《機(jī)械工程測試技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
《機(jī)械工程測試技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心2008 年 2 月目錄實(shí)驗(yàn)一 信號分析實(shí)驗(yàn)—————— 2實(shí)驗(yàn)二 傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)—————— 8實(shí)驗(yàn)三 測試裝置特性實(shí)驗(yàn)—————————— 15實(shí)驗(yàn)四 靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試實(shí)驗(yàn)—————— 23實(shí)驗(yàn)五 動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試實(shí)驗(yàn)—————— 33實(shí)驗(yàn)六 機(jī)械振動測試梁的固有頻率測定實(shí)驗(yàn)———— 42實(shí)驗(yàn)七 傳感器應(yīng)用 --- 轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗(yàn)———— 48實(shí)驗(yàn)八 扭轉(zhuǎn)振動測量實(shí)驗(yàn) ———————— 38實(shí)驗(yàn)九 設(shè)計實(shí)驗(yàn)————————————— 5010實(shí)驗(yàn)一信號分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握信號時域參數(shù)的識別方法，學(xué)會從信號時域波形中觀察和獲取信號信息2 .加深理解傅立葉變換的基本思想和物理意義，熟悉典型信號的頻譜特 征，掌握使用頻譜分析提取測量信號特征的方法3 .理解信號的合成原理，觀察和分析由多個頻率、幅值和相位成一定關(guān)系的正弦波疊加的合成波形4 .初步了解虛擬儀器的概念二、實(shí)驗(yàn)原理1 .信號時域分析信號時域分析又稱為波形分析或時域統(tǒng)計分析，它是通過信號的時域波形計算信號的均值、均方值、方差等統(tǒng)計參數(shù)信號的時域分析很簡單，用示波器、萬用表等普通儀器就可以進(jìn)行分析。
通過本實(shí)驗(yàn)熟悉時域參數(shù)的識別方法，能夠從信號波形中觀測和讀取所需的信息，也就是具備讀波形圖的能力2信號頻譜分析信號頻譜分析是采用傅里葉變換將時域信號 x(t)變換為頻域信號X⑴，從而幫助人們從另一個角度來了解信號的特征頻譜是構(gòu)成信號的各頻率分量的集合，它完整地表示了信號的頻率結(jié)構(gòu)，即信號由哪些諧波組成，各諧波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信號的頻率信息信號頻譜 X(f)代表了信號在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時域信號波形更直觀，豐富的信息工程上習(xí)慣將計算結(jié)果用圖形方式表示， 以頻率f為橫坐標(biāo)，X(f)的實(shí)部成，)和 虛部 契丁)為縱坐標(biāo)畫圖，稱為時頻一虛頻譜圖；以頻率 f為橫坐標(biāo)，X(f)的 幅值月(丁)和相位伊GO為縱坐標(biāo)畫圖，則稱為幅值一相位譜 附：軟件介紹機(jī)械工程測試實(shí)驗(yàn)程序是以 LabVIEW為平臺開發(fā)的虛擬儀器軟件，程序包含了信號分析、信號合成、采樣定理、窗函數(shù)、相關(guān)分析等子程序程序可以按照設(shè)定的信號類型、頻率、相位等參數(shù)生成仿真信號，并可以對生成的信號進(jìn)行頻譜分析、信號合成、濾波等操作波形可以通過顯示窗口中呈現(xiàn)出來 （如圖1-1所示）時域信與圖1-1波形顯示縮放的操作坊法在顯示窗口中的工具欄 +I回駟I,可以對窗口中的波形現(xiàn)實(shí)進(jìn)行調(diào)整。
1眄?拖動工具：用來對波形進(jìn)行拖動;2國縮放工具：來實(shí)現(xiàn)對波形的多種形式的縮放,此包才^圖1-2所示的選擇項(xiàng)矩形區(qū)域縮放：實(shí)現(xiàn)對選定區(qū)域放大;X軸縮放：對選區(qū)域沿橫坐標(biāo)放大;Y軸縮放：對選區(qū)域沿縱坐標(biāo)放大;圖1-2圖！自適應(yīng)縮放：將波形在XY軸上自動縮放至窗口大小3 . 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 分析典型信號的幅值譜特性；2. 分析合成信號的頻譜特點(diǎn)；4 . 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1. 計算機(jī) 2. 機(jī)械工程測試實(shí)驗(yàn)軟件五、實(shí)驗(yàn)步驟：一 、打開“機(jī)械工程測試實(shí)驗(yàn)”程序，選擇進(jìn)入“信號分析”子程序1. 設(shè)置一個周期信號的頻率、幅值、相位等參數(shù)，調(diào)整信號顯示縮放，分析典型信號的幅值和頻率，記錄數(shù)據(jù)并填寫表 1-1 2．在非周期信號面板中選擇不同的信號，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，調(diào)整信號顯示縮放，觀察記錄不同信號的頻譜，記錄數(shù)據(jù)并填寫表 1-2 3．觀察噪聲的頻域特點(diǎn)二、打開“信號合成”子程序，設(shè)置濾波器為 off ，設(shè)置白噪聲幅值為 02. 設(shè)置信號 1 和信號 2 為同頻、不同相位的正弦波，觀察驗(yàn)證合成信號的幅值和相位3. 兩個頻率接近、振幅不等的正弦信號迭加就會形成“拍振” 設(shè)置信號1 和信號 2 為頻率相近的正弦波，觀察合成信號的特點(diǎn)，并記錄數(shù)據(jù)和波形填寫表 1-3 。
4. 設(shè)置信號 1 和信號 2 為不同類型信號，觀察合成信號頻譜的特點(diǎn)，能夠從頻譜中看出合成信號的組成實(shí)驗(yàn)報告姓名 班級 時間 同組者一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)設(shè)備三、預(yù)習(xí)作業(yè)1簡述信號分類2寫出信號：方波、三角波、鋸齒波、 Sin( cot) x e(-at)的傅立葉級數(shù)展開式3推導(dǎo)下列公式(1)積化和差 AX sin( wt) x(3-sin(10 兀 t))(2)和差化積 A x sin(⑴ it+ 小 1)+ A 2 x sin(⑴ 2t+ (|)2)四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表1-1典型周期信號頻譜數(shù)據(jù)信號正弦波三角波鋸齒波方波頻率幅值相位占空比：峰值頻率幅值頻率幅值頻率幅值頻率幅值123456 表1-2非周期確定性信號的頻譜數(shù)據(jù)信號Ax sin( 3t) x(3-sin(10 無 t))Sin( 3t) xe(-at)頻率幅值峰值頻率幅值頻率幅值頻率幅值1234表1-3 “拍振”數(shù)據(jù)及波形頻率幅值信號1信號2合成信號合成信號波形總結(jié)周期信號、非周期確定性信號、非周期確定性信號和白噪聲的頻譜特點(diǎn)?實(shí)驗(yàn)二 傳感器（電感式）性能測試實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性2、了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。
3、了解被測體的形狀和尺寸對電渦流傳感器位移特性的影響4、掌握電渦流傳感器的標(biāo)定方法二、實(shí)驗(yàn)儀器：CSY-2000傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺：渦流傳感器，渦流變換器，直流電源，測微頭，鐵測片，鋁測片，電壓表三、實(shí)驗(yàn)原理：如圖（1）:渦流傳感器測量原理圖渦流傳感器渦流變換器電壓表測片通過高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)， 因此可以進(jìn)行位移測量渦流效應(yīng)與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料就會有 不同的性能 電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，由于被測體的形狀、大小不同，會導(dǎo)致被測 體上渦流效應(yīng)的不充分，會減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應(yīng)，因此影響電渦流傳感器 的靜態(tài)特性，所以在實(shí)際測量中，往往必須針對具體的被測體進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)四、實(shí)驗(yàn)步驟:1、在測微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體2、觀察渦流傳感器的結(jié)構(gòu)， 根據(jù)圖2-2所示，安裝電渦流傳感器和測微頭圖2-2電渦流傳感器安裝示意圖3、根據(jù)圖2-3所示，將電渦流傳感器輸出線接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有 L的兩端插孔中，作為振蕩器的一個元件4、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆?Vo與數(shù)顯單元輸入端 Vi相接。
數(shù)顯表量程切換開關(guān) 選擇電壓20V檔5、用連結(jié)導(dǎo)線從主控臺接入 15V直流電源接到模板上標(biāo)有+ 15V的插孔中接主控箱電源輸出+15v圖2— 3電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖接主控箱數(shù)顯表6、開啟主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)測微頭使鐵測片與傳感器線圈端部接觸，此 時電壓表讀數(shù)為 0,記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔 0.25mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹梗ɑ蚓€性嚴(yán)重破壞為止） 將結(jié)果記入表2-17、關(guān)斷電源，將測微頭復(fù)原，在測微頭端部裝上面積大鋁測片，接通電源，調(diào)節(jié)傳感器使之與鋁測片接觸，此時電壓表讀數(shù)為 0旋轉(zhuǎn)測微頭，改變傳感器與被測體的距離，每隔 0.25mm讀電壓表讀數(shù)，記入數(shù)據(jù)表格 2-1 ,直到 線性嚴(yán)重破壞為止8、關(guān)斷電源，將測微頭復(fù)原，在測微頭端部裝上面積小鋁測片，接通電源，調(diào)節(jié)傳感器使之與鋁測片接觸，此時電壓表讀數(shù)為 0旋轉(zhuǎn)測微頭，改變傳感器與被測體的距離，每隔 0.25mm讀電壓表讀數(shù)，記入數(shù)據(jù)表格 2-1 ,直到 線性嚴(yán)重破壞為止9、關(guān)閉電源，拆下連接導(dǎo)線、渦流傳感器、測微頭，將實(shí)驗(yàn)?zāi)K放入實(shí)驗(yàn)臺內(nèi)1 9五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理:1、數(shù)據(jù)記錄見下表：表2-1位 移X(mm)00.250.500.751.001.251.501.752.00V鐵（V）V 鋁（V）V鋁小位 移X(mm)2.252.502.753.003.253.503.754.004.25V鐵（V）V 鋁（V）V鋁小位移X(mm)4.504.755.005.255.505.756.006.256.50V 鐵（V）V 鋁(V)V鋁小2、數(shù)據(jù)處理：以位移為橫坐標(biāo)，V鐵（V鋁）為縱坐標(biāo)，在同一坐標(biāo)系上作出 V鐵-X曲線，V鋁-X曲線，V鋁小-X曲線。
如圖2-4 : V錢16151413121110987654321:（車\v呂))0 1 2 3 4 5 X（mm）圖2-4 V鐵（鋁）---X曲線(1) 從曲線上找出渦流傳感器的線性工作范圍線性工作范圍為：X鐵=至mmX鋁=至mm；X鋁小= 至 mm(2)求線性范圍的靈敏度 S鐵，S鋁線性范圍的靈敏度為： S鐵= V/mm ;S 鋁= V/mmS鋁小= V/mm(3) 用端點(diǎn)法作出擬和曲線，求出線性度 8 L (僅限鐵測片)線性度SL(鐵)= (4) 確定渦流傳感器的最佳工作點(diǎn)(即用渦流傳感器測振動時，渦流傳感器離被測體的最佳距離為多少渦流傳感器的最佳工作點(diǎn)為： 8鐵0= mm8 鋁 0 = mm9 鋁/」、0 = mm3、分析討論(1)被測體材料對渦流傳感器工作特性有何影響？答：(2)被測體材面積對渦流傳感器工作特性有何影響？答：3） 、 電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)， 如果需要測量 5mm 的量程應(yīng)如何設(shè)計傳感器？（ 4） 、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測量時，如何根據(jù)量程使用選用傳感器5） 、當(dāng)被測體為非金屬材料如何利用電渦流傳感器進(jìn)行測試？6） 6） 、目前現(xiàn)有一個直徑為 10mm 的電渦流傳感器，需對一個軸直徑為8mm 的振動進(jìn)行測量？試說明具體的測試方法與操作步驟。
實(shí)驗(yàn)三濾波器特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握動態(tài)特性的含義及其測量方法2、以RC濾波器為例掌握濾波器特性的測試方法3、明確RC濾波器各有關(guān)參數(shù)的含義及確定方法二、實(shí)驗(yàn)儀器：EGC-3230型數(shù)字信號發(fā)生器額， YE3790型高、低通組合濾波器，TD1914c交流毫伏表，導(dǎo)線若干三、實(shí)驗(yàn)原理：如圖：R1ex ci-p eyC2ex8 3-1.低通油械器a3-2.高道2濃暑ey圖3-3 、帶立濾/穩(wěn)交流毫伏表BE日BE日直通/濾波圖3-4、測試系統(tǒng)原理圖圖3-1、圖3-2、圖3-3分別為低通、高通、帶通濾波器的原理圖如圖3-4，信號發(fā)生器的輸出接到濾波器的輸入端，濾波器的輸出端接交流毫伏表，當(dāng)直通/濾波開關(guān)接通時，用毫伏表測量濾波器的輸入電壓，當(dāng)直通 /濾波開關(guān)斷開時，用毫伏表測量濾波器的輸出電壓；確定輸出電壓和輸入電壓的比值與輸入信號頻率的函數(shù)關(guān)系，即為濾波器的頻率特性，從頻率特性曲線上可以確定濾波器的各個參數(shù)四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、選擇低通濾波器，將理論截至頻率旋鈕轉(zhuǎn)到合適位置，并記下截至頻率值2、將毫伏表量程選擇開關(guān)打在 1V檔4、將信號發(fā)生器的頻率調(diào)到 20Hz,輸出電壓調(diào)到0V,信號發(fā)生器的輸出 端接到低通濾波器的輸入端，低通濾波器的輸出端接到毫伏表上。
5、接通電源，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出電壓，用毫伏表測濾波器的輸入電壓，使毫伏表的讀數(shù)為 0.8V左右6、逐級改變信號發(fā)生器的頻率，在毫伏表上逐次讀取各頻率下濾波器的輸入和輸出電壓將數(shù)據(jù)填入表格 3-17、將信號發(fā)生器的頻率調(diào)回 20HZ,輸出電壓調(diào)到0V,關(guān)閉電源8、 選擇高通濾波器，將理論截至頻率旋鈕轉(zhuǎn)到合適位置，并記下截至頻率值信號發(fā)生器的輸出端接到高通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端接到毫伏表上9、 重復(fù)步驟 4、 5、 6 將數(shù)據(jù)填入表格 3-2 10、將低通濾波器的輸出接至高通濾波器的輸入端，保持原低通濾波器、高通濾波器的截至頻率不變，并記下截至頻率值信號發(fā)生器的輸出端接到低通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端接到毫伏表上11、重復(fù)步驟 4、 5、 6將數(shù)據(jù)填入表格 3-3 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：1、 數(shù)據(jù)記錄見表格 3-1 、 3-2 、 3-3：2、數(shù)據(jù)處理：以輸入頻率為橫坐標(biāo)， 以輸出 /輸入幅值比為縱坐標(biāo)， 分別作出三種濾波器的幅頻特性曲線見下圖 3-5、 3-6、 3-7 ：3、分析討論：（ 1）從低、高通濾波器特性曲線上找出其相應(yīng)的截止頻率（在曲線上標(biāo)出） ，并與理論值比較。
低通濾波器的上截止頻率：測試值 fc2=理論值 fc ’ 2=誤差8 2=高通濾波器的上截止頻率：測試值 fc1 =理論值 fc ’1 =誤差8 1 =2）帶通濾波器特性曲線上找出帶通濾波器的上、下截止頻率（在曲線上標(biāo)出） ，確定帶通濾波器的帶寬、中心頻率及倍頻程選擇性帶通濾波器的下截止頻率測試值 fc1 =上截止頻率測試值 fc2 =帶通濾波器的帶寬 B =中心頻率 f0 =倍頻程選擇性 =表格3-1 :低通濾波器理論截至頻率 輸入頻率 (Hz)輸入幅值(V)輸出幅值(V)輸出、輸入 幅值比2030406080100200300400500600700800100020003000600080001 10表格3-3:帶通濾波器理論截至頻率 輸入頻率 (Hz)輸入幅值(V)輸出幅值(V)輸出、輸入 幅值比203040608010020030040050060070080010002000300060008000 理論截至頻率 輸入頻率 (Hz)輸入幅值(V)輸出幅值(V)輸出、輸入 幅值比2030406080100200300400500600700800100020003000600080002 14幅頻特性1 F 1 1 V 1 1 1 1 F 1 11111rl1 口 I I 1 1 1 1 1 1n 1 ? 1 is ill 1 h i is m i i i = =- - W-— ——i--1 1 1 1 1 1 H 1-4 T T 4- IIII(He)1020 30 50 100 200500 1000 2000 5000 10k圖3-6、 高通濾波器幅頻特性曲線1幅頻特性i0.90.8070.60.50.4030.2OJ0 jr~l 一出|i p Lf FT■一 i p — —r —r —"T-P 1 1 l k| ,> | ^― 1 II 1 II II III 1 II 1 II l|l 1 1 1 1 1 1 II 1 1 II J 1 1_■ r n. 11_ 1 _L U_ 1 1 1 1 J- ■ J. J_ I r II ■_ ■ JL _1* III1iI 1B- L J 1[||i- LP-LliViiiiJl」J_ 1 Kill1 J 1 L -- IIIII 1 1 11一 一一一 一 一lN 1 IIN1 1— k——N 1_IIN1 1 1 1 1- X X -1 .1 Jl 1 1 1 1 1-LJj-LJL--1 1 1 1 iI I III——」 ——11 i iI1I ■ J1B11I 4 1 1L_ J.」」」_ 1 1 1 1-L J J J. d il I 1 1 I l II1一 1 i ih llll ? 一h I I 1 I li1IIfl III 1i 1 III 1r 一 ?i i| I iil il I l41I1? ■ ■ 一 - 0 .1「L L「1一4—[|1 r— r rI r a !!■■■一1Il ■ ■ L ■!!\P l) =IT l> r r h ?齊 h-h i>Kill Illi 111 r ~ ~ iiii T -r t r iiii 十寸寸尸■■ llil4 4 4 k ^ IIIIV1 1] |l1? ?HII |l|lL L Ili-- F-=l |i|i11 1 I 1 I1 1 f H fT I T I T * " 1 1 1 1 1n t t n t t1 1 1 1 1?伸嘈T寸帶’? ■1 1 1 4 11 1 1 1 1a ■ ■ n bN1I■ ■ 1 ■ ■ ■ 11? . T — ? iI1 ? —r -1 ? 1 —「■1三一k - 11 il 1 1 14 11* T 1 11 1 1 1L IT I F 丁Il II 1 1?中 T，+= 14 114. -4 -j 4 1 il 1 1頻率 (Hz)10 2030 50100200500 100020005000 10k圖3-7、 帶通濾波器幅頻特性曲線實(shí)驗(yàn)四 靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 單臂電橋、半橋、全橋性能測試及比較實(shí)驗(yàn)2、 直流全橋的應(yīng)用 --- 電子秤實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋、半橋和全橋的工作原理和性能。
2、比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，了解其特點(diǎn)3、了解應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定三、實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：AR/R= K 式中A R/R為電阻絲電阻相對變化， K為應(yīng)變靈敏系數(shù)e = A l/l為電阻絲長度相對變化金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)變化，電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)對單臂電橋，只有一只應(yīng)變片作為一個橋臂，其橋路輸出電壓Uoi= EK /4 o不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊就構(gòu)成了半橋橋路，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓 Uo2= EK e /2全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：Ri=R2=R3=R4,其變化值 ARi= AR2=AR3= AR4時，其橋路輸出電壓Uo3=KE S其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 ：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器－電子秤、砝碼、數(shù)顯表、 15V 電源、 4V 電源、萬用表（自備） 。
五、實(shí)驗(yàn)步驟 ：1 、根據(jù)圖（ 4－ 1 ）應(yīng)變式傳感器（電子秤）已裝于應(yīng)變傳感器模板上傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的 R1 、 R2、 R3、 R4 加熱絲也接于模板上，可用萬用表進(jìn)行測量判別， Ri=R2=R3=R4= 350Q ,加熱絲阻值為 50Q左右2、接入模板電源 15V （從主控臺引入） ，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，3、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器 RW3 順時針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進(jìn)行差動放大器調(diào)零，方法為將差放的正負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控臺面板上數(shù)顯表輸入端 Vi相連，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器 RW4,使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到 2V 檔） 關(guān)閉主控箱電源（注意：當(dāng) Rw3、 Rw42 9的位置一旦確定，就不能改變一直到做完實(shí)驗(yàn)為止）圖4 - 1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖0 加燃器接主控箱接數(shù)顯表 電源輸出 %地應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０錜W4圖4- 2應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖4、如圖4—2所示，將應(yīng)變式傳感器的其中一個電阻應(yīng)變片 Ri （即模板左上方的Ri）接入電橋作為一個橋臂與 R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器 Rwi,接上橋路電源土 4V （從主控臺引入）。
檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān) 調(diào)節(jié)Rwi,使數(shù)顯表顯示為零5、在電子稱上放置一只祛碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加祛碼和讀取相應(yīng) 的數(shù)顯表值，直到 200g （或500 g）祛碼加完記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 4 — 1,關(guān)閉電源，取出祛碼圖4-3應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒?yàn)接線圖0 0加熱器接主控箱電源輸出接數(shù)顯表：Vi地M 0 3 0R3O目R20 Ha 0RIQ E- o6、根據(jù)圖4—3接線Ri、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意 R2應(yīng)和Ri受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊接通電源，接入橋路電源 4V,調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電 位器Rwi進(jìn)行橋路調(diào)零，使數(shù)顯表顯示為零7、在電子稱上放置一只祛碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加祛碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到 200g （或500 g）祛碼加完記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 4 — 2,關(guān)閉電源，取出祛碼若實(shí)驗(yàn)時無數(shù)值顯示說明 R2與Ri為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換另一個應(yīng)變片一 棱主控箱 接主控箱接數(shù)顯表映R2Q歸0 加RlQE o_電源輸出 電源輸出 Vi地圖4-4全橋性能實(shí)驗(yàn)接線圖8、根據(jù)圖4—4接線Ri、R2 R3> R+為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)吔M成全橋， 接通電源，接入橋路電源土 4V ,調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 Rwi進(jìn)行橋路調(diào)零，使數(shù)顯表顯示為零。
9、在電子稱上放置一只祛碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加祛碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到 200g （或500 g）祛碼加完記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 4 — 3,關(guān)閉電源，取出祛碼六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、數(shù)據(jù)記錄見下表表格4-1單臂測量時，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)表格4-2半橋測量時，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)表格4-3全橋測量時，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv) 2、數(shù)據(jù)處理在同一坐標(biāo)系下畫出單臂、半橋、全橋的重量與輸出電壓的關(guān)系曲線 m—V曲線如圖4-50 1 2 3 4 5 m(g)圖4-5 直流電橋性能曲線 m-V曲線(1)根據(jù)圖4-5曲線，計算系統(tǒng)靈敏度 S= A U/A W( AU輸出電壓變化量,A W重量變化量)S單臂二 S半橋= S全橋= （2）根據(jù)圖4-5曲線，計算系統(tǒng)非線性誤差 Sfi = Am/yF..s X 100%式中Am為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差： yF-s滿量程輸出平均值，此處為 200g （或500g）8 fi單臂= 8 fi半橋= 8 fi全橋= 3、分析討論（1）、根據(jù)單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較單臂、半橋、全橋的性能并闡述理由。
2）、單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用： （1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以 答案（ ）（3）、半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在： （1）對邊（2）鄰邊答案（ ）（4）、橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因?yàn)椋?（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零答案（ ）（5）、全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（ R1、R3為對邊）電阻值 R相同時，即 R1 =R3, R2=R4,而R1WR2時，是否可以組成全橋： （1）可以（2）不可以答案（（6）、某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖4-6,如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻試畫出橋路圖4-6應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖3 12(7) 、 溫度對應(yīng)變片測試系統(tǒng)有何影響？金屬箔式應(yīng)變片溫度影響有哪些消除方法？(8) 、試根據(jù)全橋測量電路及結(jié)果，設(shè)計一電子秤，要求托盤上放上不同砝碼數(shù)顯表能顯示不同的重量說明設(shè)計原理和步驟實(shí)驗(yàn)五 動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解利用交流電橋測量動態(tài)應(yīng)變參數(shù)的原理與方法。
2、了解交流全橋在振動測量中的應(yīng)用三、實(shí)驗(yàn)原理：對于交流應(yīng)變信號用交流電橋測量時，橋路輸出的波形為一調(diào)制波，不能直接顯示其應(yīng)變值，只有通過移相檢波和濾波電路后才能得到變化的應(yīng)變信號，此信號可以從示波器或用交流電壓表讀得對懸臂梁輸入一正弦信號，使其振動，改變正弦信號的幅值，懸臂梁的振動位移發(fā)生變化，交流電橋的輸出電壓也發(fā)生變化，用渦流傳感器測量懸臂梁的振動位移，以振動位移為橫坐標(biāo)，電橋輸出電壓為縱坐標(biāo)，做出交流電橋的性能曲線對懸臂梁輸入一正弦信號，使其振動，改變正弦信號的頻率，懸臂梁的振動位移和頻率都發(fā)生變化，交流電橋的輸出電壓也發(fā)生變化，以振動頻率為橫坐標(biāo)，振動位移為縱坐標(biāo)，做出懸臂梁的振動曲線，確定懸臂梁的固有頻率三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 ：CSY-2000 傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺：音頻振蕩器、低頻振蕩器、振動源、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、相敏檢波器模板、渦流傳感器，渦流放大模塊，毫伏表（自備） ，雙綜示波器（自備） 、萬用表（自備）四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、模塊上的傳感器不用，改為振動梁的應(yīng)變片，即臺面上的應(yīng)變輸出2、將臺面三源板上的應(yīng)變插座用連接線插入應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳弦蛘駝恿荷系乃钠瑧?yīng)變片已組成全橋，引出線為四芯線，因此可直接接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迕嫔弦崖?lián)成電橋的四個插孔上。
接線時應(yīng)注意連接線上每個插頭的意義，對角線的阻值為 350 Q ,若二組對角線阻值均為 350 Q則接法正確（萬用表測量） 3、根據(jù)圖 5－ 1 ，接好交流電橋調(diào)平衡電路及系統(tǒng)， R8、 Rw1、 C、 Rw2 為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將音頻振蕩器的頻率調(diào)節(jié)到 1KHz左右，幅度調(diào)節(jié)到10Vp-p （頻率可用數(shù)顯表 Fin監(jiān)測，幅度用示波器監(jiān)測）4、如圖 5-2 ，將渦流傳感器裝入振動臺（圓盤）上，并接好渦流放大模塊，渦流放大模塊的輸出端接毫伏表，調(diào)節(jié)渦流傳感器與振動臺（圓盤）的位置，使其處于最佳工作點(diǎn) （振動臺面為鋁材料） 5、將低頻振蕩器輸出接入振動臺激勵源插孔，調(diào)低頻輸出幅度，將低頻振蕩器頻率調(diào)至 8Hz （低頻輸出端接入數(shù)顯單元的 Fin ，把數(shù)顯表的切換開關(guān)打到頻率檔監(jiān)測低頻頻率） ，使振動臺（圓盤）明顯感到振動器 Lv&KH/接地加熱器接至控箱也源輸出 示波器L.移相游V1 5 KHz (Li)Vo相敏檢波器低通濾波器Vo0102J1V1■D-AC DC圖5—1應(yīng)變片振動測量實(shí)驗(yàn)接線圖接主控箱電源輸出O-15VO+15v6、固定低頻振蕩器頻率鈕旋位置不變，調(diào)節(jié)低頻輸出幅度，用毫伏表記錄 渦流傳感器的輸出電壓值，用示波器讀出幅值改變時電橋模塊上低通濾 波器輸出Vo的電壓峰一峰值，填入表 5—1。
7、將低頻信號的幅值和頻率調(diào)至最小，關(guān)閉電源，卸掉渦流傳感器、渦流 放大模塊后，開啟電源8、適當(dāng)調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度和頻率，使振動臺明顯振動，固定低頻振蕩器 幅度鈕旋位置不變，低頻輸出端接入數(shù)顯單元的 Fin,把數(shù)顯表的切換開關(guān)打到頻率檔監(jiān)測低頻頻率，調(diào)節(jié)低頻頻率，用示波器讀出頻率改變時低通濾波器輸出 Vo的電壓峰—峰值，填入表 5—2工作平臺圖5 —2渦流傳感器振動測量安裝圖五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、數(shù)據(jù)記錄見下表表5-1V渦流(V)Vo(P-P)振動位移(mm)表5-2f(Hz)Vo(P-P)振動位移(mm)2、數(shù)據(jù)處理(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果(渦流傳感器的靈敏度，測量材料為鋁)求出振動 位移，填入表格5-1中，做出交流全橋性能曲線(交流全橋輸出電壓與位移 的關(guān)系曲線)如圖5-3,V全橋0 1 2 3 4 5 X(mm)圖5-3交流全橋性能曲線 X-V曲線求出交流全橋的靈敏度 S= (2)根據(jù)交流全橋的靈敏度 S,求出懸臂梁在不同頻率下的振動位移， 填入表格5-2中，做出懸臂梁的振動位移與振動頻率曲線，如圖 5-4從曲線中得到懸臂梁的共振頻率為 HZX位移3、分析討論1、在交流電橋測量中，對音頻振蕩器頻率和被測梁振動頻率之間有什么要求？2、請歸納直流電橋和交流電橋的特點(diǎn)?病變片懸瞥梁激振器小結(jié):電阻應(yīng)變式傳感器從 1938年開始使用到目前，仍然是當(dāng)前稱重測力的主要工具，電阻應(yīng)變式傳感器最高精度可達(dá)萬分之一甚至更高，電阻應(yīng)變片、絲, 除直接用以測量機(jī)械、儀器及工程結(jié)構(gòu)等的應(yīng)變外，主要是與種種形式的彈性 體相配合，組成各種傳感器和測試系統(tǒng)。
如稱重、壓力、扭矩、位移、加速度 等傳感器，常見的應(yīng)用場合如各種商用電子稱、皮帶稱、吊鉤稱、高爐配料系 統(tǒng)、汽車衡、軌道衡等附移相器和相敏檢波器電路原理圖4 9-15V Q圖5 —6移相器電路原理圖圖5—7相敏檢波器的電路原理圖實(shí)驗(yàn)六梁的固有頻率測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解構(gòu)件正弦激振實(shí)驗(yàn)的基本方法2、了解壓電傳感器測量振動的原理和方法3、了解構(gòu)件一階固有頻率的測定方法二、實(shí)驗(yàn)儀器CSY2000型傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺：振動臺、低頻信號發(fā)生器， 電磁激振器，直流電源，壓電傳感器、檢波、移相、低通濾波器模板、壓電式傳 感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０搴练?，雙蹤示波器三、實(shí)驗(yàn)原理具有粘性阻尼單自由度系統(tǒng)，強(qiáng)迫振動下的基本關(guān)系運(yùn)動微分方程式mx(t) cx(t) kx(t) = f (t)對正弦激振法 f(t)=F sin t則有：mx(t) cx⑴ kx(t)= F sin t該微分方程的年t定解為： x(t)= x sin( t )2 —=-arctg -n—2 、21- 上【切n )K 十八C 十八『 一COn=一 系統(tǒng)固有頻率， , 系統(tǒng)阻尼率m . 2km以:為參數(shù)得7 — 6和中一s的關(guān)系分別如圖6-1所示:從圖可知，在 8=GOn附近X出現(xiàn)峰值，^ = ~~,當(dāng)頻率有微小2增減時，振幅X都有明顯減小，這稱共振現(xiàn)象。
通過正弦激勵法作出梁的X— 3曲線，振幅峰值較大的點(diǎn)即為梁的一階固有頻率在共振點(diǎn)前后相位發(fā)生急劇變化，當(dāng)阻尼率 = 0時，理論上振幅值等于無窮大當(dāng) 之增加時，振幅峰值明顯減小所以， 亡可根據(jù)頻響曲線按下式近似求得：巴,其中也切見圖6-2:X(oj)圖6-2 阻尼比求法壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成 （觀察實(shí)驗(yàn)用壓電加速度計結(jié)構(gòu)）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動加速度的表面電荷，經(jīng)電荷放大器放大轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按圖6-3連接測試系統(tǒng) 本物胤M 解K輕握刑一皿 ，目， ? ■-圖6-3梁的固有頻率測試系統(tǒng)圖低頻信號發(fā)生器輸出接振動源，壓電加速度計的輸出接電荷放大模塊，電荷放大模塊的輸出接毫伏表壓電放大模塊電路圖如圖 6-42、接通儀器電源，逐漸加大低頻信號源的輸出，使得毫伏表的輸出電壓約為10mv3、由低向高逐漸改變信號發(fā)生器的頻率（注意在各頻率下，稍停一會兒，以 便構(gòu)件進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，并記下毫伏表相應(yīng)的電壓值（正比于振動幅值） 記入表格6-1a、頻率范圍為 2HZ—20HZ。
b、每次頻率間隔，視電壓變化而定，示值變化緩慢頻率間隔可大，示 值變化急劇時，應(yīng)縮小間隔c、當(dāng)f超過8HZ時，為便于讀數(shù)，應(yīng)將毫伏表電壓檔置于 30mv檔d、在第一階峰值處，要仔細(xì)掃頻，找出振幅（電壓）最大的頻率，可 近似作為一階的固有頻率11 接主控箱電源輸出接低通濾波器圖6-4 電荷放大模塊接線圖五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：1、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格 6-12、作出梁的頻響曲線見圖 6-5:fi二(3、由頻響曲線確定梁的一階固有頻率為：)Hz , 表格6-1 :激振頻率f (HZ)2456789振幅X ( mv)激振頻率f (HZ)10111213141516振幅X ( mv)激振頻率f (HZ)17181920振幅X ( mv)頻率 (Hz)6 7 S 9 10 12 14 16 1g 20圖6-5梁的頻響曲線實(shí)驗(yàn)七 傳感器應(yīng)用 轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用2、 了解磁電式測量轉(zhuǎn)速的原理3、 了解光電轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理及方法4、 比較各種轉(zhuǎn)度測量的優(yōu)缺點(diǎn)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力2、 實(shí)驗(yàn)儀器CSY— 2000 型傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、磁電式速度傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器、直流源＋ 5V 、轉(zhuǎn)動源 2－ 24V 、轉(zhuǎn)動源單元、數(shù)顯單元的轉(zhuǎn)速顯示部分。
3、 實(shí)驗(yàn)原理1、對于霍爾傳感器，利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式： Uh=KhIB,當(dāng)被測圓盤上裝上 N 只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化 N 次每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速2、對于磁電傳感器，基于電磁感應(yīng)原理， N 匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應(yīng)電勢發(fā)生變化， 因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入 N 個磁棒時，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生 N 次的變化，通過放大、整形和計數(shù)等電路即可以測量轉(zhuǎn)速3、對于光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源在轉(zhuǎn)盤上反射后由光電池接受轉(zhuǎn)換成電信號，由于轉(zhuǎn)盤上有相間的 16 個間隔，轉(zhuǎn)動時將獲得與轉(zhuǎn)速及黑白間隔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖7-1,將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上，探頭對準(zhǔn)反射面內(nèi)的磁鋼霍爾.磁電.光電VX 電機(jī)轉(zhuǎn)圖5 —4霍爾、光電、磁電轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖2、將5V直流源加于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的電源端（ 1號接線端）3、將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出端（2號接線端）插入數(shù)顯單元 Fin端，3號接線 端接地4、將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中的+ 2V —24V轉(zhuǎn)速電源接入三源板的轉(zhuǎn)動電源插孔中。
合 上主控箱電開關(guān)，使轉(zhuǎn)速電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)5、將數(shù)顯單元上的開關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔調(diào)節(jié)電壓（每隔 2V）,使轉(zhuǎn)動速度變 化，用電壓表記錄電壓值，觀察數(shù)顯表轉(zhuǎn)速顯示的變化，并記錄電壓值 和轉(zhuǎn)速值6、關(guān)閉電源，根據(jù)圖 7-1,將磁電轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上，探頭對 準(zhǔn)反射面內(nèi)的磁鋼7、啟動電源，重復(fù)步驟 2, 3, 4, 58、關(guān)閉電源，根據(jù)圖 7-1,將光電轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上9、啟動電源，重復(fù)步驟 2, 3, 4, 5四、數(shù)據(jù)記錄及處理1、數(shù)據(jù)記錄見表格 7-1電壓（V）24681012141618202224轉(zhuǎn)速rpm（霍爾）。
