測試技術(shù)實驗指導(dǎo)

1、機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書廖平 滕照煦 編著中南大學(xué)機電工程學(xué)院機械電子工程系2005年4月實驗一 電阻應(yīng)變片的粘貼及工藝一、 實驗?zāi)康耐ㄟ^電阻應(yīng)變片的粘貼實驗，了解電阻應(yīng)變片的粘貼工藝和檢查方法及應(yīng)變片在測試中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。二、 實驗原理電阻應(yīng)變片實質(zhì)是一種傳感器，它是被測試件粘貼應(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，通過阻橋與靜動態(tài)應(yīng)變儀相連接可測出應(yīng)變大小，從而可計算出應(yīng)力大小和變化的趨勢，為分析受力試件提供科學(xué)的理論依據(jù)。三、 實驗儀器及材料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、 實驗步驟1、 確定貼片位置本實驗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：用電橋測量各片的阻值為配組組橋準備。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、后精細打磨a. 機械打磨，如砂輪機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。因為這樣便于膠水的沉積。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)變片與被測試件的絕緣電阻，靜態(tài)測試中應(yīng)大于100M歐，動態(tài)測試中應(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、封和保護作用，為將來長期監(jiān)測做好準備。實驗二 靜態(tài)應(yīng)變測量一、 實驗?zāi)康? 通過實驗掌握靜態(tài)應(yīng)變測量方法2 熟悉靜態(tài)應(yīng)變儀的使用方法3 學(xué)會靜態(tài)應(yīng)變測量數(shù)據(jù)處理方法二、 實驗儀器1 TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀2 等強度梁3 加載桿4 砝碼三、 TS3861型靜態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀簡介1特點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串口與計算機通訊，在Win95/98/xp操作系統(tǒng)平臺上運行。一臺計算機可控制多臺應(yīng)變儀,實現(xiàn)自動監(jiān)測，圖表顯示，計算繪圖，文件處理等多項功能。亦可脫機操作,單臺使用。 該儀器可廣泛應(yīng)用于機械、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)力的測量分析。其外形見下圖本機具有如下特點：硬件部分·恒流激勵，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，初始值，應(yīng)變值。·自動平衡。·高階低通濾波器抗干擾能力強。·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點棒圖，數(shù)字監(jiān)視圖，X-Y監(jiān)視圖，T-Y監(jiān)視圖·定時測量，數(shù)字比較器測量·數(shù)據(jù)打印，應(yīng)變花計算2技術(shù)指標1）測 點 數(shù)：每臺12點，RS232串口級聯(lián)可擴展至240點2）橋路形式：

6、半橋（公共補償片），半橋，全橋3）橋路激勵：恒流源18mA4）橋路電阻：120，350，500，10005）測量范圍：±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，自動扣除9）靈敏系數(shù)：1.009.9910）采樣速率: 2點/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,顯示電路,電源等部分組成見方框圖。本機橋路激勵采用恒流源模式,電子開關(guān)切換測點,電路新穎,工作合理。圖2為單片工作簡圖，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,信號從C點輸出。開關(guān)等效電阻Rk的影響被排除,引線電阻RL固定不變,對輸出無影響,也無需長導(dǎo)線修正。只要測出Rg即等效了應(yīng)變的測量。根據(jù)應(yīng)變片原理由于采用恒流激勵則由上式可見U和K為常數(shù)。只要測出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,測量前將每個測點橋路不平衡值即初始值顯示存貯,

8、在隨后測量中將該點初值扣除,實現(xiàn)了自動平衡的功能。為簡化操作，本機僅用5只按鈕實現(xiàn)通道選擇，數(shù)據(jù)發(fā)送,初值顯示,測量值顯示等基本功能,具有簡單易學(xué)，使用方便。對于橋路形式,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,不易出錯的特點,更適合教學(xué)實驗使用。當使用計算機控制時,一切功能均由鼠標控制,具備虛擬儀器的特點。4面板功能1）測點顯示器,顯示當前測量通道112CH。2）應(yīng)變值顯示器,顯示各橋路初始值及被扣除后的實際應(yīng)變值3）通道選擇按鈕。4）“自動”按鈕，操作該鍵相應(yīng)指示燈亮，請求向計算機發(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，顯示該測點

9、的初始值。6）“測量”按鈕，操作該鍵相應(yīng)指示燈亮，顯示該測點的實際應(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(公共補嘗片)，半橋，全橋。一旦選定所有測點均為同一模式。10）地址選擇開關(guān),當多臺儀器串聯(lián)使用時，設(shè)定該儀器的地址號。11） RS232接口用于和計算機通訊及另一臺儀器的級聯(lián)。12）保險絲座。13）接地開關(guān)。14）電源開關(guān)。15）電源插座。6 維護1)儀器使用后應(yīng)罩上蓋板,以防灰塵。2) 儀器在移動時,注意做到小心輕放。3)儀器停用時應(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,通電時歷時一小時。四、 試驗步驟1全橋測量方式組橋及連線等強度梁上已貼好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顯示初始值測點接線完畢,按“初值”鈕,儀器顯示該點橋路的初始值,按通道選擇鈕,使每個測點橋路的初始值都顯示一遍,顯示的同時也存貯各路初值。4測量按“測量”鈕,未加信號時各測點應(yīng)顯示全零,儀器已將初值自動扣除,某測點扣零后仍有數(shù)字,可重復(fù)操作4, 5步使其顯示在±2字以內(nèi),若某測點開路(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砝碼對應(yīng)讀取應(yīng)變值，并記錄到實驗報告表中6重復(fù)3，4，5步驟3次，將應(yīng)變值記錄到實驗報告表中實驗報告一、 數(shù)據(jù)記錄將實測中的應(yīng)變讀數(shù)記錄到下表中加載（kg）分次讀數(shù)平均應(yīng)變理論計算值相

12、對誤差第一次第二次第三次12345二、計算1 根據(jù)等強度梁的尺寸，計算等強度梁在載荷下的理論應(yīng)變值，并填入表理論計算欄中。計算公式式中 P載荷（N）E彈性模量，取N/mm2L力的作用點到固定端的距離，取L=200mmB等強度量的寬度b=40mm等強度梁的厚度，=6mm2計算三次測量的平均應(yīng)變值并填入表中實驗三 機械振動系統(tǒng)固有頻率測量一、實驗?zāi)康?以雙簡支梁為例，了解和掌握機械振動系統(tǒng)幅頻特性曲線的測量方法以及如何由幅頻特性曲線得到系統(tǒng)的固有頻率，了解測試儀器及軟件的使用方法二、 驗儀器及原理l 機械振動綜合實驗裝置（安裝雙簡支梁） 1套l 激振器 1個l 信號發(fā)生及功率器 1臺l 加速度傳感

13、器 1只l 電荷放大器 1臺l 信號采集卡 1個l 計算機 1臺電荷放大器信號采集卡計算機信號處理與分析時域圖功率譜圖信號發(fā)生器功率放大器激振器加速度傳感器雙簡支梁圖1 機械振動系統(tǒng)固有頻率測量實驗原理圖質(zhì)量塊三、實驗方法及步驟1. 將激振器通過頂桿連接到雙簡支梁上（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支梁有明顯的振動。注意：調(diào)節(jié)幅值旋鈕時，當?shù)?個指示燈亮時，必須停止調(diào)節(jié)！以防止激振器損壞。5. 將信號及功率放大發(fā)生器輸出頻率由低向高逐步調(diào)節(jié)，觀測雙簡支梁的振動情況，若振動過大則減小信號及功率放大發(fā)生器輸出功率。6. 運行教學(xué)實驗軟件，操作過程如下：（1）選擇高速采集中斷采集菜單見下圖（2）點擊菜單后進入下圖a. 點擊選擇采集卡型號按鈕，則會彈出一個子窗口，用鼠標選擇采集卡型號，并點擊“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. 其他采用默認設(shè)置7. 保持信號及功率放大發(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)，觀測簡支梁的振動，當振幅達到最大時，用鼠標點擊采集按鈕，則在