3277 23 670.4 63 186.8 103 65.5 143 23.16K -16 3135 24 647.1 64 181.5 104 64.0 144 21.89K -15 3000 25 624.7 65 176.4 105 62.5 145 20.70K -14 2872 26 603.3 66 171.4 106 61.1 146 19.58K -13 2750 27 582.6 67 166.7 107 59.6 147 18.52K -12 2633 28 562.8 68 162.0 108 58.3 148 17.53K -11 2523 29 543.7 69 157.6 109 56.8 149 55.6 150 半导体温度计阻值-温度对应表 1. 简介 2. 仪器的安装 2.1. 初步检验 2.2. BGK-4000应变计的安装 2.3. 应变计的调节 2.4. 注意事项 2.5. 防雷保护 2.6. 主要技术指标 3. 读数与计算 4. 应变转换为应力 5. 故障排除 附录－半导体温度计温度推导公式