測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)黃平平

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械制造過(guò)程測(cè)控研究室黃平平實(shí)驗(yàn)一：電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼實(shí)驗(yàn)二：用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度實(shí)驗(yàn)三：等強(qiáng)度梁的靜定標(biāo)定實(shí)驗(yàn)四：測(cè)量等強(qiáng)度梁的固有頻率和阻尼率

目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．初步掌握電阻應(yīng)變片的粘貼工藝技術(shù)；2．掌握選擇應(yīng)變片的原則及粘貼質(zhì)量的檢查；

3．為后續(xù)電阻應(yīng)變測(cè)量的實(shí)驗(yàn)做好在試件上粘貼應(yīng)變片、接線、防潮、檢查等準(zhǔn)備工作。實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼圖一齒輪變速箱的應(yīng)變實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1.常溫用電阻應(yīng)變片；2.等強(qiáng)度梁試件；3.502粘結(jié)劑（氰基丙烯酸酯粘結(jié)劑）；4.電烙鐵、鑷子、砂紙等工具；5.小臺(tái)鉗、鋼尺、劃針；6.丙酮、乙醇、藥棉等清洗器材；7.防潮用硅膠。實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟本實(shí)驗(yàn)是在等強(qiáng)度梁上粘貼應(yīng)變片，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，貼片質(zhì)量的好壞直接影響到后續(xù)實(shí)驗(yàn)成敗，所以貼片的每一環(huán)節(jié)，都要認(rèn)真仔細(xì)。

1.選片目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕、斷絲、霉點(diǎn)、銹點(diǎn)等缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼，必須更換。

2.測(cè)片用數(shù)字萬(wàn)用表或電橋精確測(cè)量應(yīng)變片電阻值的大小。

實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼

3.試件表面處理實(shí)驗(yàn)所用試件為等強(qiáng)度梁，為使粘貼牢固，必須對(duì)試件表面進(jìn)行處理。（1）用細(xì)砂紙?jiān)诘葟?qiáng)度梁表面需貼片處打磨，打磨方向與貼片軸線位置成45度交叉。（2）用棉花球蘸丙酮、乙醇擦洗表面的油污和銹斑，直到干凈再自行晾干。（3）然后用劃針在貼片處劃出十字線，作為貼片坐標(biāo)，再用棉球擦一下。

實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼

4.貼片（1）在應(yīng)變片的紙基基底和等強(qiáng)度梁表面需貼片處，各涂上薄薄一層膠水，一手捏住應(yīng)變片引出線，把應(yīng)變片軸線對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)線貼到等強(qiáng)度梁表面上。（2）墊上以一層塑料布，用手指在應(yīng)變片的長(zhǎng)度方向滾壓，擠出片下汽泡和多余的膠水，直到應(yīng)變片與被測(cè)物緊密粘合為止。（3）手指保持不動(dòng)約1分鐘后再放開(kāi)，按住時(shí)不要使應(yīng)變片移動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼

5．粘貼質(zhì)量的檢查（1）目測(cè)或用放大鏡檢查應(yīng)變片是否粘牢,有無(wú)氣泡、翹起等現(xiàn)象。（2）用萬(wàn)用表檢查電阻值。正常情況下，阻值與未貼片前的相差無(wú)幾。

6．焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到等強(qiáng)度梁上的引線焊點(diǎn)處，注意防止虛焊。

7．應(yīng)變片保護(hù):用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．簡(jiǎn)述貼片、接線、檢查等主要實(shí)驗(yàn)步驟；2．畫(huà)布線圖和編號(hào)圖；3．簡(jiǎn)述貼片質(zhì)量對(duì)測(cè)量精度的影響。實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼一、實(shí)驗(yàn)原理

將電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)構(gòu)件的表面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形（ΔL/L），應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)電阻應(yīng)變儀，可測(cè)量出應(yīng)變片中電阻值的變化（ΔR/R），并換算成應(yīng)變值，或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號(hào)（電壓或電流）。電阻應(yīng)變片的靈敏度是構(gòu)件單位應(yīng)變所引起應(yīng)變片電阻值的變化量，用K來(lái)表示，

K==實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度

可以證明：等強(qiáng)度懸臂梁應(yīng)變與載荷F之間的關(guān)系為：

式中

為等強(qiáng)度懸臂梁的長(zhǎng)度；h為梁的厚度；b為梁根部的寬度；E為金屬材料的楊氏彈性模量。一般，所以綜上所得：由上式可見(jiàn)：E為金屬材料的楊氏彈性模量（常量），只要測(cè)量，，，和。實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度二、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1.將電纜焊接到等強(qiáng)度梁的電阻應(yīng)變片上，用半橋式接入電橋盒2.將應(yīng)變儀預(yù)調(diào)平衡3.在等強(qiáng)度梁上加砝碼使應(yīng)變儀再次平衡。實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握在靜載荷下使用電阻應(yīng)變儀測(cè)量方法；2.掌握橋路連接和電阻應(yīng)變儀工作原理；3.了解影響測(cè)量誤差產(chǎn)生的因素。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.等強(qiáng)度梁裝置2.砝碼；3.SDY2101型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。

實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度三、實(shí)驗(yàn)原理

將電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)構(gòu)件的表面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形（ΔL/L），應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)電阻應(yīng)變儀，可測(cè)量出應(yīng)變片中電阻值的變化（ΔR/R），并換算成應(yīng)變值，或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號(hào)（電壓或電流）。電阻應(yīng)變片的靈敏度是構(gòu)件單位應(yīng)變所引起應(yīng)變片電阻值的變化量，用K來(lái)表示，

K=

=實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度

本實(shí)驗(yàn)的裝置如右圖所示實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度構(gòu)件受彎曲應(yīng)力R1F圖1

在測(cè)試中常用的電橋連接形式有單臂電橋連接、半橋連接與全橋連接。本實(shí)驗(yàn)選用單臂電橋連接，如右圖所示。其中E為輸入電壓本實(shí)驗(yàn)設(shè)E=2V（可調(diào)）；U0為輸出電壓；R1=R2=R3=R4=120?,R1為電阻應(yīng)變片，R2,R3,R4為常值電阻。R3ER2R4U0實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度圖2單臂電橋接法一般，所以有。又根據(jù)電阻應(yīng)變的靈敏度定義綜上所述，已知，和可從SDY2101型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變上上讀取。實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度

（理論計(jì)算）可以證明：等強(qiáng)度懸臂梁應(yīng)變與載荷F之間的關(guān)系為：

式中

為等強(qiáng)度懸臂梁的長(zhǎng)度；h為梁的厚度；b為梁根部的寬度；E為金屬材料的楊氏彈性模量。一般，所以綜上所得：由上式可見(jiàn)：E為金屬材料的楊氏彈性模量（常量），只要測(cè)量，，，和。實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟

1.按電阻應(yīng)變儀的使用方法，使其處于正常狀態(tài)。

2.按照?qǐng)D2接線方法，用導(dǎo)線連接應(yīng)變片和應(yīng)變儀，導(dǎo)線一端焊接在應(yīng)變片的接線端子上，一端接在應(yīng)變儀對(duì)應(yīng)的電橋端子上。

3.組成單臂電橋后對(duì)應(yīng)變儀進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡。

4.加載。加載時(shí)在梁的自由端掛砝碼實(shí)現(xiàn)，共分5級(jí)，每加一級(jí)以后從應(yīng)變儀上讀出應(yīng)變數(shù)據(jù)并記錄。實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度5.結(jié)束實(shí)驗(yàn)。完畢實(shí)驗(yàn)，卸掉砝碼，關(guān)閉應(yīng)變儀電源將連接導(dǎo)線拆下，等強(qiáng)度梁妥善保管。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按如下表記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其結(jié)果與應(yīng)變儀理論值加以比較。并且分析誤差。實(shí)驗(yàn)二用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度應(yīng)變儀砝碼重量bhLεk

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

學(xué)會(huì)等強(qiáng)度梁的靜態(tài)標(biāo)定方法，了解電子稱的工作原理。

二、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏度定義實(shí)驗(yàn)三：等強(qiáng)度梁的靜定標(biāo)定

可以證明：等強(qiáng)度懸臂梁應(yīng)變與載荷F之間的關(guān)系為：式中

為等強(qiáng)度懸臂梁的長(zhǎng)度；h為梁的厚度；b為梁根部的寬度；E為金屬材料的楊氏彈性模量。一般，所以

綜上所得：實(shí)驗(yàn)三：等強(qiáng)度梁的靜定標(biāo)定四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.按如下表記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2.繪制電壓U0與重力F曲線。3.測(cè)量一物體的重力（電子稱原理）。實(shí)驗(yàn)三：等強(qiáng)度梁的靜定標(biāo)定砝碼重量輸出電壓一、實(shí)驗(yàn)要求1.用振動(dòng)測(cè)試的方法，識(shí)別一阻尼結(jié)構(gòu)（等強(qiáng)度梁）的一階固有頻率和阻尼率；2.了解小阻尼結(jié)構(gòu)的衰減自由振動(dòng)形態(tài)；3.選擇傳感器，設(shè)計(jì)測(cè)試方案和數(shù)據(jù)處理方案，測(cè)出等強(qiáng)度的一階固有頻率和阻尼率。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.PCI-1716/1716L數(shù)據(jù)采集卡2.等強(qiáng)度梁3.3YD34

加速度計(jì)4.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)四測(cè)量等強(qiáng)度梁的固有頻率和阻尼率三、測(cè)試原理概述1.瞬態(tài)信號(hào)可以用三種方式產(chǎn)生：脈沖激振、階躍激振和快速正弦掃描激振。2.脈沖激振：用脈沖錘敲擊試件，產(chǎn)生近似于半正弦的脈沖信號(hào)。信號(hào)的有效頻率取決于脈沖持續(xù)時(shí)間τ，τ越小則頻率范圍越大。3.

幅值：幅值是振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來(lái)表示。

頻率：不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過(guò)頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，可以看到共振時(shí)的頻率，也就可以得到懸臂梁的固有頻率

實(shí)驗(yàn)四測(cè)量等強(qiáng)度梁的固有頻率和阻尼率

4.阻尼比的測(cè)定

自由衰減法:在結(jié)構(gòu)被激起自由振動(dòng)時(shí)，由于存在阻尼，其振幅呈指數(shù)衰減波形，可算出阻尼比。一階固有頻率和阻尼比的理論計(jì)算如下：

由此式可計(jì)算出等強(qiáng)度梁的固有頻率，它可驗(yàn)證以下測(cè)得值正確與否。實(shí)驗(yàn)四測(cè)量等強(qiáng)度梁的固有頻率和阻尼率實(shí)驗(yàn)四測(cè)量等強(qiáng)度梁的固有頻率和阻尼率四、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容1、按要求，把各實(shí)驗(yàn)儀器連接好接入電腦中，然后在懸臂梁上粘緊壓電式加速度傳感器，打開(kāi)計(jì)算機(jī)。2、打開(kāi)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)上的