機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、測試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書機(jī)械與汽車工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)教研室丁曙光、趙小勇二OO七年十一月實(shí)驗(yàn)一 電阻應(yīng)變片的靈敏的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)的一種測定方法。2、練習(xí)使用YJD-1靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀。二、實(shí)驗(yàn)原理1、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)測定原理：當(dāng)電阻應(yīng)變片粘貼在試件上受應(yīng)變時(shí)，其電阻產(chǎn)生的相對變化 （11）比值K即為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。只要應(yīng)變量不過分大時(shí)，K為常數(shù)。當(dāng)及值分別測得后，K值即可算出。等強(qiáng)度梁表面軸向應(yīng)變，可從撓度計(jì)上百分表的讀數(shù)算出： （12）式中 f百分表讀出的撓度計(jì)中點(diǎn)的撓度值。h等強(qiáng)度梁厚度。l撓度計(jì)跨度。電阻應(yīng)變片的相對電阻變化是根據(jù)電阻應(yīng)變儀測出的指示應(yīng)變和應(yīng)

2、變儀所設(shè)定的靈敏系數(shù)值K儀（通常用K儀=2.0）算得： 應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K= （13）實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用分級加載的方式，分別測量在不同應(yīng)變值時(shí)應(yīng)變片的相對電阻變化，以而驗(yàn)證它們兩者之間的線性關(guān)系。2、YJD-1型靜動態(tài)應(yīng)變儀的使用方法：YJD-1型應(yīng)變儀可用于靜動態(tài)應(yīng)變測量。其主要技術(shù)參數(shù)為：靜態(tài)時(shí)量程0±16000，基本誤差<2%，動態(tài)測量時(shí)量程0±2000，0±400，工作頻率0200HZ，采用應(yīng)變片的靈敏系數(shù)在1.952.60范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。配套使用的P20R-1預(yù)調(diào)平衡箱共20點(diǎn)，預(yù)調(diào)范圍為±2000，重復(fù)誤差±5。靜態(tài)應(yīng)變測量時(shí)操作

3、步驟：將應(yīng)變片出線與應(yīng)變儀連接，半橋接法時(shí)（參見圖21），將應(yīng)變片R1、R2分別接到AB和BC接線柱，此時(shí)應(yīng)變儀面板上ADC三點(diǎn)用連接銅片接好，應(yīng)變儀內(nèi)AA和CC一對120精密電阻構(gòu)成另外半橋；全橋接法時(shí)，將ADC三點(diǎn)連接銅片拆除，應(yīng)變片R1，R2，R3，R4分別接到ABCD接線柱上并擰緊。按應(yīng)變片盒上標(biāo)明的靈敏系數(shù)K值，調(diào)整應(yīng)變儀靈敏系數(shù)盤與之符合。（當(dāng)K值需通過實(shí)驗(yàn)測定時(shí)，可先設(shè)定，為計(jì)算方便，通常取=2.0）。使微調(diào)、中調(diào)、粗調(diào)三個調(diào)節(jié)旋鈕置于零位。檢流計(jì)指針應(yīng)準(zhǔn)確指零，否則需校正到零位。轉(zhuǎn)動選擇開關(guān)，先后轉(zhuǎn)到A和B兩處，指針應(yīng)偏在紅格以內(nèi)，否則說明A、B電池電壓過低，應(yīng)該換新。使用交流

4、電源時(shí)可不作此項(xiàng)檢查。選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“靜”位。進(jìn)行電阻、電容預(yù)調(diào)平衡，先調(diào)應(yīng)變儀右方的電阻平衡、轉(zhuǎn)動螺絲，使電表指針指零；然后開關(guān)轉(zhuǎn)到“預(yù)”位置，轉(zhuǎn)動電容平衡螺絲，再調(diào)電表零位，這樣在“預(yù)”、“靜”之間反復(fù)調(diào)整數(shù)次，此時(shí)電橋已預(yù)調(diào)平衡，以后在測量過程中電阻、電容平衡螺絲不可再動。如因應(yīng)變片電阻值相差較大而不能預(yù)調(diào)平衡時(shí)，可將微調(diào)或中調(diào)盤旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)檔數(shù)，并記錄初始應(yīng)變值，再調(diào)整電阻平衡使檢流計(jì)指針在零位。然后仔細(xì)觀察三分鐘，儀表不應(yīng)有漂移現(xiàn)象。進(jìn)行加載，指針偏轉(zhuǎn)，估計(jì)應(yīng)變量大小，與指針反向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)旋鈕，使指針回零，將三個應(yīng)變調(diào)節(jié)盤讀數(shù)相加即為應(yīng)變讀數(shù)。“+”表示伸長應(yīng)變，“-”表示壓縮應(yīng)變。如有初

5、始應(yīng)變值應(yīng)從最后讀數(shù)中減去初始應(yīng)變值。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、已貼片的等強(qiáng)度梁和加靜裝置，溫度補(bǔ)償快。）2、帶有千分表（或百分表）的撓度計(jì)；游標(biāo)卡尺。3、YJD-1靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀。四、實(shí)驗(yàn)步驟電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)測定：1、分別用千分尺和游標(biāo)卡尺，測得等強(qiáng)度梁的厚度h和撓度計(jì)的跨度l。2、按圖21所示安裝等強(qiáng)度梁和撓度計(jì)，將等強(qiáng)度梁上縱向應(yīng)變片R1、R2與溫度補(bǔ)償梁上的應(yīng)變片R5，接入應(yīng)變儀。將兩種情況下讀數(shù)預(yù)調(diào)到零位。3、記錄撓度計(jì)上百分表的初讀數(shù)f0，以后分級加載5公斤、10公斤、15公斤砝碼，測量千分表讀數(shù)fe和R1、R2應(yīng)變片指示應(yīng)變讀數(shù)，列表記錄。（表21）。表11 靈敏系數(shù)測定結(jié)果等強(qiáng)度

6、梁號 ，厚度h= mm，撓度計(jì)l= mm。應(yīng)變片號Pkgf0fe計(jì)算KR1R2五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按表11記錄和計(jì)算各應(yīng)變片靈敏系數(shù)，和它的平均值，以及相對標(biāo)準(zhǔn)誤差：2、試用材料力學(xué)有關(guān)公式，計(jì)算在加載過程中，等強(qiáng)度梁的上（下）表面的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值。并與實(shí)驗(yàn)測定值相比較。圖21 等強(qiáng)度梁試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)二 電阻應(yīng)變片在電橋中的接法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會電阻應(yīng)變片半橋單臂、半橋雙臂、全橋接法。2、檢查各種接法時(shí)的對應(yīng)的應(yīng)變讀數(shù)值，從而體會電橋的加減特性和補(bǔ)償原理。3、學(xué)會正確的接橋方法。二、實(shí)驗(yàn)原理電阻應(yīng)變儀電橋輸出電壓U與各橋臂的相對電阻變化率或各應(yīng)變片的指示應(yīng)變值之間有下列關(guān)系： （21）式中

7、 、分別為各橋臂應(yīng)變片的指示應(yīng)變；K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)；E為供橋電壓。從上可知，對同種性質(zhì)的應(yīng)變（同為+或同為-），相對橋臂（如與、與）其應(yīng)變值是迭加的，而相鄰橋臂（如、的相鄰橋臂為和）應(yīng)變值是相抵消的。對于不同種應(yīng)變（一橋臂為+，另一橋臂為-），情況正好相反，相對橋臂應(yīng)變彼此消減，而相鄰橋臂則彼此迭加。利用上述特性，選擇合適的接橋方法，可以使輸出電壓增大，同時(shí)可抵消那些對測量值產(chǎn)生干擾因素的影響。例如測量過程中對溫度的補(bǔ)償，對某些非線性誤差的改善及復(fù)雜應(yīng)力情況下需要測定其中一個應(yīng)力單獨(dú)作用所產(chǎn)生的應(yīng)變等等，都是電橋加減特性的應(yīng)用。三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1、等強(qiáng)度梁試驗(yàn)裝置，加載砝碼。2、靜動態(tài)電阻

8、應(yīng)變儀（YJD-1）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、分別按圖31a、b、c、d所示各種接法接成橋路。先在初載荷下將應(yīng)變儀調(diào)零，加載5kg和10公斤測量指示應(yīng)變記錄在表31中，加載三次并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，檢查以及它與應(yīng)變值的倍數(shù)。（稱為對某一應(yīng)變片的“電橋系數(shù)”簡稱“電橋系數(shù)”或“橋臂系數(shù)”A）。表21 各種接法測量結(jié)果 =K= 接法載荷 kg次數(shù)(a)(b)(c)(d)3kg6kg3kg6kg3kg6kg3kg6kg123平均應(yīng)變橋臂系數(shù)A2、利用加熱體（如紅外線燈泡、電烙鐵等）在各種接法情況下，分別對工作片單獨(dú)加熱和工作片、補(bǔ)償片同時(shí)加熱、觀察其輸出應(yīng)變值的變化。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、討論各種接橋方法時(shí)的特性，

9、比較其優(yōu)缺點(diǎn)。2、試用公式推導(dǎo)不同接法時(shí)的橋臂系數(shù)A的理論值，并與實(shí)測值相比較。3、實(shí)驗(yàn)中的心得體會。實(shí)驗(yàn)三 振動測量及信號分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饧ふ衿?、加速度傳感器、電荷放大器、電阻?yīng)變片、動態(tài)電阻應(yīng)變儀、信號采集及分析系統(tǒng)的工作原理，掌握上述設(shè)備的使用方法，了解典型測試系統(tǒng)的構(gòu)成，掌握振動測量的基本內(nèi)容和測量方法，掌握信號的幅值譜及功率譜分析的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器及原理 機(jī)械振動綜合實(shí)驗(yàn)裝置（安裝雙簡支梁） 1套 激振器及功率放大器 1套 加速度傳感器 2只 電荷放大器 2臺 電阻應(yīng)變片 2片 動態(tài)電阻應(yīng)變儀 4臺 數(shù)據(jù)采集儀 1臺 信號分析軟件 1套信號發(fā)生器功率放大器電荷放大器動態(tài)電阻

10、應(yīng)變儀數(shù)據(jù)采集儀加速度傳感器激振器應(yīng)變片三、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1、將振動器通過頂桿連接到簡支梁上（注意確保頂桿與激振器的中心在一直線上），激振點(diǎn)位于雙簡支梁中心偏左50mm 處（已有安裝螺孔），將信號發(fā)生器輸出端連接到功率放大器的輸入端，并將功率放大器與激振器相連接。2、用傳感器磁座將加速度傳感器安裝在雙簡支梁上（中心偏左50mm）并與電荷放大器連接，將電荷放大器輸出端分別與數(shù)據(jù)采集儀輸入端連接。3、將電阻應(yīng)變片通過接橋盒接成兩個半橋單臂橋和一個半橋雙臂橋分別接到XHDT1型動態(tài)綜合測試儀的動態(tài)電阻應(yīng)變儀通道的輸入端。4）將兩個壓電式加速度計(jì)分別接到XHDT1型動態(tài)綜合測試儀的兩個電荷放大器的輸入

11、端。5）、XHDT1型動態(tài)綜合測試儀的初步調(diào)整，XHDT1型動態(tài)綜合測試儀是集四個通道的動態(tài)電阻應(yīng)變儀和兩個通道電荷放大器于一體的綜合測試儀。1）CS1A動態(tài)電阻應(yīng)變儀的調(diào)整供橋電壓選為2V、增益選擇開關(guān)設(shè)為1、校準(zhǔn)開關(guān)達(dá)到測量擋，低通濾波器的設(shè)到100K檔。 2）CA3型電荷放大器的調(diào)整 把傳感器靈敏度調(diào)節(jié)旋紐數(shù)值調(diào)到與使用的壓電式加速度計(jì)的靈敏度值相同并鎖緊，低通濾波器旋紐調(diào)到Lin(100K)檔，功能選擇旋紐打倒加速度測量檔，增益選擇開關(guān)打倒100擋。設(shè)置完成后，接通電源。進(jìn)行動態(tài)電阻應(yīng)變儀的平衡調(diào)節(jié)，如果表頭對應(yīng)通道的數(shù)值不等于0，按以下相應(yīng)通道的自動平衡按鍵，直到表頭度數(shù)為零，重復(fù)此

12、操作，直到所有三個通道調(diào)整完畢。6、將信號發(fā)生器和功率放大器的幅值旋鈕調(diào)至最小，打開所有儀器電源。設(shè)置信號發(fā)生器在某一頻率（可以為5Hz），調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的幅值旋鈕使其輸出電壓為2V。調(diào)節(jié)功率放大器的幅值旋鈕到中間位置，逐漸增大信號發(fā)生器的頻率，觀察簡支梁的振動情況，直到找到其振幅較大時(shí)的頻率，并記下此頻率，同時(shí)電荷放大是否過荷，如過荷適當(dāng)調(diào)小增益倍數(shù)直到不產(chǎn)生過荷為止，停止激振保持信號發(fā)生器的各個按鈕不動，關(guān)閉所有儀器的電源開關(guān)。7、根據(jù)步驟6所記錄的共振頻率，調(diào)整動態(tài)電阻應(yīng)變儀和電荷放大器的低通濾波器的截止頻率到合適的值。8、將電阻應(yīng)變儀的輸出和電荷放大器的輸出信號接到數(shù)字信號采集儀。9）、打開信號發(fā)生器、應(yīng)變儀、電荷放大器及數(shù)字采集系統(tǒng)的開關(guān)，用數(shù)據(jù)采集軟件