測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)廖平 滕照煦 編著中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械電子工程系2005 年 4 月實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變片的粘貼及工藝一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)電阻應(yīng)變片的粘貼實(shí)驗(yàn)，了解電阻應(yīng)變片的粘貼工藝和檢查方法及應(yīng)變片在測(cè)試中 的作用，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。二、實(shí)驗(yàn)原理電阻應(yīng)變片實(shí)質(zhì)是一種傳感器，它是被測(cè)試件粘貼應(yīng)變片后在外載的作用下， 其電阻絲 柵發(fā)生變形阻值發(fā)生變化， 通過(guò)阻橋與靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀相連接可測(cè)出應(yīng)變大小， 從而可計(jì)算出 應(yīng)力大小和變化的趨勢(shì)，為分析受力試件提供科學(xué)的理論依據(jù) 三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料QJ 24型電橋、萬(wàn)用表、兆歐表、電烙鐵、焊錫、鑷子、502膠、丙酮或酒精、連接導(dǎo)線、防潮材料、棉花

2、、砂紙、應(yīng)變片、連接片。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、確定貼片位置本實(shí)驗(yàn)是在一梁片上粘貼四塊電阻應(yīng)變片，如圖所示：/R1 _ R31P1/R2R4/R1（R2）R3（R4）2、選片1）種類(lèi)及規(guī)格選擇應(yīng)變片有高溫和常溫之分，規(guī)格有3x5, 2x4，基底有膠基箔式和紙基箔式。常用是 3*5 膠基箔式。2）阻值選擇：阻值有120歐，240歐,359歐，500歐等，常用的為 120歐。3）電阻應(yīng)變片的檢查a。外觀檢查，用肉眼觀察電阻應(yīng)變是否斷絲，表面是否損壞等b阻值檢查：用電橋測(cè)量各片的阻值為配組組橋準(zhǔn)備。4）配組電橋平衡條件：Ri*R3 = R2*R 4 電橋的鄰臂阻值小于 0.2歐。一組誤差小于0.2%。在測(cè)試

3、中盡量選擇相同阻值應(yīng)變 片組橋。3.試件表面處理1）打磨，先粗打磨，后精細(xì)打磨a。機(jī)械打磨,如砂輪機(jī)b。手工打磨,如砂紙打磨面積應(yīng)大于應(yīng)變片面積2倍，表面質(zhì)量為Ra = 3。2um。應(yīng)成45度交叉打磨因?yàn)檫@樣便于膠水的沉積。2）清潔表面用棉花粘積丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干凈為止。3）粘貼涂上502膠后在電阻應(yīng)變片上覆蓋一薄塑料模并加壓，注意電阻應(yīng)變片的正反面。反面涂膠，而正面不涂膠。應(yīng)變片貼好后接著貼連接片4）組橋：根據(jù)要求可組半橋或全橋。5）檢查。用萬(wàn)用表量是否斷路或開(kāi)路，用兆歐表量應(yīng)變片與被測(cè)試件的絕緣電阻，靜態(tài)測(cè)試中應(yīng)大于 100M歐，動(dòng)態(tài)測(cè)試中應(yīng)大于 50M歐6）密封為了

4、防止電阻應(yīng)變被破壞和受潮，一般用AB膠覆蓋在應(yīng)變片上起到密封和保護(hù)作用為將來(lái)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)做好準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)二靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量方法2. 熟悉靜態(tài)應(yīng)變儀的使用方法3. 學(xué)會(huì)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法二、實(shí)驗(yàn)儀器1. TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀2. 等強(qiáng)度梁3. 加載桿4. 砝碼三、TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀 靜態(tài)應(yīng)變儀簡(jiǎn)介1 .特點(diǎn)TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀是一種裝有微處理芯片的數(shù)字式應(yīng)變儀，通過(guò)RS232串口與計(jì)算機(jī)通訊，在Win95/98/xp操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行。一臺(tái)計(jì)算機(jī)可控制多臺(tái)應(yīng) 變儀,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，圖表顯示,計(jì)算繪圖，文件處理等多項(xiàng)功能亦可脫機(jī)操作， 單臺(tái)使

5、用該儀器可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、土建、車(chē)輛、船舶、鐵路、橋梁、港口、堤壩等工程領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)應(yīng)力的測(cè)量分析。其外形見(jiàn)下圖本機(jī)具有如下特點(diǎn): 硬件部分恒流激勵(lì)，無(wú)非線性誤差。電子開(kāi)關(guān)切換，體積小，重量輕，可靠性高。數(shù)字顯示通道號(hào)，初始值，應(yīng)變值.自動(dòng)平衡。高階低通濾波器抗干擾能力強(qiáng)。采用金屬接線柱接線，性能可靠，使用方便 軟件部分中文 Win95/98/2k/XP菜單操作系統(tǒng) 12點(diǎn)棒圖，數(shù)字監(jiān)視圖，X 丫監(jiān)視圖,T 丫監(jiān)視圖 定時(shí)測(cè)量，數(shù)字比較器測(cè)量數(shù)據(jù)打印，應(yīng)變花計(jì)算2技術(shù)指標(biāo)1）測(cè)點(diǎn) 數(shù)：每臺(tái)12點(diǎn)，RS232串口級(jí)聯(lián)可擴(kuò)展至240點(diǎn)2）橋路形式：半橋（公共補(bǔ)償片），半橋,全橋3）橋路激勵(lì)：恒流源1

6、8mA4）橋路電阻：1200350 Q, 500Q, 1000Q5）測(cè)量范圍：土 19999卩&6） 誤差：土 0.3% ± 2 字7）平衡方式平衡范圍：土 19999卩&平衡模式：初始值記憶，自動(dòng)扣除9）靈敏系數(shù)：1.009.9910）采樣速率：2點(diǎn)/秒11）穩(wěn)定度：土3卩& /2h. 1卩& / C12）接 口： RS232串行接口13）工作環(huán)境：040 °C ;20 85%RH14） 尺寸: 264（寬）,63（高），220（深）mm不含突出部分）15）質(zhì) 量：約3kg3工作原理本儀器由精密恒流源，多路切換開(kāi)關(guān)，前置放大器，低通濾波器，

7、A/D轉(zhuǎn)換器, 單片機(jī)，顯示電路，電源等部分組成見(jiàn)方框圖。圖1整機(jī)茁匡圖圖2本機(jī)橋路激勵(lì)采用恒流源模式，電子開(kāi)關(guān)切換測(cè)點(diǎn)，電路新穎，工作合理。圖CDIERxRl#54 CONffi3圖中R -切換開(kāi)關(guān)等效電阻R 應(yīng)變片引線電阻R應(yīng)變片電阻I B恒定電流源在圖3回路中，電流恒定不變，信號(hào)從C點(diǎn)輸出.開(kāi)關(guān)等效電阻R的影響被排 除，引線電阻R固定不變，對(duì)輸出無(wú)影響，也無(wú)需長(zhǎng)導(dǎo)線修正。只要測(cè)出兄即等 效了應(yīng)變的測(cè)量。根據(jù)應(yīng)變片原理in 1IE K由于采用恒流激勵(lì)則1ARI1x. 1尸一LRKRIKuK由上式可見(jiàn)U和K為常數(shù).只要測(cè)出厶U就可換算成相應(yīng)的應(yīng)變值，這里不 存在非線性誤差。本儀器橋路平衡采用

8、初值扣除的方法，測(cè)量前將每個(gè)測(cè)點(diǎn)橋路不平衡值即初 始值顯示存貯，在隨后測(cè)量中將該點(diǎn)初值扣除，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)平衡的功能。為簡(jiǎn)化操作，本機(jī)僅用5只按鈕實(shí)現(xiàn)通道選擇，數(shù)據(jù)發(fā)送，初值顯示，測(cè)量 值顯示等基本功能，具有簡(jiǎn)單易學(xué)，使用方便。對(duì)于橋路形式，應(yīng)變片阻值及靈 敏系數(shù)等使用頻度較低的功能采用硬件方式，具有一目了然 ，不易出錯(cuò)的特點(diǎn)， 更適合教學(xué)實(shí)驗(yàn)使用。當(dāng)使用計(jì)算機(jī)控制時(shí)，一切功能均由鼠標(biāo)控制，具備虛擬 儀器的特點(diǎn)4面板功能橋路形式血優(yōu)式16全橋半橋主機(jī)副機(jī)RS232肚址RS23222OV50Hi !».圖5后面板1）測(cè)點(diǎn)顯示器，顯示當(dāng)前測(cè)量通道 112CH.2）應(yīng)變值顯示器，顯示各橋路初始

9、值及被扣除后的實(shí)際應(yīng)變值3）通道選擇按鈕。4）“自動(dòng)”按鈕，操作該鍵相應(yīng)指示燈亮，請(qǐng)求向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被接收 后該燈熄滅 .5）“初值 "按鈕，操作該鍵相應(yīng)指示燈亮，顯示該測(cè)點(diǎn)的初始值。6）“測(cè)量”按鈕，操作該鍵相應(yīng)指示燈亮，顯示該測(cè)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變值.7）橋路電阻選擇開(kāi)關(guān)， 用于選擇與應(yīng)變片相對(duì)應(yīng)的電阻值， 分四種 120，350,500 ，1000Q。8）靈敏系數(shù)開(kāi)關(guān)，用于設(shè)置應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。9）橋路形式開(kāi)關(guān)，用于選擇半橋（公共補(bǔ)嘗片 ） ，半橋，全橋。一旦選定所有測(cè) 點(diǎn)均為同一模式。10）地址選擇開(kāi)關(guān) , 當(dāng)多臺(tái)儀器串聯(lián)使用時(shí) , 設(shè)定該儀器的地址號(hào) .11）RS232接口

10、用于和計(jì)算機(jī)通訊及另一臺(tái)儀器的級(jí)聯(lián)。12）保險(xiǎn)絲座。13）接地開(kāi)關(guān)。14 ）電源開(kāi)關(guān)。15 ）電源插座。6 維護(hù)1 ）儀器使用后應(yīng)罩上蓋板 , 以防灰塵。2）儀器在移動(dòng)時(shí)，注意做到小心輕放。3）儀器停用時(shí)應(yīng)貯放在溫度為20± 10C溫度80%下，不含腐蝕性氣體的室內(nèi)。4）儀器長(zhǎng)期不用應(yīng)每季通電一次， 并檢查儀器工作是否正常 , 通電時(shí)歷時(shí)一小時(shí)。四、試驗(yàn)步驟1全橋測(cè)量方式組橋及連線等強(qiáng)度梁上已貼好 4片應(yīng)變片（R1、R2、R3、R4），已密封，按全橋方式組橋并連接在 TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀的第1通道接線端子上2. TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀設(shè)置1）確定橋路電阻根據(jù)應(yīng)變片的阻

11、值撥入相應(yīng)的代碼，“ 1”表示120Q，“2”表示350Q, “3” 表示 500Q , “4” 表示 1000Q。2）設(shè)置靈敏度系數(shù) K對(duì)照應(yīng)變片靈敏系數(shù) （由應(yīng)變片生產(chǎn)廠提供） 撥入相應(yīng)的數(shù)值。 例如: 應(yīng)變片 靈敏系數(shù) K=2。 1，開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)置為“ 210”。3）選擇橋路形式為全橋 在后面板上選擇橋路形式3. 顯示初始值測(cè)點(diǎn)接線完畢， 按“初值”鈕， 儀器顯示該點(diǎn)橋路的初始值， 按通道選擇鈕， 使每個(gè)測(cè)點(diǎn)橋路的初始值都顯示一遍 , 顯示的同時(shí)也存貯各路初值。4. 測(cè)量按“測(cè)量"鈕, 未加信號(hào)時(shí)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)顯示全零 , 儀器已將初值自動(dòng)扣除，某測(cè) 點(diǎn)扣零后仍有數(shù)字， 可重復(fù)操作 4，

12、 5 步使其顯示在± 2 字以內(nèi) , 若某測(cè)點(diǎn)開(kāi)路 （ 未 接任何橋路或有斷線 ） ，則儀器顯示閃爍。5. 分別加 1kg、2kg、3kg、4kg、5kg 砝碼對(duì)應(yīng)讀取應(yīng)變值 , 并記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告表中6重復(fù)3, 4,5步驟3次，將應(yīng)變值記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告表中實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、數(shù)據(jù)記錄將實(shí)測(cè)中的應(yīng)變讀數(shù)記錄到下表中加載（kg）分次讀數(shù)平均應(yīng) 變理論計(jì)算值相對(duì)誤差第一次第二次第三次12345二、計(jì)算1 根據(jù)等強(qiáng)度梁的尺寸，計(jì)算等強(qiáng)度梁在載荷下的理論應(yīng)變值，并填入表理論 計(jì)算欄中。計(jì)算公式-6P2Lb E式中P載荷（N）E彈性模量，取 E 2 105N/mm2L 力的作用點(diǎn)到固定端的距離，取 L=2

13、00mmB-等強(qiáng)度量的寬度b=40mm-等強(qiáng)度梁的厚度,=6mm2 計(jì)算三次測(cè)量的平均應(yīng)變值并填入表中實(shí)驗(yàn)三機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。以雙簡(jiǎn)支梁為例，了解和掌握機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)幅頻特性曲線的測(cè)量方法以及如何 由幅頻特性曲線得到系統(tǒng)的固有頻率，了解測(cè)試儀器及軟件的使用方法二、驗(yàn)儀器及原理機(jī)械振動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置（安裝雙簡(jiǎn)支梁） 1套 激振器 1個(gè) 信號(hào)發(fā)生及功率器 1臺(tái) 加速度傳感器 1只 電荷放大器 1臺(tái) 信號(hào)采集卡 1個(gè) 計(jì)算機(jī) 1臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1. 將激振器通過(guò)頂桿連接到雙簡(jiǎn)支梁上 （注意確保頂桿與激振器的中心線在一 條直線上 ）,將信號(hào)及功率放大發(fā)生器的輸出端與激振器相連接。2

14、. 用磁鐵將加速度傳感器固定在雙簡(jiǎn)支梁中心偏左50mm 處，并與電荷放大器輸入端連接，電荷放大器輸出端連接在信號(hào)采集卡接線端子的0 通道。3. 將質(zhì)量塊置于刻度 3位置 .4. 將信號(hào)及功率放大發(fā)生器的幅值旋鈕調(diào)到最小， 打開(kāi)所有儀器電源， 設(shè)置信 號(hào)及功率放大發(fā)生器輸出頻率為 20Hz,調(diào)節(jié)幅值旋鈕逐漸增大輸出功率直至 雙簡(jiǎn)支梁有明顯的振動(dòng)。 注意：調(diào)節(jié)幅值旋鈕時(shí)，當(dāng)?shù)?2 個(gè)指示燈亮?xí)r，必 須停止調(diào)節(jié)！以防止激振器損壞。5. 將信號(hào)及功率放大發(fā)生器輸出頻率由低向高逐步調(diào)節(jié)， 觀測(cè)雙簡(jiǎn)支梁的振動(dòng) 情況，若振動(dòng)過(guò)大則減小信號(hào)及功率放大發(fā)生器輸出功率 .6. 運(yùn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件，操作過(guò)程如下 :1

15、）選擇高速采集 - 中斷采集菜單見(jiàn)下圖斷尋抽上 sfte s：圧wpfe址ITVSid出P 脊雄J > 'J 3tii- Kk« . K. EIU4W(2)點(diǎn)擊菜單后進(jìn)入下圖200541 戸口H：03:34!)< J肚疋值* iti直I4<OIdasaj拜mtJ=<1UU£S5®店內(nèi)；IH*0沁 廠 EivaM. «r鐘nsLs* rr睛嚇刊舉®（匡匡壬V 卒悴起評(píng)1注胃t棄豪哉EAli-FIFO S訂曲由雷v理M.占童皋H4R；a。點(diǎn)擊選擇采集卡型號(hào)按鈕， 則會(huì)彈出一個(gè)子窗口，用鼠標(biāo)選擇采集卡型號(hào)， 并點(diǎn)擊“ select” 健。bo選擇掃描通道為0通道。c. 選擇電壓輸入范圍為+/ 10V od. 其他采用默認(rèn)設(shè)置7. 保持信號(hào)及功率放大發(fā)生器輸出功率恒定，將質(zhì)量塊位于3刻度位置，然后將輸出頻率由低向高調(diào)節(jié)，觀測(cè)簡(jiǎn)支梁的振動(dòng)，當(dāng)振幅達(dá)到最大時(shí)