1 用途
振弦式应变计适用于长期埋设在水工结构物或其它混凝土结构物内，测量结构物内部的 应变量，同步测量埋设点的温度，全不锈钢结构、一体化设计、防旋转、防折弯、抗冲击、 抗跌落、接地防雷、弹性模量小，与被测结构物的随动性好，不会干扰原应力场，埋设简单 可靠，VWS-5 是目前世界上整机体积*小的具有智能识别和测温功能的应变计，埋设在微小 体积混凝土结构件或试验模型中，适应长期工作在水下。 振弦式应变计加装配套附件可组成多向应变计组、无应力计、岩石应变计等测量应变的 仪器。大弹模应变计主要用于高仓位混凝土连续浇筑，如地下连续墙、防渗墙、灌注桩等工 程场合。 振弦式应变计测量系统智能识别参数、智能故障诊断、云平台手机无缝对接。
2 规格及主要技术参数
规格型号 | VWS-5 | VWS-10 | VWS-15 | VWS-10M | VWS-15M | ||
尺寸参数 | 测量标距L | 65mm | 100mm | 150mm | 100mm | 150mm | |
有效直径d | 14mm | 22mm | |||||
端部直径D | 20mm | 33mm | |||||
性能参数 | 应变测量范围 | 拉伸 | 1500με | ||||
压缩 | 1500με | ||||||
灵敏度k | 0.5με | ||||||
拟合/端基精度 | 0.1%F.S/0.5%F.S | ||||||
测量范围 | -40℃~+80℃ | ||||||
灵敏度 | ±0.1℃ | ||||||
测温精度 | ±0.5℃ | ||||||
修正系数b | 13με/℃ | ||||||
弹性模量Eg | 100~150MPa | 300~800MPa | 800~1500MPa | ||||
耐水压 | ≥1MPa | ||||||
绝缘电阻 | ≥50MΩ | ||||||
成组仪器支数 | 1~9支 | ||||||
注：频率模数F=Hz
3 结构及工作原理
3.1 结构
振弦式应变计由前端座、后端座、不锈钢护管、观测电缆、振弦及激振电磁线圈等组成。应变计采用外壳接地双护套双绞屏蔽聚氨酯电缆线，有效提高了应变计抗机械磨损、抗干扰、防雷击的能力。
3.2 工作原理
当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量。同步测量埋设点的温度值。
3.3 计算方法
3.3.1 当外界温度恒定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 为线性关系：
ε= k×△F
△F = F - F0
式中：ε—应变计的测量值，单位为 10-6；
k—应变计的灵敏度系数，单位为 10-6/F；
△F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为 F；
F—应变计的实时测量值，单位为 F；
F0—应变计的基准值，单位为 F。
3.3.2 当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，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为线性关系：
ε´= K×△F´+ b×△T = 0
k×△F´= -b×△T
△T = T - T0
式中： b—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℃。
3.3.3 埋设在水工结构物或其它混凝土结构物中的应变计，受到的是变形和温度的双重作用，此时的温度修正系数为应变计的温度修正系数与被测结构物的线膨胀系数之差，因此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/℃。
3.3.4 应变计的计算工程值乘以被测物的弹性模量可得被测物的应力。
σ=(k × (F-F₀ ) + (b-α) × (T-T₀ )) × E
式中：E—被测结构物的弹性模量，单位为 MPa。
4 测量
4.1 读数仪测量
应变计人工测量用 VW-102E 型全功能读数仪，将测量线连接读数仪的左边接线柱，测量线的各色夹子对应连接点焊应变计，电缆芯线定义：黑、红测频率，白、绿测温度及智能识别。读数仪测量会自动将测量值及识别信息测出，顺序存入读数仪内，同步葛南云平台，方便快速统计计算及查询，使测量工作远程智能无纸化操作，实现前方测量后方实时查看作图制表。
工程现场多支点焊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应变计所对应的编号及身份信息。
4.2 自动化测量
MCU-32 型分布式模块化自动测量单元可接入 8～32 支应变计，适用于单台或多台组网自动测量振弦、差阻、电阻、电流、电压、开关、数字量输出的传感器信号，具有智能识别读取传感器身份参数、防水、防雷、抗电磁干扰等能力。
GDA1602(4)型全功能采集模块可接入 4 支应变计，适用于采集振弦、差阻、电流、电压、开关及数字量输出的传感器信号(1 拖 4)，传感器通道接入任意组合，具有智能识别读取传感器身份参数、故障智能诊断、实时采集、定时采集、测量数据存贮、自动休眠等功能。
4.3 选取基准值
应变计的测量值为实时测量值相对于基准值的变化量，所以基准值选取的准确与否，将直接影响到测值的准确性。在外荷载变动不大选取相同时间、稳定气温的 3 次相近的读数，经平均后做为基准值，应变计安装在混凝土中应选取水化热过后的测值。基准值选定后应做好记录，作为计算的基准值。
为使基准值取的更准确，可将以上操作重复进行两次，如果两次测值基本相同(误差≤0.5％F.S)，则证明基准值取值正确。
应变计的测量值出现偏差时，可用以上方法重新校准基准值。
5 故障排查
5.1 应变计故障排查
当应变计测量出现故障时，可用万用表检查应变计电缆芯线间的电阻值，其正常状况红、黑芯线电阻值通常为 300Ω左右；绿、白芯线电阻值在温度 25℃时应为 3kΩ左右；红、黑线对绿、白线或对屏蔽线(裸线)间绝缘电阻值应﹥50MΩ(测量绝缘电阻时可使用 100V 直流兆欧表，万用表测量绝缘电阻使用 MΩ档)。
5.2 电缆故障排查
应变计接长电缆型号为 YSPT—4P，其电阻值为 45Ω/km 左右。
5.2.1 用万用表测量(黑、红芯线)的电阻值：正常情况为300Ω左右，再加上电缆的电阻值。
a) 如果电阻测值正常，可能应变计损坏或进水；
b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆或接头断路；
c) 如果电阻测值非常小，电缆或接头短路。
其表现为读数仪测量不出频率值。
5.2.2 用万用表测量(白、绿芯线)的电阻值：正常情况在温度25℃时应为3kΩ左右，再加上电缆的电阻值。
a) 如果电阻测值正常，请检查读数仪及其测量连接线；
b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆或接头断路；
c) 如果电阻测值非常小，电缆或接头短路。
其表现为读数仪测量不出温度值。
5.2.3 用100V 直流兆欧表或万用表测量应变计电缆芯线(红、黑线对地线，白、绿线对地线，红、黑线对白、绿线)的电阻值，其测值如果很小﹤5MΩ，可能电缆接头进水短路。其表现为读数仪测量正常，MCU-32型分布式模块自动测量单元测量频率值可能会引起测值不稳，测量温度值将比正常值偏低10～20℃左右。
5.3 测量故障排查
a) 将屏蔽线并接到读数仪测量线的黑线夹子上；
b) 可能电缆接头处进水，将其剪掉，重新连接；
c) 确定应变计的频率范围，正确选择读数仪的激励类型；
d) 确定应变计的温度电阻基值，正确选择读数仪的电阻基值；
e) 检查是否有干扰源，如电动机、发电机、天线或交流动力电缆，远离上述干扰源。
6 埋设安装指南
6.1 简述
应变计使用场合很广，应变计经加装一些附件可以组成多向应变计组、无应力计、岩石应变计等测量应变的仪器，这些应变计的工作情况及安装条件各不相同，所以埋设安装方法有所不同。下面对单向和双向应变计的埋设方法作一些简述，对防渗墙中埋设应变计方法作详细说明。其它类型应变计的安装埋设方法可参照。
6.2 单向和双向应变计埋设安装
6.2.1 单向应变计
单向应变计埋设安装时应首先根据受力的方向在坝体或其它结构物上定位，在混凝土浇筑到埋设高程时，在该部位挖尺寸在 20cm 左右见方的坑，清除混凝土中直径大于 8cm 的骨料，坑底铺设垫层，竖向或水平向摆放应变计，回填混凝土人工捣密实直至高出坑口(如下图所示)。
当埋设部位有钢筋笼时可以将应变计(包括电缆)绑扎在钢筋上, 固定应变计可采用胶带、自锁扎带、细铁丝捆扎，捆扎要保证应变计位置不易移动，但捆扎不要过紧，否则阻碍应变计变形。电缆要松弛捆扎在钢筋上，靠近应变计的电缆要打 8 字回环。应变计就位后用人工捣实应变计周围的混凝土，避免有过大的振动，以免扰动应变计放置的方位或损伤电缆。
6.2.2 双向应变计
双向应变计埋设安装与单向应变计埋设安装方法相同。区别是要同时埋设安装相互成90°夹角的两支应变计。双向应变计埋设摆放分为垂直摆放和水平摆放(如上图所示)。
双向应变计的两支应变计采用∅ 6 钢筋弯成直角的附件连接更方便埋设(见上图)。
6.2.3 注意事项
埋设前必须对应变计进行一次检测，发现问题可及时处理和更换，防止有故障的应变计
被埋设安装。应变计埋设前要校对应变计的角度、方向、部位。规范要求：埋设应变计的角度误差应
不过 1°，位置误差应不过 2cm。埋设应变计用的混凝土和被测结构物所用的混凝土标号相同。回填混凝土剔除大于 8cm的骨料，四周均匀缓慢下料，人工振捣密实。
埋设安装完成及时记录埋设位置、设计编号、应变计编号、电缆长度、埋设前读数、埋设后读数、埋设时的温度、湿度、气压等填表记录，作好存档。
应变计组配套设备 | ||
1 | 设备 | SCS-1型应变传感器架 |
2 | 仪表 | 数字万分表 |
3 | 观测电缆 | YSPT-4P型水工电缆 |
4 | 电缆接长 | GJ-1型防水接头 |
5 | 测量仪表 | VW-102E型全功能读数仪 |
6 | 集中自动化测量 | MCU-32型分布式模块化自动测量单元 |
7 | 分散自动化测量 | GDA16型全功能采集模块 |
8 | 系统软件 | 葛南云平台、数据采集系统软件 |
9 | 安装附件 | SS-3/9型多向应变计安装支座 |
