0 引言

　　該應力傳(chuan) 感器的設計是智能張拉設備研製過程中的一個(ge) 重要環節。預應力張拉涉及到環境、磨損等諸多方麵的因素，是一個(ge) 非線性的傳(chuan) 遞過程。預應力張拉精度直接影響著預應力構件的安全和壽命。所以，張拉過程一旦失控，輕則引起構件錨固端的縱向裂紋或構建應力不足，日後構件發生形變，重則引起構件裂痕，或者拉斷預應力筋等重大事故。張拉過程中，準確地測量預應力是關(guan) 鍵的一步。

　　在傳(chuan) 統的預應力測量過程中，預應力的獲取是通過油泵驅動千斤頂對預應力鋼筋進行張拉，預應力的是通過測量油泵的油壓間接獲取的，然後進行人工讀數。存在讀數慢、預應力獲取需要轉換、傳(chuan) 輸過程有損耗等缺點。新型應力傳(chuan) 感器是針對傳(chuan) 統預應力張拉設備的缺點進行設計的。通過該傳(chuan) 感器，將預應力鋼筋受到的張拉力轉化為(wei) 電壓信號，經西門子模數轉換模塊EM235 CN輸入處理器進行處理。該傳(chuan) 感器精度高、讀數快，最大限度地減少了測量誤差。

　　1 傳(chuan) 感器機械結構設計

　　1.1 結構描述

　　圖1為(wei) 新型專(zhuan) 用應力傳(chuan) 感器的彈性元件結構圖。該應力傳(chuan) 感器是根據QFZ600-25型張拉千斤頂進行設計的穿心式傳(chuan) 感器，配合千斤頂、張拉油泵及配套錨具完成對中、錨固和測力三項功能。傳(chuan) 感器的核心部件由彈性元件和電阻應變電橋構成。彈性元件材料為(wei) 40CrMnTi鋼。箔式應變片在粘貼時需要矽膠進行保護，防止因振動等外部因素引起的脫落。信號線采用四芯屏蔽電纜，有助於(yu) 降低外部強電信號的幹擾。

　　圖1 應力傳(chuan) 感器彈性元件

　　1.2 基本原理

　　圖2為(wei) 應力傳(chuan) 感器工作原理圖，千斤頂在油泵的驅動下進行錨固作用，其張拉力量的大小通過在千斤頂和錨具之間應力傳(chuan) 感器獲取。應力傳(chuan) 感器在軸向受到擠壓後發生形變，粘貼於(yu) 彈性元件表麵的電阻應變片阻值發生變化，從(cong) 而引起電橋自平衡狀態到不平衡。根據受力的大小，電阻值有相應的變化，電橋輸出相應的電壓值。電橋的穩定性等因素，我們(men) 在設計傳(chuan) 感器電路作重點研究。

　　1.錨具 2.專(zhuan) 用應力傳(chuan) 感器

　　3.張拉千斤頂 4.預應力鋼筋

　　圖2 應力傳(chuan) 感器應用原理圖

　　預應力鋼筋強度標準值fpk，根據預應力鋼筋材料的不同而改變，fpk最大取值為(wei) 1860Mpa。具體(ti) 設計時，張拉控製應力σcON可采用小於(yu) 0.75fpk（或0.9fpk），但不應小於(yu) 0.4fpk.。我們(men) 在設計應力傳(chuan) 感器時，考慮到損耗及過張拉等因素，取傳(chuan) 感器可控最大張拉應力為(wei) 1860Mpa。應力傳(chuan) 感器和QFZ600-25型千斤頂中間位置的通孔直徑為(wei) 43mm，設計最大可張拉預應力鋼筋直徑20mm，千斤頂提供最大為(wei) 600KN的張拉力。則應力傳(chuan) 感器應能夠承受的最大壓力fmax見公式（1）：

　　（1）

　　r為(wei) 可張拉預應力鋼筋直徑。

       2 傳(chuan) 感器電路設計

　　圖3為(wei) 應力傳(chuan) 感器的電路圖。電阻應變片組成測量電橋，彈性元件受力，電橋失去平衡。由於(yu) 該輸出信號是毫伏級信號，若不加以變送，則在傳(chuan) 輸過程中，信號很容易受到外部信號的嚴(yan) 重幹擾。為(wei) 了解決(jue) 這一問題，我們(men) 采用變送器將該毫伏信號轉變成4-20mA的電流信號，該變送器的芯片是BURR-BROWN公司生產(chan) 的XTR101。利用阻值為(wei) 250歐姆的負載電阻將輸出電流信號轉變成電壓信號，然後將轉變後的電壓信號作為(wei) 西門子模數轉換模塊EM235 CN 的模擬量輸入信號。

　　圖3 傳(chuan) 感器電路圖

　　用e2表示pin4、pin6點的電壓，e1表示pin3、pin5點的電壓，則輸入電壓見公式（2）：

　　調節電阻RS的取值，可以實現對測量電橋漂移的補償(chang) 。

　　R2、R3是調零電阻，當電壓輸入為(wei) 零，輸出電流不為(wei) 4mA時，調節R2，使電流輸出為(wei) 4mA。電容C1對傳(chuan) 感器的電源進行濾波。

　　3 結果分析

　　我們(men) 用壓力試驗機對該傳(chuan) 感器進行四次張拉試驗，記錄了不同的壓力下相應的輸出電壓VRL（見表1），將在相同的壓力值下的輸出電壓取平均值。根據壓力取值和平均輸出電壓值，我們(men) 擬合出一個(ge) 反映壓力值和電壓值的特性曲線，該曲線為(wei) 我們(men) 編製張拉控製程序提供了重要的依據。

　　表1壓力傳(chuan) 感器的標定

　　圖4 壓力值與(yu) 輸出電壓值關(guan) 係曲線

　　圖4為(wei) 壓力值和輸出電壓值的關(guan) 係曲線，雖存在電橋電路的非線性，電阻應變片的非線性和彈性元件的非線性等因素，但由傳(chuan) 感器工作特性曲線我們(men) 可以看出，在重要工作區間（1～500KN），壓力值和輸出電壓值存在較好的線性關(guan) 係。

　　4 結束語

　　該新型專(zhuan) 用應力傳(chuan) 感器適用於(yu) 張拉過程中預應力的測量，結構簡單，測量精度較高，很好地解決(jue) 了智能內(nei) 應力測量係統中的預應力測量問題，具有成本低，穩定性能好等特點。