测试技术实验指导.doc

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：

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：R1*R3 = R2*R4
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—Y监视图,T—Y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1～8mA
4）桥路电阻：120Ω,350Ω，500Ω，1000Ω
5)测量范围:±19999με
6）误 差:±0.3% ±2字
7）平衡方式
平衡范围：±19999με
平衡模式：初始值记忆，自动扣除
9）灵敏系数：1.00～9.99
10）采样速率： 2点/秒
11）稳 定 度： ±3με/2h. 1με/℃
12)接 口: RS232串行接口
13)工作环境： 0~40℃;20～85%RH
14）尺 寸: 264(宽),63(高），220(深)mm(不含突出部分)
15)质 量: 约3kg
3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。

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2为单片工作简图，图3为其中一路的等效电路

图中
Rk --切换开关等效电阻
RL ——应变片引线电阻
Rg ——应变片电阻
IB ——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Rk的影响被排除,引线电阻RL固定不变，对输出无影响,也无需长导线修正。只要测出ΔRg即等效了应变的测量。
根据应变片原理

由于采用恒流激励则

由上式可见U和K为常数.只要测出ΔU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

1）测点显示器，显示当前测量通道1～12CH.
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120，350,500，1000Ω。
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±10℃温度80%以下,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120Ω,“2”表示350Ω,“3”表示500Ω,“4”表示1000Ω。
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
1

2

3

4

5

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
式中 P——载荷(N)
E——弹性模量，取N/mm2
L——力的作用点到固定端的距离，取L=200mm
B—-等强度量的宽度b=40mm
--等强度梁的厚度,=6mm
2．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
l 机械振动综合实验装置（安装双简支梁） 1套
l 激振器 1个
l 信号发生及功率器 1台
l 加速度传感器 1只
l 电荷放大器 1台
l 信号采集卡 1个
l 计算机 1台

电荷放大器
信号采集卡
计算机
信号处理与分析
时域图
功率谱图
信号发生器
功率放大器
激振器
加速度传感器
双简支梁
图1 机械振动系统固有频率测量实验原理图
质量块

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

(2)点击菜单后进入下图

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。
b。 选择扫描通道为0通道。
c. 选择电压输入范围为+/—10V。
d. 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。

8．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

二、 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