機械工程測試技術基礎實驗指導書

1、測試技術基礎實驗指導書機械與汽車工程學院機械設計教研室丁曙光、趙小勇二OO七年十一月實驗一 電阻應變片的靈敏的測定一、實驗目的1、掌握電阻應變片靈敏系數(shù)的一種測定方法。2、練習使用YJD-1靜動態(tài)電阻應變儀。二、實驗原理1、電阻應變片的靈敏系數(shù)測定原理：當電阻應變片粘貼在試件上受應變時，其電阻產(chǎn)生的相對變化 （11）比值K即為應變片的靈敏系數(shù)。只要應變量不過分大時，K為常數(shù)。當及值分別測得后，K值即可算出。等強度梁表面軸向應變，可從撓度計上百分表的讀數(shù)算出： （12）式中 f百分表讀出的撓度計中點的撓度值。h等強度梁厚度。l撓度計跨度。電阻應變片的相對電阻變化是根據(jù)電阻應變儀測出的指示應變和應

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

3、步驟：將應變片出線與應變儀連接，半橋接法時（參見圖21），將應變片R1、R2分別接到AB和BC接線柱，此時應變儀面板上ADC三點用連接銅片接好，應變儀內(nèi)AA和CC一對120精密電阻構成另外半橋；全橋接法時，將ADC三點連接銅片拆除，應變片R1，R2，R3，R4分別接到ABCD接線柱上并擰緊。按應變片盒上標明的靈敏系數(shù)K值，調(diào)整應變儀靈敏系數(shù)盤與之符合。（當K值需通過實驗測定時，可先設定，為計算方便，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。檢流計指針應準確指零，否則需校正到零位。轉(zhuǎn)動選擇開關，先后轉(zhuǎn)到A和B兩處，指針應偏在紅格以內(nèi)，否則說明A、B電池電壓過低，應該換新。使用交流

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

5、始應變值應從最后讀數(shù)中減去初始應變值。三、實驗儀器設備1、已貼片的等強度梁和加靜裝置，溫度補償快。）2、帶有千分表（或百分表）的撓度計；游標卡尺。3、YJD-1靜動態(tài)電阻應變儀。四、實驗步驟電阻應變片靈敏系數(shù)測定：1、分別用千分尺和游標卡尺，測得等強度梁的厚度h和撓度計的跨度l。2、按圖21所示安裝等強度梁和撓度計，將等強度梁上縱向應變片R1、R2與溫度補償梁上的應變片R5，接入應變儀。將兩種情況下讀數(shù)預調(diào)到零位。3、記錄撓度計上百分表的初讀數(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應變片指示應變讀數(shù)，列表記錄。（表21）。表11 靈敏系數(shù)測定結果等強度

6、梁號 ，厚度h= mm，撓度計l= mm。應變片號Pkgf0fe計算KR1R2五、實驗報告要求1、按表11記錄和計算各應變片靈敏系數(shù)，和它的平均值，以及相對標準誤差：2、試用材料力學有關公式，計算在加載過程中，等強度梁的上（下）表面的應力和應變數(shù)值。并與實驗測定值相比較。圖21 等強度梁試驗裝置結構實驗二 電阻應變片在電橋中的接法一、實驗目的1、學會電阻應變片半橋單臂、半橋雙臂、全橋接法。2、檢查各種接法時的對應的應變讀數(shù)值，從而體會電橋的加減特性和補償原理。3、學會正確的接橋方法。二、實驗原理電阻應變儀電橋輸出電壓U與各橋臂的相對電阻變化率或各應變片的指示應變值之間有下列關系： （21）式中

7、 、分別為各橋臂應變片的指示應變；K為應變片靈敏系數(shù)；E為供橋電壓。從上可知，對同種性質(zhì)的應變（同為+或同為-），相對橋臂（如與、與）其應變值是迭加的，而相鄰橋臂（如、的相鄰橋臂為和）應變值是相抵消的。對于不同種應變（一橋臂為+，另一橋臂為-），情況正好相反，相對橋臂應變彼此消減，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償，對某些非線性誤差的改善及復雜應力情況下需要測定其中一個應力單獨作用所產(chǎn)生的應變等等，都是電橋加減特性的應用。三、實驗儀器和設備1、等強度梁試驗裝置，加載砝碼。2、靜動態(tài)電阻

8、應變儀（YJD-1）。四、實驗步驟1、分別按圖31a、b、c、d所示各種接法接成橋路。先在初載荷下將應變儀調(diào)零，加載5kg和10公斤測量指示應變記錄在表31中，加載三次并進行數(shù)據(jù)處理，檢查以及它與應變值的倍數(shù)。（稱為對某一應變片的“電橋系數(shù)”簡稱“電橋系數(shù)”或“橋臂系數(shù)”A）。表21 各種接法測量結果 =K= 接法載荷 kg次數(shù)(a)(b)(c)(d)3kg6kg3kg6kg3kg6kg3kg6kg123平均應變橋臂系數(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，分別對工作片單獨加熱和工作片、補償片同時加熱、觀察其輸出應變值的變化。五、實驗報告要求1、討論各種接橋方法時的特性，

9、比較其優(yōu)缺點。2、試用公式推導不同接法時的橋臂系數(shù)A的理論值，并與實測值相比較。3、實驗中的心得體會。實驗三 振動測量及信號分析一、實驗目的了解激振器、加速度傳感器、電荷放大器、電阻應變片、動態(tài)電阻應變儀、信號采集及分析系統(tǒng)的工作原理，掌握上述設備的使用方法，了解典型測試系統(tǒng)的構成，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、實驗儀器及原理 機械振動綜合實驗裝置（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 電阻應變片 2片 動態(tài)電阻應變儀 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、應變儀數(shù)據(jù)采集儀加速度傳感器激振器應變片三、實驗方法及步驟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)電阻應變儀通道的輸入端。4）將兩個壓電式加速度計分別接到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)電阻應變儀的調(diào)整供橋電壓選為2V、增益選擇開關設為1、校準開關達到測量擋，低通濾波器的設到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，增益選擇開關打倒100擋。設置完成后，接通電源。進行動態(tài)電阻應變儀的平衡調(diào)節(jié)，如果表頭對應通道的數(shù)值不等于0，按以下相應通道的自動平衡按鍵，直到表頭度數(shù)為零，重復此

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的頻率，并記下此頻率，同時電荷放大是否過荷，如過荷適當調(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，關閉所有儀器的電源開關。7、根據(jù)步驟6所記錄的共振頻率，調(diào)整動態(tài)電阻應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、應變儀、電荷放大器及數(shù)字采集系統(tǒng)的開關，用數(shù)據(jù)采集軟件