制器的24位A/D(有效码18万） 配合使用，最小分辨率为〇. 〇14μπι，控制精度可0.125μπι。
[0257] 因此，本发明提供的试件变形测试装置能够达到微米级的测量精度。
[0258] 位移测杆与变形测杆均采用石英材质，石英的平均线性膨胀系数仅为al(-20~ 200°C Η 0.55 X 10~-6/°C，对测量影响很小，试件变形测量点的中心距离为900mm，按石英 的线胀系数计算，变形测量时测杆受温度变化的影响为〇.〇〇〇495mm/°C，此影响值基本不 变，可在试验过程中按此值扣除影响，也可以通过标定方式在试验过程中扣除。
[0259] 前面所述是在环境箱2内设置位移/变形传感器，另外，如图21所示，也可以将位 移/变形传感器设在环境箱2的外面，例如，使用LVDT传感器(差动式变压器传感器），试件C 中两个预埋件上连接的支撑杆C-0上横向连接一引出杆C-4,其伸出环境箱2,在两个引出杆 C-4之间连接石英测杆C-2。石英测杆C-2的一端与固定夹头311-侧的引出杆固定，与活动 夹头312-侧的引出杆可移动的连接。具体连接结构是：在石英测杆C-2的端头固定LVDT变 压器的铁芯C-5，在引出杆C-4的端头固定线圈C-6，试件C受力后，铁芯C-5和线圈C-6之间有 相对运动，从而引发电压的变化而反应试件的变形量。当然，设置在环境箱2外面的传感器 也可以是引伸计。还可以是其它的变形传感器。设置在环境箱2外面的传感器比较直观，易 于观测。当测量精度不是要求很高的情况下，可以使用这种外置的传感器。为了避免因为引 出杆较长而导致石英测杆的下沉，可以设置测杆支撑座C-7。
[0260] 为了获得比较精确的数据，在支撑杆上可以向环境箱的两个侧壁伸出引出杆，设 置两套位移/变形传感器。
[0261 ]环境箱内的位移/变形传感器和环境箱外的位移/变形传感器可以分别单独使用， 也可以同时使用，以此相互对比校对。
[0262] 还可以用位移测量的光栅传感器(分辨率Ο.?μπι)安装在试件环境箱外部，与活动 夹头312相互连接，不受内部高温影响，试件变形测量采用应变式岩石引伸计方式。
[0263] 试验过程中试件变形通过镶嵌在试件内部的预埋件，带动支撑杆与石英测杆移 动，测杆一端相对与支撑杆固定，另一端可以相对支撑杆沿试件轴向滑动，通过引伸计测量 两支撑杆的相对位移，可以直接测量试件的变形量。传感器精度高达精度〇. 1 %FS(0. Ιμε)， 使用温度范围_70°C~180°C。
[0264] 为了固定位移/变形传感器而在试件中设置的预埋件，其包括设置在试件混凝土 中的埋入部分、露出在混凝土试件表面的盘体和卡座(见图19)，所述埋入部分为一板体，该 板体的板面垂直于所述混凝土试件容置空间的所述轴线，与埋入部分固连的盘体的盘面与 所述埋入部分的板体板面垂直，在该盘体上设置卡座与连接所述温度传感器的石英测杆的 支撑杆构成匹配卡固结构。
[0265] 为了保证预埋件与试件变形同步，预埋件做成扁平状，沿轴向与水泥接触面大，垂 直方向有一圆盘，保证预埋件在试件凝固前不会有下沉。预埋件通过定位工装安装在试件 的中轴线上，以保证测量的变形为试件的均匀变形。
[0266] 为了使得设置在试件C中的预埋件的位置精准，保证试件尺寸规格的一致，可以借 助一个工字工装C_8(如图20所示），其两端固定在固定夹头311和活动夹头312上，在填料前 需要将4只定位销，通过夹头两侧的定位销孔将夹头和下模板固定在一起。在工装中间的杆 件上设孔，可拆地固定连接预埋件的支撑杆，然后浇注混凝土，将预埋件固定，再拆除该工 字件C-8。
[0267] 具体地，变形测量预埋件在填料后，振动前扦插到试件内部，并安装好支撑杆，通 过定位工装夹具将其固定在试件上。定位工装可以保证试件在振动过程中不会发生位移， 并保证测量距离的一致性。
[0268] 振动完成后将模板与试件整体吊装到设备内部，两端夹头与球绞用螺栓连接牢 固，然后拆除定位工装、定位销，按下图顺序将上模板、石英测杆、引伸计分别安装好(为保 证定位效果，建议3小时后拆除工装）。用直径8mm的扦子顺上模板测温过孔，在试件上扦插 小孔，并放入塑料管并剪断，温度传感器通过上模板测温孔顺塑料管插进试件。
[0269]上模板上设置有上模板提手314-2。
[0270]上模板平放置在试件上方，可以自由拆卸与安装，循环液连接处介质入口313-5和 介质出口 313-6采用软管连接，拆卸与安装时不用拆卸软管，保证密封可靠不漏液。
[0271 ]为保证温度传递均匀，模板内部的栅格结构，限制液体在内部的流动形态，试件的 上下左右四块空心模板内部为同程循环液;PID精确计算控制加热与制冷装置，保证精细的 冷热补偿，控制输入模板循环液的流量，使循环液的温度满足试验的各种要求。
[0272] 使环境箱的温度满足试验的各种要求。环境箱壳体采用不锈钢材质，内部填充保 温材料，密封严实无变形，厚度为150mm。
[0273] 保温环境箱将试件、模板、夹头及部分约束轴包裹在内部。
[0274] 除了含制冷机组、加热装置之外，还可以包括空气加湿装置即加湿器、降雨装置即 喷淋装置、风速装置即风扇装置，其原理图如图12所示。
[0275] 真实环境模拟系统还包括太阳辐射装置即电灯泡。
[0276] 模拟大气自然环境，上述各装置设置在环境箱中，例如，环境箱2的箱壁上设孔，连 接管路，该管路连接送气、送汽、送风和喷水装置中的至少一种。所述环境箱的箱壁上设孔， 在孔中设置模拟太阳照射的灯具构成太阳辐射调节系统。在环境箱中设置湿度传感器、风 速传感器和太阳辐射传感器。
[0277] 相对应地，为了模拟真实环境，除了温度控制单元之外，还设置了湿度控制单元控 制加湿器的启闭或加湿强度;设置降雨控制单元控制喷淋装置的启闭和流量;设置风速控 制单元控制风扇的启闭和转速，设置太阳辐射装置控制单元控制电灯泡的启闭和亮度。这 些控制装置也可以同时设置在辅助试验机B中。
[0278] 上述的执行机构的控制单元可以都包含在控制系统D1中，其流程图如图11和图12 所示。
[0279] 如果要增加太阳辐射的模拟，可以在环境箱上开孔，设置电灯泡。
[0280] 各个控制单元与计算机D的关联关系以太阳辐射为例说明如下：电灯泡的开关即 为执行机构，相应地，在环境箱中设置太阳辐射传感器，控制系统D1中或单独地设置太阳辐 射控制单元关联开关，该太阳辐射控制单元又受控于计算机D中设定的真实环境参数而执 行闭合和断开以及强弱调节等操作。
[0281] 计算机D根据设定的真实环境模拟系统的各个参数与相关传感器采集的数据比对 结果，给各个控制单元指令，或启动或停止各个执行机构或调整其程度。由此，即可在环境 箱中模拟出各种真实环境，让试件的各种试验在特定的环境中进行。
[0282] 计算机D通过采集包括温度传感器、位移/变形传感器和应力传感器的信息，可以 进行如图13所示的试验功能:约束应力、自由变量、弹性模量、变形分离和混凝土徐变，如果 试块是直接将混凝土浇注在试验机中，就可以对于混凝土进行从凝固到开裂全过程的试验 和评价。
[0283] 在本发明中，模拟真实环境系统中主要的气温控制系统，可以有两部分，一部分是 在环境箱体上设置，另一部分在试件容置固定装置上设置。在环境箱上设置，更多的是模拟 真实环境中的气温，而在试件容置固定装置上设置，能在短时间内模拟出真实环境中例如 混凝土大坝的温度。现有技术中的试验机中都没有如此全面的气温控制系统。
[0284]在本发明中，能够直接将混凝土浇注在试件容置固定装置的混凝土试件容置空间 中，这样，就可以在模拟的真实环境中测试混凝土从稀态到凝固再到硬化全过程的膨胀变 形和应力的变化，这样的测试对于例如大坝从浇筑、凝固到硬化全过程的应力、应变在不同 环境条件下都可以进行测试，获得全面的数据，为大坝的设计、施工提供宝贵的信息。现有 技术中的试验机都没有想到也做不到这种全过程的测试。当然，本发明提供的试验机中的 试件容置固定装置也可以对已经制成的混凝土试件进行测试。
[0285] 如图1所示，本发明提供的试验机中的辅助试验机F，包括一个环境箱，即包括一个 试件容置腔用于放置与所述主试验机中试验的试件相同的试件，作为一个实施例，该试件 容置腔中设置所述温度调节装置，也设置湿度调节装置、太阳辐射调节装置、降雨调节装置 和风速调节装置;该试件容置腔中设置温度传感器，还设置湿度传感器、太阳辐射传感器、 降雨传感器和风速传感器，各个所述传感器与所述计算机连接，该控制系统D1连接所述调 节装置而调节所述试件容置腔内环境参数与所述主试验环境箱相同；该试件容置腔中还设 置位移/变形传感器以感知试件的变形。
[0286] 辅助试验箱中的环境参数与主试验箱相同，其中设置一个放置试件的底面，使得 试件可自由变形，其中设有真实环境模拟系统，该模拟系统至少包括一气温调节系统，其是 设置在所述环境箱中和/或试件上的加热或冷却装置;还包括温度传感器和位移/变形传感 器，所述温度传感器设置在所述试件上和/或环境箱中；所述位移/变形传感器设置在试件 上，与主试验箱相同；各个所述传感器的的信号输出端与计算机相关联。
[0287] 辅助试验机且在试件与机器底板摩擦系数足够小条件下，测量与主试验机同温度 条件下辅试件的自由变形，同温度条件平行试验机，使试验数据具备完整性。
[0288] 所述计算机控制和处理系统将参数和控制信号传输给测量测控系统，测量测控系 统根据上述参数和控制信号控制加载装置，所述加载装置根据所给拉力、位移控制信号对 试件加载，加热制冷系统根据计算机控制和处理系统的参数要求，将试件加温或制冷到一 定温度，试件受到拉力并产生变形值，通过拉力、位移传感器采集相关参数反馈至所述测量 控制系统中的闭环测控仪，所述闭环测控仪将采集到的参数经放大处理后传输给计算机控 制和处理系统5,并通过显示器显示和打印机打印出最终结果。
[0289] 本发明提供的试验机，基于真实环境的混凝土开裂全过程试验机和方法是通过以 下方式加以实现的：
[0290] (1)在混凝土试验试件制作完成和相应设备准备完成条件下，启动计算机控制系 统即计算机，进行相关参数设置;开启真实环境模拟系统，填写工程所在地的月平均气温、 水温、云量、晴天太阳辐射热、云量、炜度和混凝土表面放热系数等参数，根据试验需要启动 相关环境因素的模拟，环境温度/湿度/降雨/风速/太阳辐射；
[0291] (2)计算机根据各传感器测得混凝土的温度、位移和变形，得出真实环境模拟条件 下的混凝土自由变量，测量自由变形的具体操作可以是:试件固定在固定夹头和活动夹头 之间，由于温度等变化，当试件出现膨胀或收缩时，设置的应力传感器即显示出应力值，控 制系统即启动动力装置，使得直线运动机构在变形方向相同的方向运动直至应力传感器显 示应力值为零，从位移/变形传感器获得此时的自由变形量，测自由变量为混凝土多种变形 (温度变形、自生体积变形和徐变等)进行分离做出准备；
[0292] (3)通过计算机、控制系统如温度控制单元、位移/变形控制单元、加载控制单元和 相应传感器，对试件可移动端的自由变形进行控制，根据自由变形和控制减小的变形，可测 得真实环境模拟条件下各时刻不同约束程度情况下的混凝土温度应力，包括使位移减小为 零时的应力，即全约束条件下的温度应力；
[0293] (4)通过计算机、控制系统如温度控制单元、位移/变形控制单元、加载控制单元和 相应传感器，对试件可移动端的自由变形进行一次控制，每隔一定的时间间隔，对位移/变 形做一次改变，同时采集相应的应力变化，得出该时刻的弹性模量，如此反复，可得到真实 环境模拟条件下混凝土在整个发展过程的弹性模量；
[0294] (5)根据混凝土热膨胀系数α和数据采集系统得到的温度变化△ T(t)，可以得出真 实环境模拟条件下混凝土的纯温度变形，结合测得的自由变形，即可得出其他变形，主要包 括自生体积变形和干缩变形；
[0295] (6)根据测得的混凝土弹性模量和自由变形，可计算出真实环境模拟条件下不受 徐变影响时混凝土应力，启动计算机控制系统、位移/变形控制单元、加载控制单元和相应 的传感器，对混凝土变形进行控制，使其变形为零，这时测得应力和不受徐变影响时的应力 之差则为真实环境模拟条件下徐变引起的应力；
[0296] (7)启动数据处理系统，结合所有试验数据和数据曲线，当出现应力和位移曲线上 出现突变时，表示混凝土开裂，这时刻的混凝土的相关温度、应力、位移和变形参数可以作 为真实环境温度条件下的开裂指标，为混凝土抗裂性能评价提供试验参考。
[0297] 所述自由约束的具体操作为:试验机将混凝土试件的两端夹紧，一端固定，一端可 控制移动，真实环境模拟条件下，将混凝土可控制端不加荷载，通过设定时间间隔（t)的计 算机控制系统、位移/变形控制系统和加载系统，使其自由位移为y(t)，即为t时刻混凝土的 自由变量e(t)。
[0298] 所述约束应力的具体操作是:试验机将混凝土试件的两端夹紧，一端固定，一端可 控制移动，真实环境模拟条件下，混凝土试件可移动端的自由位移为y(t)，根据实际需要， 通过计算机控制系统、位移/变形控制单元和加载系统，对试件可移动端的位移进行减小， 这时所述应力传感器测得各时刻不同约束程度即为约束系数f(t)情况下的混凝土温度应 力〇(t);
[0299] 可移动端减小的位移为：
[0300] f(t)Xy(t) (6)
[0301] 式中，t为时间，f (t)为t时的混凝土约束系数，μ (t)为混凝土试件可移动端的自由 位移。
[0302] 所述弹性模量具体操作为:具体地，在计算机控制系统中设置时间间隔，每隔时间 间隔，通过位移控制系统对试件可移动端做一次位移变化，根据应力传感器测出这个位移 变化导致的应力变化，对该试件进行弹性模量试验。
[0303] 每隔At时间，通过位移/变形控制系统对试件和加载系统对可移动端做一次位移 变化Α μ(〇，得出变形△ e(t)，根据应力传感器测出的应力变化量为△ 〇(t)，则t时刻的混 凝土弹性模量为：
[0305] 根据设计的时间间隔，计算机控制系统自动地测量不同时刻的混凝土弹性模量， 即可得到混凝土在整个发展过程的弹性模量。
[0306] 所述变形的分离具体操作为:首先做自由约束:试验机将混凝土试件一端固定，另 一端可自由伸缩，通过真实环境模拟系统提供设定的真实环境，对该试件进行自由变量试 验，在设定的时间区域(t)内，设定时段采集变形量e(t)。
[0307] 混凝土 1天龄期以后，其热膨胀系数基本就不会再发生变化，一般认为是个常数， 该参数也可以通过专用热膨胀系数测试仪测得，这里认为是常数α。根据混凝土热膨胀系数 α和温度控制系统测得的温度变化△ T(t)，可以得出真实环境模拟条件下混凝土的温度变 形：
[0308] Λ eT(t)=a · AT(t) (8)
[0309] 结合测得的自由变形e(t)，进行分离，即可得出其他变形Aea(t)，主要包括自生 体积变形和干缩变形：
[0310] Δε3(?) =