電子引伸計在超小型構(gòu)件試驗中的應用

許子龍

（北京交通大學土木建筑工程學院，北京100044）

電子引伸計在超小型構(gòu)件試驗中的應用

許子龍

（北京交通大學土木建筑工程學院，北京100044）

基于電子引伸計和動態(tài)多通道自動采集技術(shù)，結(jié)合電子萬能試驗機加載系統(tǒng)完成了對超小型試件的彎曲剛度測定。為提高超小型試件位移測試精度，在鉗式電子引伸計的標定中，考慮工作刀口的運動方向不在同一條軸線上所產(chǎn)生的誤差，同時通過誤差分析和試驗確定它在不同情況下的誤差數(shù)據(jù)。

電子引伸計；動態(tài)多通道；自動采集；誤差模擬；標定器

對于超小型構(gòu)件（比如跨度150mm左右的梁）彎曲剛度的測量，需要測量構(gòu)件上、下層的轉(zhuǎn)角弧度變化或裂紋張開的位移。由于受構(gòu)件空間尺寸和測量量程的影響，傳統(tǒng)的電阻式位移傳感器、百分表、線性可變差動式變壓器（LDVT）都無法使用。而其它的非接觸式的測位移方式，如：激光測距和視頻引伸計，都由于價格和使用便易性方面的原因不便于多點測量使用。在電子萬能試驗機上常用作斷裂裂紋張開位移測量的鉗式電子引伸計，結(jié)合外置采集系統(tǒng)，可以解決以上問題。加載過程中力和相應點的位移信號可以自動記錄和存儲，同時可生成Excel格式輸出的采集數(shù)據(jù)文件，便于后期數(shù)據(jù)處理。這樣大大提高了數(shù)據(jù)的實時性和可靠性，與人工讀數(shù)、手工記錄的方式相比，減輕了勞動強度，減少了人員的投入，提高了工作效率，也減少了對試驗設備和場地的占用。通過位移標定器進行標定和誤差模擬標定器相結(jié)合，對位移測量數(shù)據(jù)進行修正，可以得到正確的測量結(jié)果。以下對此方法和常遇到的問題進行詳細的闡述。

1　測試工作簡介

根據(jù)專題研究工作要求，對超小型構(gòu)件（150mm ×170mm×26mm）采用四點彎曲加載方法測量剛度。加載范圍0～600N，加載速率為1mm/min，試驗加載裝置示意如圖1。由于加載速度慢而且精度要高，所以將它放置在電子萬能試驗機下空間內(nèi)的中心點上，通過定位軸來確保上下傳感器的同軸度，確保載荷測量的準確性。對此裝置分級加載和卸載，完成對構(gòu)件的測試工作。

圖1　試驗加載裝置示意

試驗設備：①WDW-100D電子萬能試驗機（圖2）；②DH5922N多通道動態(tài)應變采集系統(tǒng)；③BK-4型輪幅式力傳感器，精度0.5級；④YYJ-10/6，YYJ-4/10電子引伸計，精度1級（見圖3）；⑤GWB-200型電子引伸計位移傳感器的標定器，分辨率0.001mm。

圖2　WDW-100D電子萬能試驗機

圖3　YYJ-10/6，YYJ-4/10電子引伸計

2　測量系統(tǒng)的標定工作

測量系統(tǒng)的標定工作分為力傳感器和位移傳感器兩部分。

2.1力傳感器

力傳感器選用輪幅式力傳感器。它的特點是抗偏載能力強，傳感器的靜高度低，用于多層的串聯(lián)加載裝置中，系統(tǒng)構(gòu)件的穩(wěn)定性和上下夾頭的平行度便于控制，從而保證了測量數(shù)據(jù)的準確性。力傳感器的標定分為主力傳感器和支座下力傳感器的標定。主力傳感器標定委托有資質(zhì)的相關(guān)計量單位完成，支座下力傳感器由標定后的主力傳感器傳遞。主力傳感器位于試驗機上方，用于加載時的輔助監(jiān)控，下支座BK-4型輪幅式力傳感器的輸出用于采集系統(tǒng)。試驗加載的同時用多通道動態(tài)采集系統(tǒng)對構(gòu)件試驗中的力值和位移值實時采集、存儲和輸出。

2.2電子引伸計

電子引伸計按其功能分為軸向、徑向和鉗式引伸計。根據(jù)本案例的需要，采用鉗式電子引伸計。鉗式電子引伸計的特點是測量范圍廣、便于安裝，并且已廣泛地用在斷裂裂紋的張開位移的測量中。鉗式電子引伸計在使用時，在相應的測點處需要粘貼與引伸計工作刀口相垂直的測量輔助刀口。在試件的前后上下共裝了4個電子引伸計。在這個測量系統(tǒng)中電子引伸計的標定工作尤其重要，因為日常的標定工作僅限于在實驗室里的標準試驗裝置進行。但由于實際測量時不能保證傳感器刀口的運動方向完全在同一條軸線上對稱移動，有可能出現(xiàn)刀口移動不在同一平面、刀口單邊移動等情況，所以必須把這一造成誤差的因素加以修正以免誤差過大。為此我們改變了傳統(tǒng)的單軸方向的標定方式，對GWB-200高精度位移標定器進行了改造，在標定器的頂部上刀口固定柱上，水平方向加了一個用螺旋測微儀控制的移動刀口平臺，這樣就可以定量模擬兩刀口水平移動對測量示值的影響，從而可以對測量結(jié)果進行修正。誤差模擬標定裝置見圖4。

圖4　誤差模擬標定裝置

本文以對初始標距為10mm，量程為±4mm的YYJ-4/10電子引伸計在各種工況下進行了模擬誤差的標定工作。各種工況下的標定數(shù)據(jù)見表1，各工況的誤差模擬標定曲線見圖5。

表1　YYJ-4/10電子引伸計在不同刀口偏移量下的標定實測值mm

圖5　不同刀口偏移量輸出誤差模擬標定曲線

3　引伸計刀口偏離待測方向引起誤差分析

令引伸計刀口（初始標距d=10mm）安裝時偏離待測方向（如圖6所示）的距離為δ，以引伸計的拉伸方向為例進行討論，變形時引伸計刀口在待測方向產(chǎn)生Δ'的位移，則引伸計測量的位移Δ為

圖6　引伸計刀口偏離示意

與實際值比較產(chǎn)生誤差為（Δ-Δ'）/Δ'×100%。該誤差使位移測量值偏大，其值隨d的增大而減小，隨Δ'的增大而減?。ɡ鞎r）或增大（壓縮時）。試驗中d取10mm，Δ'最大一般不超過4mm，則位移實際測量的相對誤差約為1.6%～3.0%。

4　結(jié)論

用電子引伸計經(jīng)過誤差模擬標定后的測試結(jié)果和其它傳統(tǒng)的方法測試結(jié)果相同。此方法的測試效率、準確性和實時性大大提高。固定刀口的偏移量不影響電子引伸計測量輸出值的線性關(guān)系。通過大量的實際應用驗證，測量數(shù)據(jù)重復性好，使用更便捷。此方法值得在其它類似工程測量中應用。

［1］劉昊文，丁國清，陳欣.撓性桿彎曲剛度測量的研究［J］.電子設計工程，2014，22（19）：103-106.

［2］游濱，李彥軍，鄭校輝.淺談電子引伸計的使用技巧［J］.讀寫算：教育教學研究，2014（32）：384.

［3］趙立紅，江樹勇，邢忠文，等.雙曲扁殼件剛度的檢測方法及成形數(shù)值模擬［J］.應用科技，2012，39（6）：34-38.

［4］李演楷，衛(wèi)明陽，張云輝，等.引伸計的測量原理及其改進方法［J］.工程與試驗，2010，50（3）：65-66，74.

［5］張如一，沈觀林，李朝弟.應變電測與傳感器［M］.北京：清華大學出版社，1999.

AbstractWith electronic extensometer and dynamic multi-channel automatic data collection technology，flexural stiffness of super-small member was measured by using electronic universal testing machine loading system.T o improve accuracy of displacement measurement，error due to non-axial movement of working blades was considered when calibrating grip electronic extensometer.Also，error in different cases was defined through error analysis and test.

Application of Electronic Extensometer in Test of Super-small Member

XU Zilong
（School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China）

Electronic extensometer；Dynamic multi-channel；Automatic data collection；Error simulation；Calibrator

TU317

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.12

1003-1995（2016）04-0044-03

（責任審編趙其文）

2015-12-15；

2016-01-06

許子龍（1965—），男，工程師。