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^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QJ24型電橋、萬用表、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、砂紙、應(yīng)變

2、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：2、 選片1） 種類及規(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：R1*R3 = R2*R4電橋的鄰臂阻值小于0.2歐。一組誤差小于0.2% 。在測(cè)試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，

3、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。用萬用表量是否斷路或開路，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

4、封和保護(hù)作用，為將來長(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)使用。 該儀器可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、土建、車輛、船舶、鐵路、橋梁、港口、

5、堤壩等工程領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)應(yīng)力的測(cè)量分析。其外形見下圖本機(jī)具有如下特點(diǎn)：硬件部分·恒流激勵(lì)，無非線性誤差。·電子開關(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-Y監(jiān)視圖，T-Y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：

6、半橋（公共補(bǔ)償片），半橋，全橋3）橋路激勵(lì)：恒流源18mA4）橋路電阻：120，350，500，10005）測(cè)量范圍：±199996）誤 差：±0.3% ±2字7）平衡方式 平衡范圍：±19999 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: ±3/2h. 1/12）接 口: RS232串行接口13）工作環(huán)境: 040；2085%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,多路切換開關(guān),前置放大器,

7、低通濾波器,A/D轉(zhuǎn)換器,單片機(jī),顯示電路,電源等部分組成見方框圖。本機(jī)橋路激勵(lì)采用恒流源模式,電子開關(guān)切換測(cè)點(diǎn),電路新穎,工作合理。圖2為單片工作簡(jiǎn)圖，圖3為其中一路的等效電路圖中Rk切換開關(guān)等效電阻RL應(yīng)變片引線電阻Rg應(yīng)變片電阻IB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。開關(guān)等效電阻Rk的影響被排除,引線電阻RL固定不變,對(duì)輸出無影響,也無需長(zhǎng)導(dǎo)線修正。只要測(cè)出Rg即等效了應(yīng)變的測(cè)量。根據(jù)應(yīng)變片原理由于采用恒流激勵(lì)則由上式可見U和K為常數(shù)。只要測(cè)出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,

8、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)

9、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120，350，500，1000。8）靈敏系數(shù)開關(guān)，用于設(shè)置應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。9）橋路形式開關(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）接地開關(guān)。14）電源開關(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&

10、#177;10溫度80%以下,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2TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀設(shè)置1) 確定橋路電阻根據(jù)應(yīng)變片的阻值撥入相應(yīng)的代碼,“1”表示120,“2”表示350,“3”表示500,“4”表示1000。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,開關(guān)應(yīng)設(shè)置為“210”。3)選擇橋路

11、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, 5步使其顯示在±2字以內(nèi),若某測(cè)點(diǎn)開路(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

12、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)算公式式中 P載荷（N）E彈性模量，取N/mm2L力的作用點(diǎn)到固定端的距離，取L=200mmB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l 機(jī)械振動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置（安裝雙簡(jiǎn)支梁） 1套l 激振器 1個(gè)l 信號(hào)發(fā)生及功率器 1臺(tái)l 加速度傳感

13、器 1只l 電荷放大器 1臺(tái)l 信號(hào)采集卡 1個(gè)l 計(jì)算機(jī) 1臺(tái)電荷放大器信號(hào)采集卡計(jì)算機(jī)信號(hào)處理與分析時(shí)域圖功率譜圖信號(hào)發(fā)生器功率放大器激振器加速度傳感器雙簡(jiǎn)支梁圖1 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理圖質(zhì)量塊三、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1. 將激振器通過頂桿連接到雙簡(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. 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，打開所有儀器電源，設(shè)置信號(hào)及

14、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)?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，操作過程如下：（1）選擇高速采集中斷采集菜單見下圖（2）點(diǎn)擊菜單后進(jìn)入下圖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。b. 選擇掃描通道為0通道。c. 選擇電壓輸入范圍為+/-10V。d. 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)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊采集按鈕，則在