實(shí)驗(yàn)一附加質(zhì)量分布對(duì)系統(tǒng)頻率的影響

1、實(shí)驗(yàn)一：附加質(zhì)量分布對(duì)系統(tǒng)頻率的影響一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)系統(tǒng)質(zhì)量分布變化對(duì)系統(tǒng)頻率影響的原理；2、 測(cè)試質(zhì)量分布對(duì)結(jié)構(gòu)頻率的影響。二、 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖圖 1、簡(jiǎn)支梁 2、質(zhì)量塊 3、加速度傳感器 4、接觸式激振器2、實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介（1）、ZJY601型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀圖 ZJY601型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀前面板1、4、功能選擇開關(guān) 2、5、9、顯示器3、6、輸出增益選擇開關(guān) 7、掃頻自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)8、掃頻時(shí)間調(diào)節(jié)電位器 10、功率輸出恒壓/恒流選擇開關(guān)11、輸出信號(hào)幅值調(diào)節(jié)電位器 12、17、測(cè)量/靈敏度調(diào)節(jié)選擇開關(guān)13、18、靈敏度調(diào)節(jié)電位器 14、19、加速度傳感器輸入插座

2、15、20、速度傳感器輸入插座 16、21、電渦流傳感器輸入插座22、輸出頻率微調(diào)電位器 23、輸出頻率調(diào)節(jié)電位器24、輸出波形監(jiān)視調(diào)節(jié)電位器 25、功率輸出A輸出插座圖 ZJY601型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀后面板1、信號(hào)波形監(jiān)視插座 2、功率輸出B輸出插座 3、外部信號(hào)輸入插座4、內(nèi)部 / 外部信號(hào)源選擇開關(guān) 5、功率波形監(jiān)視插座 6、功率輸出A/功率輸出B選擇開關(guān)7、交流電源開關(guān) 8、220V交流電源輸入插座 9、通道2前置器24V電源10、通道2電壓輸出插座 11、通道1電壓輸出插座 12、通道1前置器24V電源13、通道2電渦流傳感器輸入插座 14、通道1電渦流傳感器輸入插座（2）、INV30

3、6DF5120信號(hào)采集處理分析儀圖 信號(hào)采集處理分析儀面板1、電源指示燈 2、信號(hào)輸入插座 3、電源開關(guān)4、打印機(jī)接口 5、計(jì)算機(jī)接口（信號(hào)輸出） 6、接地7、直流12V電源接口 8、交直流電源選擇開關(guān) 9、交流220V電源接口注意：分析儀采用交流220V電源供電，所以在打開電源開關(guān)3之前，務(wù)必先確認(rèn)交直流電源選擇開關(guān)8已撥至“交流”，否則打開電源后將燒毀分析儀。確認(rèn)開關(guān)8撥至“交流”后打開電源3，此后切勿撥動(dòng)開關(guān)8，否則也會(huì)燒毀分析儀。三、 實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)支梁上的集中載荷在任意位置（見圖）時(shí)，梁的剛度計(jì)算式為：對(duì)于由簡(jiǎn)支梁和集中質(zhì)量組成的單自由度系統(tǒng)，由于質(zhì)量分布不同，剛度發(fā)生變化，系統(tǒng)的頻率也

4、隨之變化，根據(jù)固有頻率定義式，集中質(zhì)量在中間位置時(shí)，將使得系統(tǒng)的頻率最低。圖 質(zhì)量分布不同對(duì)系統(tǒng)頻率的影響隨著位置的不同，其頻率變化曲線如圖所示，載荷的增加，系統(tǒng)的頻率也相應(yīng)下降。越靠近梁的中間位置，固有頻率越低。圖 簡(jiǎn)支梁頻率隨集中質(zhì)量變化曲線在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，傳感器通過(guò)換能器把加速度、速度、位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器放大，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理分析儀進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，采集到的數(shù)字信號(hào)為電壓變化量，通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)，這時(shí)讀取的數(shù)值為電壓值，通過(guò)標(biāo)定值進(jìn)行換算，就可以算出振動(dòng)量的大小。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 參照實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖連接好儀器；2、 打開振教儀、信號(hào)采集儀電源，然后打開電腦

5、電源；3、 雙擊DASP2005工程版軟件圖標(biāo)進(jìn)入軟件主界面，單擊“標(biāo)準(zhǔn)型”按鈕進(jìn)入示波分析模塊，再單擊示波采樣按鈕進(jìn)入示波采樣界面；4、 設(shè)置采樣頻率，通道數(shù)目等參數(shù)；5、 選中窗口左側(cè)“雙顯”鈕，同時(shí)顯示波形和頻譜，點(diǎn)擊示波按鈕開始示波；6、 調(diào)節(jié)振教儀上頻率調(diào)節(jié)電位器，開始激振；7、 在頻譜圖框上方讀取主頻；8、 按照從1至17的順序改變質(zhì)量塊的位置，測(cè)量不同位置時(shí)的主頻；9、 改變質(zhì)量塊質(zhì)量重復(fù)步驟68；10、 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉儀器電源及電腦，清理現(xiàn)場(chǎng)。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖；3、 實(shí)驗(yàn)原理；4、 實(shí)驗(yàn)步驟；5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表；小質(zhì)量塊配重位置123456

6、78頻率配重位置91011121314151617頻率大質(zhì)量塊配重位置12345678頻率配重位置91011121314151617頻率6、 畫出簡(jiǎn)支梁頻率隨集中質(zhì)量塊變化曲線；7、 根據(jù)曲線得出結(jié)論：集中質(zhì)量位置對(duì)固有頻率有怎樣的影響？不同的集中質(zhì)量對(duì)固有頻率有怎樣的影響？8、 問(wèn)題討論 集中質(zhì)量塊位置的不同會(huì)對(duì)簡(jiǎn)支梁固有頻率產(chǎn)生怎樣的影響？附加質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的頻率的影響是怎樣產(chǎn)生的？答：在簡(jiǎn)支梁上增加附加質(zhì)量會(huì)使系統(tǒng)頻率降低，集中質(zhì)量塊位置不同，系統(tǒng)頻率改變的幅值不同，越靠近梁的中間位置，系統(tǒng)頻率越低。附加質(zhì)量改變了梁的剛度從而使梁的固有頻率發(fā)生變化。 既然如此，在選擇測(cè)量元件時(shí)應(yīng)注意什么？答

7、：由于附加質(zhì)量會(huì)改變系統(tǒng)的固有頻率，所以在測(cè)量時(shí)盡量選擇非接觸式的測(cè)量元件，以免改變系統(tǒng)的固有頻率；如果一定要用接觸式的測(cè)量元件，那么在不影響測(cè)量精度的情況下應(yīng)該選擇質(zhì)量遠(yuǎn)小于被測(cè)物體的測(cè)量元件，將附加質(zhì)量的影響減到最小。實(shí)驗(yàn)二：?jiǎn)巫杂啥认到y(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻 特性固有頻率阻尼比的測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)會(huì)測(cè)量單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性曲線；2、 學(xué)會(huì)根據(jù)幅頻特性曲線確定系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比。二、 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖圖 1、簡(jiǎn)支梁 2、質(zhì)量塊 3、加速度傳感器 4、接觸式激振器2、 實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介詳情可參見綜合實(shí)驗(yàn)一附加質(zhì)量分布對(duì)系統(tǒng)頻率的影響。三、 實(shí)驗(yàn)原理振動(dòng)分為自由振動(dòng)、

8、強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)、參激振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)指彈性系統(tǒng)在受外界控制的激勵(lì)作用下發(fā)生的振動(dòng)。而且激勵(lì)不會(huì)因振動(dòng)被抑制而消失。強(qiáng)迫振動(dòng)的動(dòng)態(tài)位移與頻率比及阻尼比有關(guān)，其關(guān)系表現(xiàn)為幅頻特性。那么我們通過(guò)測(cè)定振動(dòng)的幅頻特性曲線（如圖）再利用半功率法可求得阻尼比。圖 本實(shí)驗(yàn)利用幅值判別法測(cè)定系統(tǒng)的一階固有頻率。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 儀器安裝。按照實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖連接儀器。質(zhì)量塊為2.5千克，固定在梁底部，加速度傳感器放在上部；2、 打開儀器電源，開啟電腦進(jìn)入DASP2005工程版軟件主界面，選擇標(biāo)準(zhǔn)版按鈕進(jìn)入示波窗口，波形和頻譜同時(shí)顯示；3、 設(shè)置參數(shù)；4、 調(diào)節(jié)振教儀上的頻率調(diào)節(jié)旋鈕找到一階共振頻率值，然后頻率回

9、零；5、 逐漸增加頻率值，幅度在25Hz，記錄頻率值及幅值（接近共振頻率時(shí)應(yīng)增加測(cè)試點(diǎn)數(shù)）；6、 測(cè)試直至過(guò)共振點(diǎn)后振動(dòng)趨于穩(wěn)定。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖；3、 實(shí)驗(yàn)原理；4、 實(shí)驗(yàn)步驟；5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表；頻率振幅頻率振幅6、 根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制幅頻特性曲線；7、 在曲線圖中找出系統(tǒng)的共振頻率；8、 計(jì)算出，根據(jù)幅頻特性曲線確定和，根據(jù)公式：計(jì)算阻尼比。寫出計(jì)算過(guò)程。9、 問(wèn)題與討論在固有頻率附近振幅變化情況如何？那么在測(cè)量怎樣保證測(cè)量精度？答：提示：第一問(wèn)從變化的劇烈程度來(lái)回答；第二問(wèn)從測(cè)點(diǎn)的疏密程度來(lái)回答實(shí)驗(yàn)三：被動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)隔振的基本知

10、識(shí)；2、 學(xué)習(xí)隔振的基本原理；3、 了解被動(dòng)隔振效果的測(cè)量。二、 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖圖 1、簡(jiǎn)支梁 2、加速度傳感器 3、接觸式激振器 4、速度傳感器 5、空氣阻尼器2、實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介詳情可參見綜合實(shí)驗(yàn)一附加質(zhì)量分布對(duì)系統(tǒng)頻率的影響。三、 實(shí)驗(yàn)原理振動(dòng)的干擾對(duì)人、建筑物以及儀表設(shè)備都會(huì)帶來(lái)直接的危害，因此振動(dòng)的隔離涉及到很多方面。隔振的作用有兩方面：一、減小振源振動(dòng)傳至周圍環(huán)境；二、減少環(huán)境振動(dòng)對(duì)物體或設(shè)備的影響。其原理就是在設(shè)備和底座之間安裝適當(dāng)?shù)母粽衿?，組成隔振系統(tǒng)，以減小或隔離振動(dòng)的傳遞。有兩類隔振，一是主動(dòng)隔振，二是被動(dòng)隔振。防止地基的振動(dòng)通過(guò)支座傳至需保護(hù)的精密設(shè)備或儀器

11、儀表，以減小運(yùn)動(dòng)的傳遞，稱為被動(dòng)隔振。被動(dòng)隔振傳動(dòng)比等于底座傳遞到物體的振動(dòng)與底座的振動(dòng)之比，由底座傳遞到物體時(shí)則用位移、振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度表示。隔振效率：傳動(dòng)比：式中為阻尼比，為激振頻率和共振頻率的比。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 儀器安裝。將空氣阻尼器和質(zhì)量塊組成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固定在梁中部，速度傳感器放在質(zhì)量塊上后，接入振教儀速度傳感器輸入端，其輸出接入采集儀的第一通道。壓電加速度傳感器放梁下面后，接入振教儀壓電加速度傳感器輸入端，其輸出接入采集儀的第二通道，然后調(diào)節(jié)靈敏度；2、 打開儀器電源，開啟電腦，進(jìn)入DASP2005工程版軟件主界面，選擇標(biāo)準(zhǔn)版按鈕進(jìn)入示波窗口進(jìn)行波形和頻譜同時(shí)示波。3、

12、設(shè)置采樣參數(shù)；4、 調(diào)節(jié)振教儀上的頻率調(diào)節(jié)旋鈕和功率輸出旋鈕，使梁產(chǎn)生共振；5、 記錄頻率值和振動(dòng)幅值;6、 改變激振頻率，分別測(cè)量、時(shí)，上下傳感器的振動(dòng)幅值。7、 根據(jù)所測(cè)幅值計(jì)算傳動(dòng)比和隔振效率。隔振傳動(dòng)比：隔振效率：五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖；3、 實(shí)驗(yàn)原理；4、 實(shí)驗(yàn)步驟；5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表；頻率范圍頻率f振幅A1振幅A2傳動(dòng)比T隔振效率6、 問(wèn)題與討論 當(dāng)時(shí)所得隔振率為多少？什么原因造成的？答：隔振效率為負(fù)值，這是由于彈性梁、阻尼器以及質(zhì)量塊組成的系統(tǒng)在時(shí)產(chǎn)生共振，使得質(zhì)量塊的振幅大于梁的振幅，阻尼器未起到減振作用。 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷，工件工作在什么頻率范圍

13、內(nèi)減振效果好？答：實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)工作頻率大于時(shí)，頻率越高減振效果越好。由此可以推斷工件工作與遠(yuǎn)大于共振頻率的頻率范圍內(nèi)，阻尼器的減振效果越好。實(shí)驗(yàn)四：索力測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)索力測(cè)試的原理；2、 學(xué)習(xí)索力測(cè)試的方法。二、 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖圖 1、電渦流傳感器 2、小質(zhì)量塊 3、懸索 4、大質(zhì)量塊2、實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介詳情可參見綜合實(shí)驗(yàn)一附加質(zhì)量分布對(duì)系統(tǒng)頻率的影響。三、 實(shí)驗(yàn)原理拉索式斜拉橋和懸索橋的重要承重構(gòu)件，設(shè)計(jì)和施工時(shí)通過(guò)調(diào)整拉索的索力使塔梁處于最佳受力狀態(tài)。在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，亦應(yīng)不斷監(jiān)測(cè)索力的變化，及時(shí)調(diào)整索力，使之處于設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)。因此，無(wú)論施工還是運(yùn)營(yíng)過(guò)程中均需

14、準(zhǔn)確的測(cè)知索力。頻率法是目前斜拉橋測(cè)索力的普遍應(yīng)用的方法，索的邊界條件為兩端固定，索的質(zhì)量均勻分布時(shí)，索力的計(jì)算公式為： 其中：T為索力（N）； M為索單位長(zhǎng)度的質(zhì)量（kg/m）； L為纜索的長(zhǎng)度（m）；為第n階自振頻率。在本實(shí)驗(yàn)中采用鋼絲模擬索力的測(cè)試過(guò)程，鋼絲的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，在鋼絲上加一質(zhì)量塊，形成集中質(zhì)量的單自由度系統(tǒng)，激勵(lì)質(zhì)量塊，產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)，測(cè)得其頻率，就可以通過(guò)公式來(lái)計(jì)算。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 按照實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖連接儀器。電渦流位移傳感器安裝在質(zhì)量塊上方約4mm處，傳感器的輸出接入振教儀電渦流傳感器輸入端，輸出接入采集儀第一通道；2、 打開儀器電源，開啟電腦，進(jìn)入DASP20

15、05工程版軟件主界面，選擇標(biāo)準(zhǔn)版按鈕，進(jìn)入示波窗口，進(jìn)行示波和頻譜同時(shí)顯示；3、 設(shè)置采樣參數(shù)；4、 用手在垂直方向敲擊質(zhì)量塊使其離開平衡位置，放手后其做自由衰減振動(dòng)，在頻譜窗口讀取頻率值；5、 改變質(zhì)量塊質(zhì)量重復(fù)步驟4并記錄相應(yīng)頻率值。6、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，清理現(xiàn)場(chǎng)。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖；3、 實(shí)驗(yàn)原理；4、 實(shí)驗(yàn)步驟；5、 數(shù)據(jù)記錄表；配重質(zhì)量（kg）試驗(yàn)次數(shù)頻率（Hz）小質(zhì)量塊質(zhì)量（g）支撐鋼絲長(zhǎng)度（m）索力（N）0.5160.68260.681.0160.68260.681.5160.68260.682.0160.68260.682.5160.682

16、60.686、 計(jì)算過(guò)程舉例；（注意：對(duì)于同一配重計(jì)算時(shí)，頻率采用兩次的平均值）7、 問(wèn)題討論。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷，若配重質(zhì)量塊在測(cè)量過(guò)程中不斷擺動(dòng)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成什么影響？擺動(dòng)幅度的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果又有什么影響？答：提示：擺動(dòng)產(chǎn)生離心力實(shí)驗(yàn)五：變時(shí)基錘擊法簡(jiǎn)支梁模態(tài)測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)模態(tài)分析原理；2、 學(xué)習(xí)模態(tài)測(cè)試方法；3、 學(xué)習(xí)變時(shí)基的原理和應(yīng)用。二、 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖圖 1、加速度傳感器 2、彈性力錘 3、簡(jiǎn)支梁2、 實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介詳情可參見綜合實(shí)驗(yàn)一附加質(zhì)量分布對(duì)系統(tǒng)頻率的影響。三、 實(shí)驗(yàn)原理工程實(shí)際中的振動(dòng)系統(tǒng)都是連續(xù)彈性體，其質(zhì)量與剛度具有分布的性質(zhì)，只有掌握無(wú)

17、限多個(gè)點(diǎn)在每個(gè)瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，才能全面描述系統(tǒng)的振動(dòng)。因此，理論上它們都屬于無(wú)限多自由度的系統(tǒng)，需要用連續(xù)模型才能加以描述。但實(shí)際上不可能這樣做，通常簡(jiǎn)化為有限個(gè)自由度的模型來(lái)進(jìn)行分析。模態(tài)分析就是在這種簡(jiǎn)化模型中，測(cè)量動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，通過(guò)處理合和分析求得模態(tài)參數(shù)的方法，而這些參數(shù)恰能描述實(shí)際振動(dòng)形態(tài)。這種大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)數(shù)學(xué)運(yùn)算，精確的測(cè)得固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼、模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度。本實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象是彈性簡(jiǎn)支梁。由力錘錘擊被測(cè)物體，錘體內(nèi)的力傳感器與被測(cè)物體上的壓電加速度傳感器同時(shí)記錄下脈沖激勵(lì)與被測(cè)物體的響應(yīng)，經(jīng)ZJY601A振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀放大并轉(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)信號(hào)采集儀傳入計(jì)算機(jī)的DASP

18、2005信號(hào)采集處理分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)采集完畢后，運(yùn)用分析系統(tǒng)，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞函數(shù)分析，然后，進(jìn)入模態(tài)分析，根據(jù)振動(dòng)理論，分析系統(tǒng)在確定階數(shù)后，進(jìn)行質(zhì)量或振型歸一，自動(dòng)生成分析結(jié)果并可以生成振動(dòng)的動(dòng)畫顯示，各階頻率、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼比同時(shí)列出。在采樣時(shí)采用變時(shí)基的采樣方法。實(shí)際測(cè)試時(shí)，激勵(lì)信號(hào)（力錘敲擊時(shí)的力信號(hào)）作用時(shí)間很短，它往往是ms級(jí)的，但其頻率較高，而響應(yīng)信號(hào)（彈性梁的振動(dòng)信號(hào)）作用時(shí)間較長(zhǎng)，常是幾百ms到秒級(jí)的，如果采用等時(shí)基（相同的采樣頻率，即單位時(shí)間內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)）采樣，那么激勵(lì)信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)太少而不能反映其真實(shí)波型，造成運(yùn)算精度過(guò)低，為了避免產(chǎn)生這種情況，

19、我們采用變時(shí)基采樣，即同時(shí)采樣但激勵(lì)信號(hào)采用較高的采樣頻率，以提高運(yùn)算精度。四、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 在用力錘進(jìn)行敲擊時(shí)應(yīng)該迅速，避免連擊。2、 敲擊時(shí)不要用力過(guò)猛，以免所測(cè)響應(yīng)波型過(guò)荷丟失數(shù)據(jù)。3、 敲擊時(shí)用力要盡量均勻，增加數(shù)據(jù)的精確度。4、 參數(shù)設(shè)置時(shí)，一定要更改試驗(yàn)名稱及數(shù)據(jù)路徑，以免覆蓋其它組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 確定測(cè)點(diǎn)。將簡(jiǎn)支梁位于兩支點(diǎn)間的部分等分為16等份，等分點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)（包括兩個(gè)支點(diǎn)）則有17個(gè)測(cè)點(diǎn)；2、 按照實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖連接儀器，將加速度移傳感器輸出信號(hào)接入采集儀的第二通道，力錘輸出信號(hào)接入采集儀的第一通道，打開振教儀及數(shù)據(jù)采集儀電源；3、 在振教儀中設(shè)置參數(shù)；4、

20、 開啟電腦，進(jìn)入Coinv Dasp 2005 工程版軟件教學(xué)型模態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，在“結(jié)構(gòu)”窗口中設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù)及采樣參數(shù)；5、 點(diǎn)擊“采樣”圓鈕進(jìn)入采樣窗口，設(shè)定“測(cè)量設(shè)置”、“多次觸發(fā)采樣設(shè)置”、“多次觸發(fā)采樣過(guò)程”框中的參數(shù)，然后點(diǎn)擊“開始觸發(fā)采樣”按鈕進(jìn)行采樣。采樣過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可點(diǎn)擊“中止采樣”按鈕停止當(dāng)前測(cè)點(diǎn)的采樣重新開始該點(diǎn)采樣。6、 采樣完成后進(jìn)入分析窗口，進(jìn)行傳函計(jì)算，模態(tài)定階，模態(tài)擬合，振型編輯；7、 完成后進(jìn)入動(dòng)畫窗口，觀察圓盤在各階頻率下的振型；8、 記錄數(shù)據(jù)，保存各階下的振型投影圖；9、 實(shí)驗(yàn)完成后退出軟件，關(guān)閉電腦，采集儀，振教儀，清理現(xiàn)場(chǎng)；10、 填寫實(shí)驗(yàn)儀器使用記錄

21、本。六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 畫出實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，列出主要儀器設(shè)備名稱及型號(hào)；3、 實(shí)驗(yàn)原理；4、 寫出實(shí)驗(yàn)步驟；5、 畫出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表；模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階第五階頻率質(zhì)量剛度阻尼6、 打印出圓盤各階頻率下振型投影圖，粘貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上；7、 問(wèn)題與討論在選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意什么？否則會(huì)產(chǎn)生什么影響？答：本實(shí)驗(yàn)只測(cè)到五階模態(tài)，那么在選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)避開各階的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，選擇測(cè)試過(guò)程中始終振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)處振幅為零，則該點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)將非常弱小甚至為零，那么該階的響應(yīng)信號(hào)會(huì)丟失，最終導(dǎo)致無(wú)法得到該階模態(tài)振型。過(guò)程設(shè)備與控制多功能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖 1熱流體管程入口閥；2熱流體管程

22、出口閥； 3熱流體回流閥；4冷流體管程入口閥；5冷流體管程出口閥； 6管程流量調(diào)節(jié)閥；7冷流體殼程入口閥；8冷流體殼程出口閥；9熱流體殼程出口閥；10熱流體殼程入口閥。 11控制臺(tái)；12YI-33靜態(tài)應(yīng)變儀。圖中：11-1管程出口溫度顯示t2；11-2冷水泵流量顯示Q1；11-3流量自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕，彈起時(shí)為手動(dòng)，按下后為自動(dòng)；11-4離心泵出口壓力顯示P2；11-5壓力自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕，彈起時(shí)為手動(dòng)，按下后為自動(dòng)；11-6水泵運(yùn)行選擇開關(guān)，向左為變頻調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)方式，向右為直接運(yùn)轉(zhuǎn)方式，中間為空檔；11-7壓力調(diào)節(jié)旋鈕（調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度）；11-8流量調(diào)節(jié)旋鈕（調(diào)節(jié)冷水泵的轉(zhuǎn)速）；11-

23、9冷水泵開按鈕；11-10冷水泵關(guān)按鈕；11-11循環(huán)泵開關(guān)按鈕，順時(shí)針轉(zhuǎn)為開，逆時(shí)針轉(zhuǎn)為關(guān)；11-12熱水泵開關(guān)按鈕，順時(shí)針轉(zhuǎn)為開，逆時(shí)針轉(zhuǎn)為關(guān)11-13總控制開關(guān)，順時(shí)針轉(zhuǎn)為開，逆時(shí)針轉(zhuǎn)為關(guān)。實(shí)驗(yàn)六 換熱器換熱性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)試換熱器的換熱能力；2了解傳熱驅(qū)動(dòng)力的概念以及它對(duì)傳熱速率的影響。二、實(shí)驗(yàn)裝置過(guò)程設(shè)備與控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)三、基本原理?yè)Q熱器工作時(shí)，冷、熱流體分別處在換熱管的兩側(cè)，熱流體把熱量通過(guò)管壁傳給冷流體，形成熱交換。當(dāng)若換熱器沒(méi)有保溫，存在熱損失，則熱流體放出的熱量大于冷流體獲得的熱量。熱流體放出的熱量為： （3-1）式中 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量， kW；熱流體的

24、質(zhì)量流率，kg/s；熱流體的定壓比熱，kJ/kg·K，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)可視為常數(shù)； 、熱流體的進(jìn)出口溫度，K或oC。冷流體獲得的熱量為： （3-2）式中 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)冷流體獲得的熱量，kJ/s=kW；冷流體的質(zhì)量流率，kg/s；冷流體的定壓比熱，kJ/kg·K，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)可視為常數(shù)； 、冷流體的進(jìn)出口溫度，K或oC。損失的熱量為： (3-3)冷熱流體間的溫差是傳熱的驅(qū)動(dòng)力，對(duì)于逆流傳熱，平均溫差為 （3-4）式中： 、。本實(shí)驗(yàn)著重考察傳熱速率Q和傳熱驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)要求 本實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)中的要求如下：1學(xué)生根據(jù)裝置自己設(shè)定冷、熱流體的流程，

25、然后打開相應(yīng)閥門；2離心泵使用前必須先灌泵，保證放凈泵內(nèi)空氣；3實(shí)驗(yàn)中建議熱流體流量保持0.3L/s不變，冷流體流量保持1.0L/s不變；4開始測(cè)試前必須先清空數(shù)據(jù)庫(kù)；5熱水加熱到設(shè)定溫度值后，打開循環(huán)泵，使?fàn)t內(nèi)水溫均勻后，再使用；6待冷流體的進(jìn)出口溫度、及熱流體的出口溫度穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)；7改變爐內(nèi)的設(shè)定溫度，重復(fù)操作。8寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。9以平均溫差為橫坐標(biāo)，熱流體放出的熱量和熱損失分別為縱坐標(biāo)作圖，對(duì)所得曲線進(jìn)行分析。10回答思考題。五、數(shù)據(jù)記錄和整理保持熱流體流量及冷流體流量不變，改變熱流體的進(jìn)口溫度，測(cè)量冷流體的進(jìn)出口溫度、及熱流體的出口溫度，根據(jù)公式（3-1）和（3-2）分別計(jì)算熱流體放

26、出的熱量和冷流體獲得的熱量，并由式（3-3）計(jì)算損失的熱量，根據(jù)公式（3-4）計(jì)算平均溫差，將測(cè)量和計(jì)算出的結(jié)果填入數(shù)據(jù)表3-1中。表3-1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果序號(hào)（oC）（oC）（oC）（oC） （kW）（kW）（oC）12345678910思考題1 熱量是如何損失的？怎樣才能減少熱量損失？2 在工程上，很多換熱器都采用逆流工藝流程，為什么？3通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明提高換熱器中流體平均溫差的優(yōu)、缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)七 流體傳熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定換熱器的總傳熱系數(shù)；2了解影響換熱器換熱性能的參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)裝置 過(guò)程設(shè)備與控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)三、基本原理 換熱器的傳熱速率Q可以表示為： （4-1）式中

27、：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳熱量， W； K總傳熱系數(shù)，W/m2·K；A傳熱面積，m2；Dtm平均溫差，K或oC。在本實(shí)驗(yàn)以及以后的實(shí)驗(yàn)中：d=10mm、n=139、l=1092mm分別為換熱管的外徑、根數(shù)和換熱長(zhǎng)度。對(duì)于逆流傳熱，平均溫差為： （4-2）式中： 、熱流體的進(jìn)出口溫度，K或oC； 、冷流體的進(jìn)出口溫度，K或oC。 由式4-1可得： （4-3）可由熱流體放出的熱量或冷流體獲得的熱量進(jìn)行計(jì)算，即： （4-4） 或 （4-5）式（4-4）和式（4-5）中有關(guān)符號(hào)說(shuō)明見實(shí)驗(yàn)六。根據(jù)式（4-3）和式（4-4）或（4-5）就可以測(cè)定在實(shí)驗(yàn)條件下的總傳熱系數(shù)K。K的理論計(jì)算參考本實(shí)驗(yàn)附錄。由于溫度

28、傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)可能并不是換熱器流體入口和出口的溫度，因此，要進(jìn)行管路熱量損失計(jì)算，求出換熱器流體入口和出口的溫度，計(jì)算過(guò)程見實(shí)驗(yàn)六，這里不再重復(fù)。四、實(shí)驗(yàn)要求 本實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)中的要求如下：1學(xué)生根據(jù)裝置自己設(shè)定冷、熱流體的流程，然后打開相應(yīng)閥門；2離心泵使用前必須先灌泵，保證放凈泵內(nèi)空氣；3實(shí)驗(yàn)中建議熱流體流量保持0.24L/s不變，冷流體流量0.4L/s到1.3L/s；4開始測(cè)試前必須先清空數(shù)據(jù)庫(kù)；5熱水加熱到設(shè)定溫度值后，打開循環(huán)泵，使?fàn)t內(nèi)水溫均勻后，再使用； 6改變熱流體的進(jìn)口溫度，待冷流體的進(jìn)出口溫度、及熱流體的出口溫度穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)；7寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。8根據(jù)所測(cè)參

29、數(shù)，參照實(shí)驗(yàn)四附錄計(jì)算總傳熱系數(shù)K并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。以流量為橫坐標(biāo)，總傳熱系數(shù)K為縱坐標(biāo)，作的理論與實(shí)驗(yàn)曲線，對(duì)所得曲線進(jìn)行分析。9回答思考題。五、數(shù)據(jù)記錄和整理保持熱流體流量不變，改變冷流體流量，測(cè)量冷、熱流體的進(jìn)出口溫度、，根據(jù)式（4-2）計(jì)算平均溫差Dtm，根據(jù)式（4-4）計(jì)算熱流體放出的熱量，根據(jù)式（4-5）計(jì)算冷流體獲得的熱量，根據(jù)式（4-3）計(jì)算總傳熱系數(shù)K。將測(cè)量和計(jì)算出的結(jié)果填入數(shù)據(jù)表4-1中。表4-1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果序號(hào)（L/s）（oC）（oC）（oC）（oC）(L/s)（oC）K(W/m2·K)12345678910思考題1總傳熱系數(shù)K和流體對(duì)流傳熱系數(shù)及

30、污垢熱阻R有怎樣的關(guān)系，為什么流體流量大小會(huì)影響總傳熱系數(shù)K？2有些換熱器被設(shè)計(jì)成多管程或多殼程，試根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)出其中的道理？實(shí)驗(yàn)八 換熱器管程和殼程壓力降測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)量換熱器管程和殼程的流體壓力損失；2分析壓力損失和流速之間的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)裝置 過(guò)程設(shè)備與控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理流體流經(jīng)換熱器時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力損失，它包括流體在流道中的損失和流體進(jìn)出口處的局部損失。通過(guò)測(cè)量管程流體的進(jìn)口壓力、出口壓力，便可以得到管程流體流經(jīng)換熱器的總壓力損失；通過(guò)測(cè)量殼程流體的進(jìn)口力、出口壓力，便可以得到殼程流體流經(jīng)換熱器的總壓力損失。換熱器管程和殼程壓力降的理論計(jì)算見實(shí)驗(yàn)附錄。四、實(shí)驗(yàn)步

31、驟1打開冷流體管程入口閥、冷流體管程出口閥，其他閥門關(guān)閉，使冷流體走管程；2打開自來(lái)水閥門灌泵，保證離心泵中充滿水，開排氣閥放凈空氣；3關(guān)水，啟動(dòng)泵；4調(diào)節(jié)出口流量調(diào)節(jié)閥，依次改變冷流體流量從1.3L/s到2.2L/s；5清空數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄數(shù)據(jù)；6關(guān)泵，切換管路，打開冷流體殼程入口閥、冷流體殼程出口閥，其他閥門關(guān)閉，使冷流體走殼程；7調(diào)節(jié)出口流量調(diào)節(jié)閥，改變冷流體流量從0.4 L/s到2.2L/s；8清空數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)記錄和整理讓冷水走管程，并改變流量，測(cè)量管程流體的進(jìn)出口壓力、，計(jì)算壓力損失；切換管路，讓冷水改走殼程，并改變流量，測(cè)量殼程流體的進(jìn)出口壓力、，計(jì)算壓力損失。將測(cè)量和計(jì)

32、算出的結(jié)果填入數(shù)據(jù)表8-1中。表8-1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果序號(hào)管 程殼 程（L/s）（MPa）（MPa）（MPa）（L/s）（Mpa）（Mpa）（MPa）12345678910六、要求1寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2根據(jù)所測(cè)流量和，參照實(shí)驗(yàn)五附錄計(jì)算管程流體流經(jīng)換熱器的壓力損失并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。以流量為橫坐標(biāo)，壓力損失為縱坐標(biāo)，作的理論與實(shí)驗(yàn)曲線及實(shí)驗(yàn)曲線，對(duì)所得曲線進(jìn)行分析。3回答思考題。思考題1 如何降低換熱器中的阻力損失？2 管程壓力損失有多項(xiàng)組成，分析比較它們的相對(duì)大小。3 通過(guò)實(shí)驗(yàn)七和實(shí)驗(yàn)八，說(shuō)明提高換熱器中流體流速的優(yōu)、缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)九（一）離心泵恒壓力控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定離心泵恒壓力控制

33、系統(tǒng)在階躍干擾作用下，離心泵出口壓力的過(guò)渡過(guò)程，利用最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間等參數(shù)評(píng)價(jià)離心泵恒壓力控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。2掌握比例度P、積分時(shí)間I參數(shù)在壓力控制系統(tǒng)中的作用和對(duì)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)的影響。二、實(shí)驗(yàn)裝置 過(guò)程設(shè)備與控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理離心泵恒壓力控制系統(tǒng)圖如圖91所示，信號(hào)流程如圖92所示。圖9-1離心泵恒壓力控制系統(tǒng)圖離心泵出口壓力壓力傳感器工業(yè)調(diào)節(jié)器變頻調(diào)速器泵電機(jī)放大器 圖9-2 信號(hào)流程圖離心泵恒壓力控制系統(tǒng)為單回路簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。安裝在離心泵出口管路上壓力傳感器PT將離心泵出口壓力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大器放大后輸出至工業(yè)調(diào)節(jié)器PC，PC將壓力信號(hào)與壓力

34、給定值比較后，按PI調(diào)節(jié)規(guī)律輸出420mA信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒定離心泵出口壓力的目的。離心泵恒壓力控制系統(tǒng)方框圖如圖9-3所示?？刂茀?shù)如下：1 被控變量y：離心泵出口壓力P。2 給定值(或設(shè)定值)ys：對(duì)應(yīng)于被控變量所需保持的工藝參數(shù)值，在本實(shí)驗(yàn)中取0.4 MPa。 3 測(cè)量值ym：由傳感器檢測(cè)到的被控變量的實(shí)際值，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵出口壓力值P。4 操縱變量(或控制變量)：實(shí)現(xiàn)控制作用的變量，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵轉(zhuǎn)速n。使用交流變頻調(diào)速器作為執(zhí)行器對(duì)離心泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。交流變頻調(diào)速器的輸入信號(hào)范圍：420mA；輸出：380V，050Hz。5 干擾(或外界擾動(dòng))f：干擾來(lái)

35、自于外界因素，將引起被控變量偏離給定值。在本實(shí)驗(yàn)中采用突然改變流量的方法，人為模擬外界擾動(dòng)給控制變量造成干擾。6 偏差信號(hào)e 被控變量的實(shí)際值與給定值之差， e=ys-ym。ym-離心泵出口壓力值P； ys-離心泵出口壓力設(shè)定值。 7控制信號(hào)u 工業(yè)調(diào)節(jié)器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。離心泵恒壓力控制系統(tǒng)采用比例積分控制規(guī)律(PI)對(duì)離心泵出口壓力進(jìn)行控制。比例積分控制規(guī)律是比例與積分兩種控制規(guī)律的組合，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： PI規(guī)律將比例控制反應(yīng)快和積分控制能消除余差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，因而在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。壓力調(diào)節(jié)器變頻調(diào)速器水泵循環(huán)過(guò)程壓力傳感器和放大器壓力設(shè)定值偏差e控制信號(hào)：420mA

36、操縱變量：離心泵轉(zhuǎn)速壓力信號(hào)被控變量：離心泵出口壓力干擾變量：流量變化 圖9-3 離心泵恒壓力控制系統(tǒng)方框圖 流量 Q 0 t0 時(shí)間t圖9-4 階躍干擾信號(hào)假定在時(shí)間t=0之前，系統(tǒng)穩(wěn)定，且被調(diào)參數(shù)-離心泵的出口壓力P等于設(shè)定值。若在t=0時(shí)刻，外加流量階躍干擾（圖9-4），離心泵出口壓力開始變化并按衰減振蕩的規(guī)律經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，離心泵出口壓力逐漸趨于穩(wěn)定。完成了一次過(guò)渡過(guò)程。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 將壓力表設(shè)定值設(shè)為0.4Mpa，P設(shè)為60，I設(shè)為15；2. 用變頻調(diào)速的方式開動(dòng)冷水泵；3. 打開出口截止閥到全開位置；4. 調(diào)節(jié)出口球閥使流量為1.5 L/s，按下壓力表下自動(dòng)按鈕；5. 待系統(tǒng)壓

37、力穩(wěn)定后，啟動(dòng)組態(tài)王程序進(jìn)入本實(shí)驗(yàn)畫面。鼠標(biāo)點(diǎn)擊清空數(shù)據(jù)庫(kù)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊記錄數(shù)據(jù)，開始記錄數(shù)據(jù)；6. 調(diào)節(jié)出口球閥使壓力偏離給定值0.05Mpa，觀察壓力恢復(fù)過(guò)程；7. 將P設(shè)為60，I設(shè)為15；重復(fù)第6條再做一次；退出組態(tài)王，運(yùn)行數(shù)據(jù)處理程序，觀察壓力變化曲線。五、計(jì)算過(guò)渡過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)：1最大偏差A(yù)：被調(diào)參數(shù)偏離給定值的最大值。 2余差 ：當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被調(diào)參數(shù)所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之差。3衰減比n：過(guò)渡過(guò)程曲線上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比，一般n取410之間為宜。4振蕩周期：過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰(或波谷)之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期或工作周期，在衰減比相同的情況下，周期與過(guò)渡時(shí)間成正比，一般希

38、望振蕩周期短一些為好。5過(guò)度時(shí)間ts：從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間六、要求1寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2回答思考題。思考題1 離心泵恒壓力控制系統(tǒng)在流量階躍干擾作用下，比例度P的大小對(duì)過(guò)渡過(guò)程會(huì)產(chǎn)生什么影響？2 離心泵恒壓力控制系統(tǒng)在流量階躍干擾作用下，積分常數(shù)I的大小對(duì)過(guò)渡過(guò)程會(huì)產(chǎn)生什么影響？實(shí)驗(yàn)九（二） 離心泵恒流量控制實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定離心泵恒流量控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下，離心泵出口流量的過(guò)渡過(guò)程，利用最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間等參數(shù)評(píng)價(jià)離心泵恒流量控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。2掌握比例度P、積分時(shí)間I參數(shù)在流量控制系統(tǒng)中的作用和對(duì)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)

39、指標(biāo)的影響。二、實(shí)驗(yàn)裝置 過(guò)程設(shè)備與控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理離心泵恒流量控制系統(tǒng)圖如圖9-1所示，控制系統(tǒng)方框圖如圖9-2所示。圖9-1離心泵恒流量控制系統(tǒng)圖離心泵出口流量渦輪流量傳感器頻率/電壓轉(zhuǎn)換器工業(yè)調(diào)節(jié)器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥圖9-2離心泵恒流量控制系統(tǒng)方框圖離心泵恒流量控制系統(tǒng)為單回路簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，安裝在離心泵出口管路上渦輪流量傳感器TT將離心泵出口流量轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，其脈沖頻率經(jīng)頻率/電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸出至流量調(diào)節(jié)器TC，TC將流量信號(hào)與流量給定值比較后，按PID調(diào)節(jié)規(guī)律輸出420mA信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥改變調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)到恒定離心泵出口流量的目的。離心泵恒流量控制系統(tǒng)方框圖如

40、圖9-3所示?？刂茀?shù)如下：1 控變量y：離心泵出口流量Q。2 定值(或設(shè)定值)ys：對(duì)應(yīng)于被控變量所需保持的工藝參數(shù)值，在本實(shí)驗(yàn)中取1.5 L/s。3 測(cè)量值ym：由傳感器檢測(cè)到的被控變量的實(shí)際值，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵出口流量值Q。4 操縱變量(或控制變量)：實(shí)現(xiàn)控制作用的變量，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵出口流量。使用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器對(duì)離心泵出口流量進(jìn)行控制。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)范圍：420mA；輸出：閥門開度0-16mm。5 干擾(或外界擾動(dòng))f：干擾來(lái)自于外界因素，將引起被控變量偏離給定值。在本實(shí)驗(yàn)中采用突然改變離心泵轉(zhuǎn)速的方法，改變離心泵出口壓力，人為模擬外界擾動(dòng)給控制變量造成干擾。6偏差信

41、號(hào)e 被控變量的實(shí)際值與給定值之差， e=ys-ym。ym-離心泵出口流量值Q。ys-離心泵出口流量設(shè)定值。7控制信號(hào)u 工業(yè)調(diào)節(jié)器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。離心泵恒流量控制系統(tǒng)采用比例積分控制規(guī)律(P1D)對(duì)離心泵流量進(jìn)行控制。比例積分控制規(guī)律是比例與積分兩種控制規(guī)律的組合， 理想的PID調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：PID規(guī)律在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。流量調(diào)節(jié)器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥離心泵循環(huán)過(guò)程渦輪流量傳感器和變換器流量設(shè)定值偏差e控制信號(hào)：420mA操縱變量：泵出口流量流量信號(hào)被控變量：離心泵流量干擾變量：離心泵壓力圖9-3 離心泵恒流量控制系統(tǒng)方框圖假定在時(shí)間t=0之前，系統(tǒng)穩(wěn)定，且被調(diào)參數(shù)-離心泵

42、的出口流量Q等于設(shè)定值。若在t=0時(shí)刻，外加壓力階躍干擾，離心泵出口壓力開始變化并按衰減振蕩的規(guī)律經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，離心泵出口流量逐漸趨于穩(wěn)定。完成了一次過(guò)渡過(guò)程。 壓力 P 0 t0 時(shí)間t圖9-4 階躍干擾信號(hào)四、實(shí)驗(yàn)步驟8. 將流量表設(shè)定值設(shè)為：SV=2.0 L/s，P=300，I=4； 9. 開動(dòng)冷水泵，關(guān)閉出口截止閥或出口球閥10. 調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)旋鈕，使壓力表顯示值為0.45Mpa；11. 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)旋鈕，使流量表顯示值為2.0 L/s； 12. 按下流量表下的自動(dòng)按鈕；13. 當(dāng)流量穩(wěn)定后，鼠標(biāo)點(diǎn)擊清空數(shù)據(jù)庫(kù)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊記錄數(shù)據(jù)，開始記錄數(shù)據(jù)；14. 調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)旋鈕使壓力改變0.0

43、5Mpa左右，造成人為干擾，觀察流量恢復(fù)過(guò)程；15. 退出組態(tài)王，運(yùn)行數(shù)據(jù)處理程序，觀察流量變化曲線。五、計(jì)算過(guò)渡過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)1最大偏差A(yù)：被調(diào)參數(shù)的最大值。 2余差 ：當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被調(diào)參數(shù)所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之差。3衰減比n：過(guò)渡過(guò)程曲線上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比，一般n取410之間為宜。4振蕩周期：過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰(或波谷)之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期或工作周期，在衰減比相同的情況下，周期與過(guò)渡時(shí)間成正比，一般希望振蕩周期短一些為好。5過(guò)度時(shí)間ts：從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。六、要求1寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2回答思考題。思考題1 離心泵恒

44、流量控制系統(tǒng)在壓力階躍干擾作用下，比例度P的大小對(duì)過(guò)渡過(guò)程會(huì)產(chǎn)生什么影響？2 離心泵恒流量控制系統(tǒng)在階躍壓力干擾作用下，積分常數(shù)I的大小對(duì)過(guò)渡過(guò)程會(huì)產(chǎn)生什么影響？ 實(shí)驗(yàn)十 換熱器出口溫度串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定換熱器出口溫度在階躍干擾作用下，換熱器出口溫度的過(guò)渡過(guò)程，利用最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間等參數(shù)評(píng)價(jià)換熱器出口溫度控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。2掌握主回路和副回路的比例度P、積分時(shí)間I參數(shù)在溫度控制系統(tǒng)中的作用和對(duì)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)的影響。二、實(shí)驗(yàn)裝置 過(guò)程設(shè)備與控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理?yè)Q熱器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)圖如圖10-1所示，控制原理圖如圖10-2所示。圖10-1換熱器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)圖 換熱器出口溫度控制系統(tǒng)為雙回路串級(jí)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)方框圖如8-3所示。安裝在換熱器管程出口管路上熱電阻溫度傳感器TT將換熱器管程出口溫度轉(zhuǎn)換成電阻信號(hào)后輸出至溫度調(diào)節(jié)器TC，TC將溫度信號(hào)與溫度給定值比較后，根據(jù)其差值e的大小按比例積分PI調(diào)節(jié)規(guī)律向流量調(diào)節(jié)器LC輸出流量給定值；同時(shí)安裝在換熱器殼程進(jìn)口管路上的渦輪流量傳感器LT將進(jìn)入換熱器殼程的冷水流量信號(hào)輸出至流量調(diào)節(jié)器LC，LC將來(lái)自溫度調(diào)節(jié)器TC的流