测试技术实验指导

机械工程测试技术基础实验指导书廖平 滕照煦 编著中南大学机电工程学院机械电子工程系2005 年 4 月实验一电阻应变片的粘贴及工艺一、实验目的通过电阻应变片的粘贴实验，了解电阻应变片的粘贴工艺和检查方法及应变片在测试中 的作用，培养学生的动手能力。二、实验原理电阻应变片实质是一种传感器，它是被测试件粘贴应变片后在外载的作用下， 其电阻丝 栅发生变形阻值发生变化， 通过阻桥与静动态应变仪相连接可测出应变大小， 从而可计算出 应力大小和变化的趋势，为分析受力试件提供科学的理论依据 三、实验仪器及材料QJ 24型电桥、万用表、兆欧表、电烙铁、焊锡、镊子、502胶、丙酮或酒精、连接导线、防潮材料、棉花、砂纸、应变片、连接片。四、实验步骤1、确定贴片位置本实验是在一梁片上粘贴四块电阻应变片，如图所示：/R1 _ R31P1/R2R4/R1（R2）R3（R4）2、选片1）种类及规格选择应变片有高温和常温之分，规格有3x5, 2x4，基底有胶基箔式和纸基箔式。常用是 3*5 胶基箔式。2）阻值选择：阻值有120欧，240欧,359欧，500欧等，常用的为 120欧。3）电阻应变片的检查a。外观检查，用肉眼观察电阻应变是否断丝，表面是否损坏等b阻值检查：用电桥测量各片的阻值为配组组桥准备。4）配组电桥平衡条件：Ri*R3 = R2*R 4 电桥的邻臂阻值小于 0.2欧。一组误差小于0.2%。在测试中尽量选择相同阻值应变 片组桥。3.试件表面处理1）打磨，先粗打磨，后精细打磨a。机械打磨,如砂轮机b。手工打磨,如砂纸打磨面积应大于应变片面积2倍，表面质量为Ra = 3。2um。应成45度交叉打磨因为这样便于胶水的沉积。2）清洁表面用棉花粘积丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干净为止。3）粘贴涂上502胶后在电阻应变片上覆盖一薄塑料模并加压，注意电阻应变片的正反面。反面涂胶，而正面不涂胶。应变片贴好后接着贴连接片4）组桥：根据要求可组半桥或全桥。5）检查。用万用表量是否断路或开路，用兆欧表量应变片与被测试件的绝缘电阻，静态测试中应大于 100M欧，动态测试中应大于 50M欧6）密封为了防止电阻应变被破坏和受潮，一般用AB胶覆盖在应变片上起到密封和保护作用为将来长期监测做好准备。实验二静态应变测量一、实验目的1通过实验掌握静态应变测量方法2. 熟悉静态应变仪的使用方法3. 学会静态应变测量数据处理方法二、实验仪器1. TS3861型静态应变仪静态应变仪2. 等强度梁3. 加载杆4. 砝码三、TS3861型静态应变仪 静态应变仪简介1 .特点TS3861型静态应变仪是一种装有微处理芯片的数字式应变仪，通过RS232串口与计算机通讯，在Win95/98/xp操作系统平台上运行。一台计算机可控制多台应 变仪,实现自动监测，图表显示,计算绘图，文件处理等多项功能亦可脱机操作， 单台使用该仪器可广泛应用于机械、土建、车辆、船舶、铁路、桥梁、港口、堤坝等工程领域对结构应力的测量分析。其外形见下图本机具有如下特点: 硬件部分恒流激励，无非线性误差。电子开关切换，体积小，重量轻，可靠性高。数字显示通道号，初始值，应变值.自动平衡。高阶低通滤波器抗干扰能力强。采用金属接线柱接线，性能可靠，使用方便 软件部分中文 Win95/98/2k/XP菜单操作系统 12点棒图，数字监视图，X 丫监视图,T 丫监视图 定时测量，数字比较器测量数据打印，应变花计算2技术指标1）测点 数：每台12点，RS232串口级联可扩展至240点2）桥路形式：半桥（公共补偿片），半桥,全桥3）桥路激励：恒流源18mA4）桥路电阻：1200350 Q, 500Q, 1000Q5）测量范围：土 19999卩&6） 误差：土 0.3% 2 字7）平衡方式平衡范围：土 19999卩&平衡模式：初始值记忆，自动扣除9）灵敏系数：1.009.9910）采样速率：2点/秒11）稳定度：土3卩& /2h. 1卩& / C12）接 口： RS232串行接口13）工作环境：040 C ;20 85%RH14） 尺寸: 264（宽）,63（高），220（深）mm不含突出部分）15）质 量：约3kg3工作原理本仪器由精密恒流源，多路切换开关，前置放大器，低通滤波器，A/D转换器, 单片机，显示电路，电源等部分组成见方框图。图1整机茁匡图图2本机桥路激励采用恒流源模式，电子开关切换测点，电路新颖，工作合理。图CDIERxRl#54 CONffi3图中R -切换开关等效电阻R 应变片引线电阻R应变片电阻I B恒定电流源在图3回路中，电流恒定不变，信号从C点输出.开关等效电阻R的影响被排 除，引线电阻R固定不变，对输出无影响，也无需长导线修正。只要测出兄即等 效了应变的测量。根据应变片原理in 1IE K由于采用恒流激励则1ARI1x. 1尸一LRKRIKuK由上式可见U和K为常数.只要测出厶U就可换算成相应的应变值，这里不 存在非线性误差。本仪器桥路平衡采用初值扣除的方法，测量前将每个测点桥路不平衡值即初 始值显示存贮，在随后测量中将该点初值扣除，实现了自动平衡的功能。为简化操作，本机仅用5只按钮实现通道选择，数据发送，初值显示，测量 值显示等基本功能，具有简单易学，使用方便。对于桥路形式，应变片阻值及灵 敏系数等使用频度较低的功能采用硬件方式，具有一目了然 ，不易出错的特点， 更适合教学实验使用。当使用计算机控制时，一切功能均由鼠标控制，具备虚拟 仪器的特点4面板功能桥路形式血优式16全桥半桥主机副机RS232肚址RS23222OV50Hi !.图5后面板1）测点显示器，显示当前测量通道 112CH.2）应变值显示器，显示各桥路初始值及被扣除后的实际应变值3）通道选择按钮。4）“自动”按钮，操作该键相应指示灯亮，请求向计算机发送数据，数据被接收 后该灯熄灭 .5）“初值 按钮，操作该键相应指示灯亮，显示该测点的初始值。6）“测量”按钮，操作该键相应指示灯亮，显示该测点的实际应变值.7）桥路电阻选择开关， 用于选择与应变片相对应的电阻值， 分四种 120，350,500 ，1000Q。8）灵敏系数开关，用于设置应变片的灵敏系数。9）桥路形式开关，用于选择半桥（公共补尝片 ） ，半桥，全桥。一旦选定所有测 点均为同一模式。10）地址选择开关 , 当多台仪器串联使用时 , 设定该仪器的地址号 .11）RS232接口用于和计算机通讯及另一台仪器的级联。12）保险丝座。13）接地开关。14 ）电源开关。15 ）电源插座。6 维护1 ）仪器使用后应罩上盖板 , 以防灰尘。2）仪器在移动时，注意做到小心轻放。3）仪器停用时应贮放在温度为20 10C温度80%下，不含腐蚀性气体的室内。4）仪器长期不用应每季通电一次， 并检查仪器工作是否正常 , 通电时历时一小时。四、试验步骤1全桥测量方式组桥及连线等强度梁上已贴好 4片应变片（R1、R2、R3、R4），已密封，按全桥方式组桥并连接在 TS3861型静态应变仪静态应变仪的第1通道接线端子上2. TS3861型静态应变仪设置1）确定桥路电阻根据应变片的阻值拨入相应的代码，“ 1”表示120Q，“2”表示350Q, “3” 表示 500Q , “4” 表示 1000Q。2）设置灵敏度系数 K对照应变片灵敏系数 （由应变片生产厂提供） 拨入相应的数值。 例如: 应变片 灵敏系数 K=2。 1，开关应设置为“ 210”。3）选择桥路形式为全桥 在后面板上选择桥路形式3. 显示初始值测点接线完毕， 按“初值”钮， 仪器显示该点桥路的初始值， 按通道选择钮， 使每个测点桥路的初始值都显示一遍 , 显示的同时也存贮各路初值。4. 测量按“测量钮, 未加信号时各测点应显示全零 , 仪器已将初值自动扣除，某测 点扣零后仍有数字， 可重复操作 4， 5 步使其显示在 2 字以内 , 若某测点开路 （ 未 接任何桥路或有断线 ） ，则仪器显示闪烁。5. 分别加 1kg、2kg、3kg、4kg、5kg 砝码对应读取应变值 , 并记录到实验报告表中6重复3, 4,5步骤3次，将应变值记录到实验报告表中实验报告一、数据记录将实测中的应变读数记录到下表中加载（kg）分次读数平均应 变理论计算值相对误差第一次第二次第三次12345二、计算1 根据等强度梁的尺寸，计算等强度梁在载荷下的理论应变值，并填入表理论 计算栏中。计算公式-6P2Lb E式中P载荷（N）E弹性模量，取 E 2 105N/mm2L 力的作用点到固定端的距离，取 L=200mmB-等强度量的宽度b=40mm-等强度梁的厚度,=6mm2 计算三次测量的平均应变值并填入表中实验三机械振动系统固有频率测量一、实验目的。以双简支梁为例，了解和掌握机械振动系统幅频特性曲线的测量方法以及如何 由幅频特性曲线得到系统的固有频率，了解测试仪器及软件的使用方法二、验仪器及原理机械振动综合实验装置（安装双简支梁） 1套 激振器 1个 信号发生及功率器 1台 加速度传感器 1只 电荷放大器 1台 信号采集卡 1个 计算机 1台三、实验方法及步骤1. 将激振器通过顶杆连接到双简支梁上 （注意确保顶杆与激振器的中心线在一 条直线上 ）,将信号及功率放大发生器的输出端与激振器相连接。2. 用磁铁将加速度传感器固定在双简支梁中心偏左50mm 处，并与电荷放大器输入端连接，电荷放大器输出端连接在信号采集卡接线端子的0 通道。3. 将质量块置于刻度 3位置 .4. 将信号及功率放大发生器的幅值旋钮调到最小， 打开所有仪器电源， 设置信 号及功率放大发生器输出频率为 20Hz,调节幅值旋钮逐渐增大输出功率直至 双简支梁有明显的振动。 注意：调节幅值旋钮时，当第 2 个指示灯亮时，必 须停止调节！以防止激振器损坏。5. 将信号及功率放大发生器输出频率由低向高逐步调节， 观测双简支梁的振动 情况，若振动过大则减小信号及功率放大发生器输出功率 .6. 运行教学实验软件，操作过程如下 :1）选择高速采集 - 中断采集菜单见下图斷寻抽上 sfte s：圧wpfe址ITVSid出P 脊雄J J 3tii- Kk . K. EIU4W(2)点击菜单后进入下图200541 戸口H：03:34!) J肚疋值* iti直I4OIdasaj拜mtJ=1UUS5店内；IH*0沁 厂 EivaM. r钟nsLs* rr睛吓刊舉（匡匡壬V 卒悴起评1注胃t弃豪哉EAli-FIFO S订曲由雷v理M.占童皋H4R；a。点击选择采集卡型号按钮， 则会弹出一个子窗口，用鼠标选择采集卡型号， 并点击“ select” 健。bo选择扫描通道为0通道。c. 选择电压输入范围为+/ 10V od. 其他采用默认设置7. 保持信号及功率放大发生器输出功率恒定，将质量块位于3刻度位置，然后将输出频率由低向高调节，观测简支梁的振动，当振幅达到最大时，用鼠标点击采集按钮，则在软件界面上会显示采集数据的时域图和功率谱图，见下图，并记录显示的固有频率。&分别将质量块位于 4, 5, 6,7, 8刻度位置，重复第 7步的操作，并记入相应的固有 频率到实验报告中的纪录表上实验报告一、数据记录根据实验结果，分别将质量块在简支梁的不同位置时，系统的固有频率测出 并记录到下表质量块 的位置刻度3刻度4刻度5刻度6刻度7刻度8固有频 率、分析1 为什么质量块处于不同的位置，系统的固有频率会发生变化？2.如何从频谱图上找出系统的固有频率