KYOWA共和钢筋应力传感器（钢筋计）是日本共和电业（KYOWA）专为土木工程、桥梁、隧道、大坝、核电站、高层建筑等结构健康监测（SHM）而开发的埋入式力敏元件。该系列传感器以电阻应变原理为核心，通过将自身等效为钢筋的一部分，直接感知并输出被测钢筋的轴向应力变化，同时兼具温度监测功能，可实现应力-温度双参数同步采集，为结构安全评估、长期性能研究以及数字化施工提供高精度、高可靠的原始数据。
一、工作原理
传感结构
钢筋计本体是一根经过精密加工与热处理的高强度合金钢棒，其几何尺寸（直径、螺纹长度）与待测钢筋一致，可视为“传感替代段"。在钢棒中段沿轴向和横向各贴一组KYOWA自温补箔式应变片（KFG、KFR或KFW系列），组成全桥或半桥惠斯登电路。
力学传递
安装时将传感器两端通过压接套筒或坡口熔焊与既有主筋对接，使其成为连续钢筋的一部分。当结构受弯、受压或受拉时，轴向力经螺纹或焊缝无滑移地传至传感器本体，导致钢棒产生与被测钢筋一致的弹性变形ε。
电信号转换
应变片随钢棒同步伸缩，电阻变化ΔR/R0=K·ε（K≈2.1）。桥路输出mV级差分信号，经专用六线制屏蔽电缆传输至数据采集仪。KYOWA标准应变调理模块（如EDX-10A、DC-204R）提供桥压2.5~5 V、增益×1000、低通滤波2 Hz，可直接换算为应力σ=E·ε（E为钢筋弹性模量，一般200 GPa）。
温度同步补偿
传感器内部集成Pt100或K型热电偶，紧贴钢棒表面。KYOWA自温补应变片的温度系数αs≈11 ppm/℃与钢筋αr≈12 ppm/℃接近，可抵消大部分热输出；剩余误差由软件二次补偿，最终温度漂移<±1 µε/℃。
长期零点稳定性
采用真空充氮封装与三层防渗结构（氟橡胶O-ring、环氧树脂、不锈钢波纹管），防潮湿、防碱性腐蚀，保证30年零点漂移≤±0.5 % FS。
二、产品特性与技术指标
系列与规格
• BFD-A-TS：适用公称直径Ø16 mm~Ø40 mm螺纹钢筋，量程±200 MPa、±300 MPa、±400 MPa可选，线性误差≤±0.3 % RO，过载能力150 % FS。
• BF-CT/BF-13CT：针对Ø10~Ø32 mm圆钢或异形钢筋，内置温度传感器，输出电缆为耐PVC-4芯或6芯，外径Ø6 mm，抗拉≥500 N。
环境与耐久
• 工作温度范围：-20 ℃~+80 ℃（常规型）；-40 ℃~+120 ℃（耐高温型）。
• 防护等级：IP68（可长期埋设于pH 9~12的混凝土孔溶液中）。
• 抗震性能：可承受25 g半正弦冲击、10 Hz~150 Hz随机振动，满足JIS E 4031 Category 1。
精度与稳定性
• 综合精度：≤±0.5 % FS（含重复性、迟滞、非线性）。
• 滞后：≤±0.1 % FS。
• 蠕变（30 min，70 % FS）：≤±0.05 % FS。
• 零点温度系数：≤±0.01 % FS/℃。
安装友好性
• 两端螺纹规格与GB/T 8162、ISO 898-1一致，可直接替换同直径钢筋；焊接型坡口角度35°，熔深≥8 mm，确保100 %等强连接。
• 传感器长度L≈8 d（d为钢筋直径），在梁柱节点、剪力墙等密集配筋区可灵活布置。
输出与兼容性
• 标准输出：2 mV/V（桥阻350 Ω）；可选内置数字模块（RS-485 Modbus-RTU、CANopen）。
• 与主流数据采集系统兼容：KYOWA EDX、HBM MGCplus、Campbell CR6、NI PXI。
附加功能
• 内置防雷击浪涌保护（IEC 61000-4-5，Level 4）。
• 可选双轴型：在钢棒径向增加一组应变片，可测弯矩引起的附加应力，用于识别偏心受荷。
• 配套KYOWA StrainLog™软件可实现自动换算、温度补偿、施工阶段曲线回放、极限状态预警。
三、应用案例与验证
港珠澳大桥预制墩台：共布设BF-CT-32型钢筋计384支，历经120年设计寿命的疲劳-腐蚀耦合试验，5年实测数据漂移<0.2 % FS。
东京某超高层建筑筏板：采用BFD-A-TS-40与光纤光栅并联，两者应力曲线相关系数R=0.998，验证了KYOWA钢筋计在800 mm厚大体积混凝土中的可靠性。
国内某核电站安全壳：在预应力张拉阶段利用其±400 MPa大量程，成功捕捉到瞬时180 MPa的应力峰值，为预应力损失计算提供关键数据。
四、选型与施工要点
选型公式：量程≥1.5 σmax（σmax为设计极限应力）；钢筋计强度等级≥HRB500E。
安装步骤：
(1) 现场截取钢筋→两端套丝/坡口→传感器扭矩扳手锁紧或CO₂气体保护焊。
(2) 用KYOWA CC-33A防潮胶密封电缆出口，再缠双层自融胶带。
(3) 浇筑混凝土前进行空载读数校准，确保初始零点<±50 µε。
数据采集频率：
• 施工阶段：1 Hz（实时张拉监控）；
• 运营阶段：0.1 Hz（长期健康监测）。
数据判读：
• 应力突增>80 % FS即触发一级报警；
• 温度梯度>20 ℃/h可能产生瞬时热应力，应同步读取温度通道进行修正。
五、总结
KYOWA共和钢筋应力传感器通过“与被测钢筋等强一体化"的设计理念，把传统应变片技术提升到可长期埋设、免维护、高精度的工程级系统。其优异的温度自补偿、防潮防腐、抗震抗冲击特性，使其成为重大土木工程质量和安全监测的“力觉神经"。配合KYOWA成熟的调理、采集及云端软件平台，用户可在设计、施工、运维全生命周期内获得可追溯、可量化的钢筋应力大数据，为智慧基础设施与数字孪生城市奠定坚实基础。
热线电话：13530735388
KYOWA共和钢筋应力传感器的工作原理和产品特性
更新时间：2025-07-26
点击次数：42
