[发明专利]一种电阻应变式钢筋计计量校准装置及方法

权利要求书

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R_D，作为电阻应变式钢筋计(10)电阻偏差的校准结果；

式中：

——电阻应变式钢筋计(10)输出的电阻值算术平均值，Ω；

R_B——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R_D大于设定的电阻偏差阈值R_T，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T_R0，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ε_T0；

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T_R0的变化量ΔT_Ri作为自变量，其中ΔT_Ri＝T_Ri-T_R0，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ε_Ti相对初始应变值ε_T0的变化量Δε_Ti作为因变量，其中Δε_Ti＝ε_Ti-ε_T0，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；

Δε_Ti＝k_T×ΔT_Ri+b_T (2)

式中，

k_T——温度灵敏系数；

b_T——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T_Rij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Δε_Tij，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λ_ij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Δε_Tij差值的平均值；

式中，

Δε_i——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；

ε_ij——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；

Δε_Tij——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Δε_i作为自变量，以标准荷载装置(70)施加的荷载平均值F_i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，

式中，

F_Pi——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；

F_Mi——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；

F_Wi＝k×Δε_i+C (5)

式中：

F_Wi——最小二乘直线上与Δε_i对应的F_i，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F_Wi与标准荷载装置(70)施加的荷载平均值F_i间的最大误差δ_L：

式中，

F_FS——电阻应变式钢筋计(10)的满量程荷载值，kN。