Типовые средства измерений, применяемых в строительстве в зависимости от измеряемых показателей
Виды средств измерений, применяемых в строительстве
Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений и позволяющее решать измерительную задачу путем сравнения измеряемой величины с единицей или шкалой ФВ. Средство измерений — обобщенное понятие, объединяющее самые разнообразные конструктивно законченные устройства, обладающие одним из двух признаков: вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о размере (значении) измеряемой величины и воспроизводят величину заданного размера.
Типовые средства измерений, применяемых в строительстве в зависимости от измеряемых показателей
1.Линейные и угловые величины
1)Измерительные линейки изготовляются длиной до 1 м и имеют цену деления 1 мм или 0,5 мм. Измерительные рулетки изготовляются длиной от 1 м до 30 м и более («измерительные ленты») с ценой деления 1 мм (измерительные ленты– 1 см).
2)Штангенциркули в настоящее время производятся трёх типов − нониусные, с круговой шкалой и цифровые. Штангенциркулями измеряют длину, ширину, толщину изделий или их частей. Большинство штангенциркулей имеют губки, позволяющие измерять внутренние размеры отверстий, пазов и т.п. Некоторые штангенциркули совмещаются с глубиномером, позволяющим измерять глубину отверстий, пазов, внутреннюю высоту полых изделий и т.п.
3) Микрометры – устройства для точных измерений линейных размеров. Микрометры чаще всего применяются в комплекте со скобой — жёсткой стальной С-образной рамкой. Микрометры бывают с микрометрической резьбой и цифровые.
4) Измерительные скобы представляют собой жёсткую стальную С-образную раму с измерительным устройством, позволяющим непосредственно измерять отклонение от номинального размера изделия. Перед применением скобу настраивают на номинальное значение, а затем, вставляя изделие между подвижным и неподвижным стержнями, по шкале отсчётного устройства определяют отклонение от номинального значения.
2. Отклонения формы поверхности, шероховатости
1) Уровни (строительные) – средства измерений, предназначенные для определения горизонтального и вертикального положения изделий или конструкций . Представляют собой бруски различной длины с встроенными в них одной или несколькими ампулами, заполненными подкрашенным спиртом или эфиром так, чтобы оставался небольшой воздушный пузырёк. Иногда конструкция обоймы с ампулой позволяет поворачивать её на заданный угол. В этом случае уровнем можно пользоваться для измерения отклонения элемента (ребра, поверхности изделия или конструкции) от заданного наклонного положения.
2)Профилограф – прибор для оценки шероховатости поверхности
1)Гири представляют собой меры массы. Наборы мелких гирь часто называют разновесами или разновесом. Номинальное значение массы гири в килограммах должно быть равно 1 · 10n или 2 · 10n или 5 · 10n, где n – целое число от минус 6 до плюс 3 включительно. Таким образом, масса гирь может находиться в пределах от 1 мг до 5000 кг. Гири массой до 500 мг изготавливают в форме пластин или изогнутых проволочек; массой от 1 г до 20 кг включительно – в виде цилиндров с головкой или без головки, усечённого конуса с головкой или без головки, а также в виде «условных» гирь — цилиндров с радиальным вырезом. Гири большей массы изготавливают по рабочим чертежам на заказ, например, в форме прямоугольного параллелепипеда с вырезом для захвата рукой или крюком.
2)Весы – широко распространённые средства измерений массы. Существует большое количество конструкций весов — рычажные, электротензометрические, гидростатические, гидравлические, пружинные, а также промышленные и специальные весы, например, автомобильные, непрерывного действия и др., охватывающих огромный диапазон измерений – от долей миллиграмма до десятков тонн.
4. Прочность, твердость, сила
1) Пресс – наиболее распространённое средство измерения нагрузок при испытаниях материалов и изделий на прочность. В соответствии с ГОСТ 28840 максимальная нагрузка данных средств измерений может находиться в пределах от 10 Н (1 кгс) до 10 МН (1000 тс).
2) Склерометр – прибор для определения твердости материала. Испытание материалов методом царапания, известное как склерометрия, применяется в мировой практике более 300 лет и является одним из старейших способов оценки механических характеристик твёрдых тел.
1) Ареометры – приборы для определения плотности жидкостей. Слово «ареометр» произошло от греческого «araiós» – неплотный, жидкий и слова «метр» . Различают ареометры постоянной массы, называемые денсиметрами, и постоянного объёма. Последние применяются значительно реже, но могут использоваться для определения плотности твёрдых тел. Ареометр – денсиметр представляет собой стеклянный запаянный сосуд, в нижней – широкой части которого располагается груз (обычно дробь), а в верхней – узкой – шкала плотности. Ареометр погружают в сосуд с жидкостью и фиксируют по шкале плотность испытуемой жидкости.
2) Объёмомер представляет собой ёмкость, в верхней части стенки которого имеется небольшое отверстие с «носиком». Объёмомеры предназначены для измерения плотности твёрдых тел.
1) Вискозиметр – прибор для определения динамической и кинематической вязкости. Виды : капилярные, ротационные ( с падающим шариком)
2) Дуктилометр – прибор для измерения тягучести полутвердых материалов.
1) Термометры – широко распространённые средства измерений температуры. Известны следующие основные виды термометров: расширения, манометрические, сопротивления, с термопарами, пирометры. Термометры расширения бывают жидкостные, биметаллические и дилатометрические. Жидкостные стеклянные термометры бывают ртутные(от минус 30 °С до 650 °С), спиртовые (от минус 100 °С), толуоловые (от минус 90 °С) и пентановые (от минус 190 °С). По назначению бывают лабораторные, технические (длиной от 60 мм до 2 м), образцовые и контактные. Контактные термометры предназначены для контроля и регулирования температуры. У них имеются в капилляре впаянные (неподвижные) или подвижные контакты 1 и 2,расстояние между которыми регулируется винтом.
8. Теплофизические величины
1) Дилатометр – прибор, предназначенный для измерения изменения размеров тела, вызванных внешними воздействиями (температура, давление, ЭМП)
1) Психрометры предназначены для измерения влажности воздуха. Бывают двух основных типов – аспирационные и электронные. Точному измерению влажности воздуха серьёзно мешает расслоение воздуха в помещении по высоте, движение воздуха (ветер), и даже дыхание оператора. Поэтому при необходимости повышения точности измерений применяют выносные датчики, позволяющие минимизировать влияние двух последних факторов.
2) Влагомеры предназначены для измерения влажности материалов – древесины, песка, щебня (гравия) и др. Наибольшее распространение получили электронные влагомеры, принцип действия которых основан на зависимости между влажностью и электросопротивлением материалов.
10. Акустические величины
1) Шумомер – прибор для объективного измерения уровня звука. Не следует путать этот параметр с уровнем громкости. Не всякий прибор, измеряющий звук – шумомер.
2) Виброметр – прибор, предназначенный для контроля и регистрации виброскорости, виброускорения, амплитуды, частоты объектов. В частности применяются для измерения параметров вибрации виброустановок, применяемых для уплотнения бетонной смеси при изготовлении жби.
11. Электрические величины
Амперметр, вольтметр, омметр
1) Секундомеры – традиционное средство измерений времени при проведении испытаний строительных материалов. Цена деления механических секундомеров составляет (0,2 – 1) с, электронных – от 0,01 с. Можно отметить, что сегодня в некоторых стандартах допускается измерять время при помощи обычных (бытовых) часов.
2) В строительстве при некоторых испытаниях применяются ультразвуковые приборы, предполагающие измерение времени прохождения ультразвука через толщу материала. Время в таких приборах исчисляется миллионными долями секунды.
13. Расход и количество
Расходоме́р — прибор, измеряющий объемный расход или массовый расход вещества, т. е. количество вещества (объем, масса), проходящее через данное сечение потока например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счетчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счетчиком-расходомером.
Манометр – прибор, измеряющий давление жидкости или газа
15. Испытательные машины и оборудование
Приспособления для испытаний различных материалов и изделий каменных, деревянных, пластмассовых и др. — на изгиб, загиб, скалывание и т.п.
Цилиндры с пуансонами для испытания на прочность заполнителей для тяжёлых и лёгких бетонов. Испытательные стенды и комплекты приспособлений для испытания на прочность, жёсткость, трещиностойкость, выносливость железобетонных, стальных, деревянных изделий и конструкций, фрагментов зданий и сооружений, оконных и дверных блоков, специальных стёкол и стеклопакетов и т.п. Сушильные шкафы создают в замкнутом объёме повышенную температуру, обычно, не выше 500 °С. температуры.
Лабораторные печи или термокамеры создают в объёме своей камеры высокую температуру. Максимальная температура, в зависимости от назначения оборудования, может быть от 400°С до 1700 °С. Для специальных работ создаются печи с бóльшей максимальной температурой.
Морозильные (крио-) камеры предназначены для охлаждения материалов до заданной температуры.
Климатические камеры предназначены для моделирования одновременного воздействия на строительные материалы и изделия нескольких климатических факторов: повышенной и (или) пониженной температуры, переменной влажности воздуха, дождя, ультрафиолета и др. Среди них можно выделить установки для испытания на сопротивление теплопередаче различных строительных конструкций, состоящие, обычно, из «тёплого» и «холодного» отсеков, между которыми монтируется образец – фрагмент испытываемой конструкции. Сопротивление теплопередаче оценивается по разности температур на противоположных поверхностях образца.
Акустические методы контроля строительных конструкций. Область применения, особенности методов, преимущества и недостатки.
Вопрос 23.
Акустические методы основаны на возбуждении упругих механических колебаний. По параметрам этих колебаний и условиям их распространения судят о физико-механических характеристиках и состоянии исследуемого материала.
В зависимости от частоты колебаний акустические методы делятся на ультразвуковые (при частотах от 20 тыс. Гц и выше) и методы, основанные на использовании колебаний звуковой (до 20 тыс. Гц) и инфразвуковой (до 20 Гц) частот.
Акустические методы контроля строительных конструкций:
1. Ультразвуковой импульсный метод
2. Низкочастотный звуковой (ударный метод)
3. Резонансный виброакустический метод
4. Метод акустической эмиссии
1. Ультразвуковой импульсный метод (УИМ) – при частотах от 20 тыс. Гц и выше.
Физическая основа метода – наличие зависимости между скоростью распространения ультразвука и свойствами материалов.
Для бетона – 40лГц-200 кГц
Для металла – 1МГц-5МГц
Для бетона применение УИМ позволяет:
-определить прочность бетона
-проверить однородность бетона
-определить модуль упругости, модуль сдвига, коэффициент Пуассона
-определить наличие дефектов
-определить глубину развития трещин в конструкциях
-проконтролировать процесс трещинообразования (при научных исследованиях)
Сущность метода состоит в том, что измеряют скорость распространения через бетон или др. материал переднего фронта продольной ультразвуковой волны v. Исходя из зависимости R=f(v), по измеренной Vскорости определяют прочность R. Для измерения v необходимо знать время прохождения ультразвука на участке определенной длины, называемой базой прозвучивания, L. Поскольку скорость ультразвука в бетоне может достигать до 5 км/с, при обычных значениях L=до 1,5 м, приходится определять очень малые интервалы времени (в мк сек).
Возбуждение и прием колебаний
Для возбуждения ультразвуковых волн на поверхности исследуемого материала устанавливают преобразователи переменного электрического тока, создающие колебания. Чаще всего применяются преобразователи, действующие по принципу пьезоэффекта -эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля. Пьезоэффектом обладают кристаллы – пьезоэлектрики.
Приемник и излучатель (также может быть магнитостриктор – устройство, состоящее из тонких никелевых пластин, обладающих способностью сжиматься или растягиваться под действием магнитного поля).
Излучатель – пластинки находятся в катушке, через которую пропускается электрический ток.
Приемник – при механическом воздействии в катушке с пластинками возникает эл. ток.
-контроль качества сварных швов
-определение динамического модуля упругости материалов(бетон, гипс, кирпич) и др. Скорость распространения упругих колебаний v связана с динамическим модулем упругости Eдин и плотностью 
проверяемого материала соотношением:
-контроль однородности бетона
-выявление и исследование дефектов в бетоне
-определение толщины верхнего ослабленного слоя бетона
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ПЛАСТМАССЫ:
-проверка физико-механических характеристик
-проверка качества и дефектоскопия основного материала
-дефектоскопия клееных соединений и стыков
-на скорость распространения ультразвука в бетоне оказывает влияние множество факторов: количество связующего, температура, наличие арматуры, напряженного состояния бетона и др.
-для каждого конкретного случая строится своя градуировочная зависимость «прочность R – скорость v»
-получение довольно точных результатов при небольших размерах исследуемого объекта
2. Низкочастотный звуковой (ударный) метод.
Основан на изменении скорости распространения единичных импульсов, возбуждаемых ударом легкого молотка или специального приспособления для нанесения небольших ударов заданной силы. Единичный импульс (единичная импульсная функция) — позволяет записать пространственную плотность физической величины (масса, заряд, интенсивность источника тепла, сила и т. п.), сосредоточенной или приложенной в одной точке.
Для приема и регистрации сигналов может быть использована та же аппаратура, что и при УИМ.
Используется для контроля асфальтового и цементного бетонов в дорожных и аэродромных покрытиях, а также для испытания длинномерных (до 30м) бетонных и жб элементов.
Возможность использования для обследования массивных конструкций
Неточен для исследования больших образцов
3. Резонансный виброакустический метод.
Основан на использовании колебаний звуковой частоты и применяется при испытаниях образцов бетона.
О характеристиках материала судят по частотам , соответствующим резкому увеличению измеряемых амплитуд при наступлении явления резонанса. Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы.
-полезен для сооружения дорожных и аэродромных покрытий
-для получения быстрой и надежной информации о ходе технологического процесса и может также быть положен в основу автоматического управления.
4. Метод акустической эмиссии.
Акустическая эмиссия – это процесс выхода(испускания, возникновения) звука из твердых или жидких тел под влиянием внешних воздействий (механические, температурные, световые и др.)
Метод основан на регистрации акустических волн в твердых телах при пластическом деформировании и при возникновении трещин. Регистрируя скорость движения волн эмиссии, можно обнаружить опасные дефекты и прогнозировать работоспособность элементов конструкции: зон концентрации напряжений в металлических конструкциях, эволюцию развития трещин в жбк, появление расслоев в клееных деревянных конструкциях.
Сущность метода: на поверхности изучаемого объекта устанавливается ряд приемников, регистрирующих моменты прихода импульсов и их значения в процессе нагружения конструкции и ее эксплуатации.
Интенсивная фиксация импульсов предопределяет процессы, связанные с развитием микро- и макротрещин в конструкции.