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      四川葛南儀器

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      振弦式和光纖光柵類傳感器
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      振弦式表面測縫計
          發布時間: 2017-12-05 21:15    

      VWJ 型振弦式表面測縫計適用于長期布設在混凝土結構物或其它材料結構物內及表面上,測量結構物伸縮縫或周邊縫的開合度(變形),并可同步測量埋設點的溫度和智能識別功能。

        本使用說明僅適用于本公司(四川葛南儀器有限公司)生產的VWJ型振弦式表面測縫計,其中包括有VWJ-12、VWJ-20、VWJ-25、VWJ-50、VWJ-100等型號。
      用途
       
      VWJ型振弦式表面測縫計適用于長期布設在混凝土結構物或其它材料結構物內及表面上,測量結構物伸縮縫或周邊縫的開合度(變形),并可同步測量埋設點的溫度。并可同步測量埋設點的溫度。測縫計的位移傳感器采用的是振弦式位移計,其由位移計加裝配套附件而組成。表面測縫計具有智能識別功能。       

      格及主要技術參數

      規格代號

      VWJ-12

      VWJ-25

      VWJ-50

      VWJ-100

      VWJ-200

      尺寸

      參數

      最大外徑D,       mm

      30.5

      30.5

      30.5

      30.5

      30.5

      長度L,             mm

      300

      300

      340

      400

      460

      性能

      參數

      測量范圍,         KPa

      012

      025

      050

      0100

      0200

      最小讀數k,       KPa/F

      0.006

      0.01

      0.02

      0.04

      0.08

      測量精度,         %F.S

      ±0.1

      分辨力,           %F.S

      0.1

      溫度測量范圍,     

      -25+80

      溫度測量精度,     

      ±0.5

      溫度修正系數b, KPa/

      ≈0.12

      耐水壓

      1MPa

      絕緣電阻,        MΩ

      ≥50

      執行

      國標GB/T 3410.2-2008

      非直線度≤2.0%F.S;不重復度≤0.5%F.S;滯后≤1.0%F.S;綜合誤差≤2.5%F.S

          注:頻率模數F=Hz2×10-3

      3  結構及工作原理
          3.1 結構
          VWJ 型振弦式表面測縫計由萬向節、位移計、振弦及激振電磁線圈、觀測電纜等組成。
          3.2 工作原理 

          當被測結構物發生變形時將會帶動測縫計伸縮,經萬向節傳遞給振弦轉變成振弦應力的變化,從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率,頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置,即可測出被測結構物的變形量。同時可同步測出埋設點的溫度值。
          3.3 計算方法

               a)當外界溫度恒定測縫計僅受到軸向變形時,其變形量J與輸出的頻率模數△F具有如下線性關系:

                                       J = KF

                   △F = F - F0

             式中:k 測縫計測量變形量的最小讀數,單位為mm/F;

                             F 測縫計實時測量值相對于基準值的變化量,單位為F;

                                F 測縫計的實時測量值,單位為F;

                               F0 測縫計的基準值,單位為F。

                b)當測縫計不受外力作用時(儀器兩端標距不變),而溫度增加△T時,測縫計有一個輸出量△F′,這個輸出量僅僅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:

                                       J= kF+ bT = 0

                                   kF= -bT

                    △T = T - T0

              式中:b 測縫計的溫度修正系數,單位為mm/℃;

                              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℃;

                               T0 溫度的基準值,單位為℃。

                 c)布設在混凝土結構物或其它材料結構物內及表面上的測縫計,受到的是變形和溫度的雙重作用,因此測縫計一般計算公式為:

                    Jm = kF + bT = k (F - F0) + b (T - T0)

              式中:Jm—被測結構物的變形量,單位為mm。

          注:VWJ型振弦式測縫計的敏感測量元件,與機架的材料線膨脹系數為同一量級,所以實測時溫度修正系數甚小,經試驗測得其溫度修正系數小于最小讀數,一般計算時可用公式a。

      4 埋設與安裝
        表面測縫計的使用場合很廣,儀器經加裝一些專用附件后,可以測量被測結構物任何方向裂縫的相對變化量,測縫計安裝時應根據工作現場的不同,合理的選擇埋設位置和安裝方法,下面對表面測縫計的通用安裝方法進行簡述。
        4.1 單向表面測縫計的安裝
        表面測縫計的安裝位置和方向確定后,在安裝位置設置安裝基床,或者對被測結構物表面進行必要的清理和整平。
        表面測縫計安裝前應檢查儀器工作是否正常,確定正常后方能安裝。同時檢查其各種配件是否齊全、完好,確認后將位移計、萬向節、安裝支架按正確位置和次序裝配在一起。各部件連接處的螺紋都要帶膠擰緊,萬向節要能活動自如。
        將表面測縫計接長電纜(或在測縫計安裝完畢后接長),設定好測縫計的初始位置,在被測結構物上打定位孔并埋設固定膨脹螺栓(按實際需要確定是否安裝測桿及保護管或儀器保護罩),確定安裝無誤后緊固各緊固件。
        表面測縫計的初始位置的設置,通常按被測結構物裂縫的預計位移大小和方向,根據所選測縫計的測量范圍,確定測縫計的初始零點位置。也就是根據實際需要合理分配測縫計拉伸和壓縮范圍,以滿足測量的實際需要。
        萬向節和測桿連接要擰緊,可用細鋼釬(或釘子、粗鐵絲)穿在儀器滑動測桿上的橫向小孔中,防止儀器測桿轉動。測縫計的測桿在裝配萬向節和加長測桿時不允許轉動,轉動將會造成測桿松動或脫落(測桿只允許滑動不允許轉動),儀器標定和安裝時都要注意。
        安裝好的儀器電纜應集中引出,按設計走向埋設固定好,注意保護好儀器的觀測電纜。
        儀器安裝完成后應及時測量儀器的初始值,并記錄設計編號、儀器的編號、電纜長度、初始零點模數及溫度值,作好存檔。
        4.2 表面測縫計的基準值
       測縫計的基準值取儀器埋設后混凝土或水泥砂漿終凝時的測值。測縫計所反映的溫度測值是絕對值,接縫開度測值則是相對值,表示與初始狀態的相對張、合變化。建議初始值應選擇混凝土無流動性并具有一定強度、能錨固測縫計端點時的張合度測值。此時混凝土剛終凝,可認為是無應力接觸狀態,代表了接縫的真實開合度變化。
        混凝土的凝結時間與氣溫等因素有關,通常初凝時間為7H,終凝時間為12H后確定初始值。表面測縫計如果采用固定支架形式,可以在固定支架穩固后,測值作為基準值。
      5 操作與使用方法
        5.1測量
        測量振弦式傳感器先將測量線連接VW-102型振弦讀數儀,將各色夾子對應連接上傳感器的輸出電纜, 黑、紅測頻率,白、綠測溫度。振弦式傳感器內附有智能識別芯片,其內存貯有該傳感器的編號、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,方便快速統計計算及查詢,使測量實現人工智能無紙化操作。
      工程現場多支傳感器電纜被意外挖斷,用讀數儀測量一遍,自動識別出每支傳感器所對應的編號及身份信息。
        5.2 傳感器故障排查
        當振弦式傳感器測量出現故障時,可用萬用表檢查傳感器芯線間的電阻值,其正常狀況紅、黑芯線電阻值通常為300~900Ω左右;綠、白芯線電阻值在溫度25℃時應為3kΩ左右;紅、黑線對綠、白線或對屏蔽線(裸線)間絕緣電阻值應﹥50MΩ(測量絕緣電阻時可使用100V 直流兆歐表,萬用表測量絕緣電阻應用MΩ檔,其值應為無窮大∞)。
        5.3 電纜故障排查
        振弦式傳感器電纜接長通常用型號為YSPT-4水工專用觀測電纜,其電纜電阻值約為45Ω/km左右。
        5.3.1 用萬用表測量(黑、紅芯線)的電阻值:正常情況為300~900Ω左右,再加上電纜電阻值。
            a) 如果電阻測值正常,可能儀器損壞或進水;
            b) 如果電阻測值非常大或無窮大,電纜可能斷路;
            c) 如果電阻測值非常小,電纜可能是短路;
              其表現為讀數儀測量不出頻率值。
        5.3.2 用萬用表測量(白、綠芯線)的電阻值:正常情況在溫度25℃時應為3kΩ左右,再加上電纜的電阻。
            a) 如果電阻測值正常,請檢查讀數儀及其測量連接線;
            b) 如果電阻測值非常大或無窮大,電纜可能是斷路;
            c) 如果電阻測值非常小,電纜可能短路。
              其表現為讀數儀測量不出溫度值。
        5.3.3 用100V 直流兆歐表或萬用表測量傳感器芯線(紅、黑線對地線,白、綠線對地線,紅、黑線對白、綠線)的電阻,其測值如果很小(﹤5MΩ),可能電纜接頭進水短路。
              其表現為讀數儀測量正常,MCU-32自動測量單元測量頻率值可能會引起測值不穩,測量溫度值將比正常值偏低10~20℃左右。
        5.4 讀數儀測值不穩
           a) 將屏蔽線并接到讀數儀測量線的黑線夾子上;
           b) 可能電纜接頭處進水,將其剪掉,重新連接;
           c) 確定傳感器的頻率范圍,正確選擇讀數儀的激勵類型;
           d)確定傳感器的電阻基值,正確選擇讀數儀的電阻基值;
           e) 檢查附近是否有干擾源,如電機、發電機、天線或交流動力電纜,遠離上述干擾源。
        5.5 其它
             振弦式傳感器安裝就位前、后應及時測量頻率和溫度值,根據傳感器編號和設計編號作好記錄并存檔,特別注意保護傳感器信號引出電纜。

      安全監測儀器術語定義
       頻率模數:振弦式傳感器的測量單位之一,為輸出信號頻率平方的千分之一(f2/1000),以kHz2表示。
        起始值:儀器在現場零荷載下的測值。
       初始值:儀器安裝后,在既定荷載下,安裝影響消除后的測值。
       基準值:相對于荷載條件的計算起點的測值。
       滿量程:儀器標稱范圍兩極限之差的模,以FS表示。例如,對從-10V~+10V的標稱范圍,其量程為20V。
             振弦式傳感器工作特性所決定的最大輸出頻率的平方和最小輸出頻率的平方的代數差。
             以頻率模數(輸出頻率的平方除以1000)為輸出量的振弦式傳感器,其滿量程輸出可表征為其最大輸出頻率模數和最小輸出頻率模數的代數差。
       分辨力:在測量范圍內,振弦式傳感器所能感測的被測量的最小變化值,以滿量程輸出百分比表示。
       滯后:振弦式傳感器在輸入量作滿量程變化時,對于同一輸入量,傳感器的正、反行程輸出量的最大偏差,以滿量程輸出百分比表示。
       不重復度:振弦式傳感器在一段時間間隔內,在相同的工作條件下,輸入量從同一方向作滿量程變化,多次趨近并到達同一校準點時所測量的一組輸出量之間的分散程度,以滿量程輸出百分比表示。
       非線性度:振弦式傳感器正 、反行程實際平均特性曲線相對于參比直線的最大偏差,用滿量程輸出的百分比來表示。
       綜合誤差:振弦式傳感器進程平均校準曲線和回程平均校準曲線二者與工作直線的最大偏差,用滿量程輸出的百分比來表示;該誤差是反映振弦式傳感器的綜合性能指標。










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