機械工程測試實驗報告----白云靜

1、機械工程測試技術(shù)實驗指導書 學院： 機械與動力工程學院 專業(yè)： 車輛工程 班級： 11010141 學號： 1101014125 姓名： 趙艷峰 實驗一 用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度一 實驗?zāi)康?1、掌握在靜載荷下使用電阻應(yīng)變儀測量方法；2、掌握橋路連接和電阻應(yīng)變儀工作原理；3、了解影響測量誤差產(chǎn)生的因素。二、實驗儀器及設(shè)備等強度梁 編號；天平秤；砝碼；yd-15型動態(tài)電阻應(yīng)變儀；游標卡尺；千分尺（025）；R1R2電橋振蕩器相 敏檢波器濾波器數(shù) 字電壓表24伏穩(wěn)壓電源放大器相 敏檢波器紫外光示波器濾波器DY-15型直流24伏電源；三、實驗原理電測法的基本原理是：將電阻應(yīng)變片粘貼在被測構(gòu)件的

2、表面，當構(gòu)件發(fā)生變形時，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形（L/L），應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，通過電阻應(yīng)變儀，可測量出應(yīng)變片中電阻值的變化（R/R），并換算成應(yīng)變值，或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號（電壓或電流），用記錄儀記錄下來，也可用計算機按預定的要求進行數(shù)據(jù)處理，得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值。電阻應(yīng)變片的靈敏度是構(gòu)件單位應(yīng)變所引起應(yīng)變片電阻值的變化量，用K來表示， K=R1R2電橋振蕩器相 敏檢波器濾波器數(shù) 字電壓表24伏穩(wěn)壓電源放大器相 敏檢波器紫外光示波器濾波器yd-15動態(tài)電阻應(yīng)變儀主要技術(shù)參數(shù)1、測量點數(shù)：4點 8點2、測量范圍：10000微應(yīng)變3、標定應(yīng)變：50，100，300，1000

3、，3000微應(yīng)變，標定誤差不超過1%，最小1微應(yīng)變4、靈敏系數(shù)：k=2.005、靈敏度：0.25mA/(12及2負載)0.093 5mA/(16負載)0.025mA/(20負載)0.01mA/(50負載)0.01伏/(1k負載)6、電阻應(yīng)變片：按120設(shè)計，100600可用。7、線性輸出范圍：030mA(12及2負載)01伏(1k負載)8、振幅特性誤差：低阻輸出不超過1% 電壓輸出不超過2%9、工作頻率范圍：01500hz10、頻率特性誤差：低阻輸出不超過6% 電壓輸出不超過1011、電橋電源：10kc，標稱電壓3伏12、電阻平衡范圍：不小于0.6（指120應(yīng)變片）13、衰減誤差：1，3，10

4、，30，100五檔，誤差不超過2%14、電容平衡范圍：不小于2000pf（包括電橋盒內(nèi)1000pf）15、穩(wěn)定性：預熱1小時后，零點漂移：不超過5微應(yīng)變/2小時，靈敏度變化：不超過1%/半小時yd-15動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理框圖R1R2電橋振蕩器相 敏檢波器濾波器數(shù) 字電壓表24伏穩(wěn)壓電源放大器相 敏檢波器紫外光示波器濾波器影響測量誤差產(chǎn)生的因素電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K的變化，主要是由于溫度和濕度的變化引起的。對大多數(shù)敏感材料的靈敏系數(shù)是隨著工作溫度的升高和濕度的增大而不斷減小的，只有康銅等少數(shù)合金的靈敏系數(shù)會增大。粘結(jié)劑和基底材料傳遞應(yīng)變的能力隨工作溫度的升高也逐漸下降。所以工作溫度越高，濕度

5、越大，靈敏系數(shù)K值的下降就越快，分散性將會越大。另外，電阻絲受力后其電阻率也會發(fā)生變化，從而引起K值的變化。所以在測量時應(yīng)盡可能保持標定靈敏系數(shù)K時的工作環(huán)境，從而減小由于工作環(huán)境的變化所產(chǎn)生的測量誤差。應(yīng)變片的絕緣電阻是指已安裝的應(yīng)變片的敏感柵及引線與被測試件之間的電阻值。應(yīng)變片被安裝在試件表面之后，其絕緣電阻的下降將使測量系統(tǒng)的靈敏度降低，使應(yīng)變儀的指示應(yīng)變產(chǎn)生誤差，另外也使測量系統(tǒng)產(chǎn)生零點漂移。經(jīng)計算、實驗表明：工作環(huán)境溫度越高，濕度越大，靈敏系數(shù)下降越快；電橋非線性對測試結(jié)果的影響是很微小的；(3)測量導線所帶來的誤差與其長度成正比例；(4)絕緣電阻越高，穩(wěn)定性越好，誤差越小。四、實驗

6、方法和步驟1、將電纜焊接到等強度梁的電阻應(yīng)變片上，用單臂電橋式接入電橋盒，如下圖。工作中只有一個橋臂電阻隨著被測量的變化而變化，設(shè)改電阻為R1，產(chǎn)生的電阻變化量為R，用萬用表檢查AB問電阻及BC問阻值,兩阻值之差應(yīng)小子0.5,用電烙鐵將連接導線焊接到對應(yīng)的A,B,C,焊點。為減小干擾,要求屏蔽層(金屬網(wǎng))必須接B點,將此半橋A,B,C點接入電橋盒對應(yīng)接線柱上(A, C ,D三接線柱必須短接)。則輸出電壓的值為： 式中, 為輸出電壓，為應(yīng)變值，ue為供橋電壓，和可從分析儀中直接讀出，ue在應(yīng)變儀中讀出，K為實驗所求。2、將應(yīng)變儀預調(diào)平衡（1）準備：正確接橋無誤后，打開電源開關(guān)；（2）基零調(diào)節(jié)：這

7、時衰減開關(guān)在“0”位置上，電橋的初始不平衡亦被衰減至零，即放大器無信號輸出；（3）平衡調(diào)節(jié)：開始調(diào)節(jié)平衡時，衰減開關(guān)從0撥至100處，電表指針偏轉(zhuǎn)，說明電橋初始不平衡，調(diào)節(jié)電阻平衡電位器R，電容平衡電位器C，使電表指針指到中心位置，然后在衰減至30、10、3、1各檔重復上述過程，最后電表指零，表明電橋平衡。3、將應(yīng)變儀標定檔撥至適當衰減檔。4、在等強度梁上加砝碼使應(yīng)變儀再次平衡。5、在天平上稱出砝碼重量，并計算等強度梁的實際應(yīng)變值。6、計算電阻應(yīng)變片的實際靈敏度。M=PL =M/w W=bh2/6 =/E式中：M彎矩 LP力至應(yīng)變片中心距離 彎曲應(yīng)力 b等強度梁貼應(yīng)變片處的寬度 h等強度梁貼應(yīng)

8、變片處的厚度實際應(yīng)變值 W抗彎截面模量 E彈性模量E=2.1*106kgf/cm2五.數(shù)據(jù)處理與分析 六.實驗結(jié)果1、由實驗結(jié)果可知，懸臂梁因受力而發(fā)生形變，并且懸臂的上邊要比懸臂的下邊發(fā)生變形更為明顯，因此在此試驗中應(yīng)變片選用正（手拉）應(yīng)變片較好，試驗效果更為明顯，相對地減少了誤差。2、在試驗中，電壓表的示數(shù)會有跳動，這會影響實驗結(jié)果，因此選用一個較為穩(wěn)定的數(shù)或平均值。 提高靈敏度的方法 1.提高橋壓。 2.提高應(yīng)變片的阻值。 3.改用雙臂或全橋接法 3 實驗二 測量等強度梁的固有頻率和阻尼率一、實驗?zāi)康模?）學會機械系統(tǒng)的固有頻率和阻尼率的測定方法（2）識別懸臂梁的二階固有頻率和阻尼系數(shù)（

9、3）了解并學習東方所振動與噪聲測試儀的使用二、實驗儀器等強度梁 應(yīng)變儀 動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀三、實驗原理瞬態(tài)激勵方法給被測系統(tǒng)提供的激勵信號是一種瞬態(tài)信號，它屬于一種寬頻帶激勵，即一次同時給系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)各個頻率成份的能量和使系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。因此，它是一種快速測試方法。同時由于測試設(shè)備簡單，靈活性大，故常在生產(chǎn)現(xiàn)場使用。目前常用的瞬態(tài)激勵方法有快速正弦掃描、脈沖錘擊和階躍松弛激勵等方法，本實驗中采用脈沖錘擊產(chǎn)生瞬態(tài)信號。脈沖錘擊激勵是用脈沖錘對被測系統(tǒng)進行敲擊，給系統(tǒng)施加一個脈沖力，使之發(fā)生振動。由于錘擊力脈沖在一定頻率范圍內(nèi)具有平坦的頻譜曲線，所以它是一種寬頻帶的快速激勵方法。用脈沖

10、錘敲擊試件產(chǎn)生的近似于半正弦的脈沖信號有效頻率取決于脈沖持續(xù)時間，越小則頻率范圍越大。（1）固有頻率，可根據(jù)分析儀直接讀出固有頻率的值。（2）阻尼比的測定本實驗根據(jù)自由衰減法測定阻尼比：即在結(jié)構(gòu)被激起自由振動時，由于存在阻尼，其振幅呈指數(shù)衰減波形，可算出阻尼比，下面具體論述。由振動力學知，二階系統(tǒng)的特征方程為：，對應(yīng)的微分方程為：，其中。因為，當很小時，可以認為。減幅系數(shù)，而，則：。又因為，所以，所以，可推出阻尼比公式為：求解過程：（1）根據(jù)7個點的幅值，可求出，根據(jù)公式可求出阻尼比。（2）根據(jù)7個點對應(yīng)的時間，可用法求出，再根據(jù)公式，求出。為有阻尼的信號周期，為無阻尼信號周期。（3）從時域圖

11、中讀出有阻尼固有頻率，根據(jù)，求得無阻尼固有頻率。四、實驗方法加速度傳感器實驗原理圖：敲擊磁座東方所分析儀等強度梁（1）按要求，把各實驗儀器連接好接入電腦中，然后在懸臂梁孔處小心放好加速度傳感器。（2）打開計算機，啟動計算機上的“振動測試及頻譜分析”。（3）設(shè)置適當?shù)牟蓸宇l率和采樣點數(shù)以及硬件增益。（4）點擊“采樣”后開始敲擊。（5）敲擊等強度梁。使用小榔頭敲擊時注意在敲擊后里、榔頭要迅速離開梁！避免產(chǎn)生不必要的干擾波形。（6）數(shù)據(jù)分析，用東方所分析儀器進行數(shù)據(jù)分析，使用時域分析可以得到峰值點，使用頻域分析可以直接得到懸臂梁的固有頻率。五、數(shù)據(jù)處理與分析將得到的數(shù)據(jù)輸入Matlab中進行處理。首

12、先計算和，然后計算阻尼比，最后計算和。六、實驗結(jié)果（1）等強度梁的固有頻率。從幅值圖中可知，等強度梁的固有頻率=14.89hz（圖見最后一頁，幅值-頻率圖）（2）阻尼比。從幅頻中可知幅值=81.03 =46.88故=ln0.09，=0.014實驗三 振動信號測量與頻譜分析一、實驗?zāi)康?.在熟練掌握周期信號幅頻特性和相頻特性內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過頻譜儀對信號的各組成諧波進行直觀的、感性的認識和了解。2.通過對振動信號的測量及頻譜分析，了解相關(guān)頻譜特性和濾波的概念，由頻譜圖上特征頻率尋找該機械設(shè)備的振源。二、實驗條件及使用儀器計算機及MATLAB軟件；帶USB接口和FFT的4通道數(shù)據(jù)采集存儲示波器TD

13、S2024B；振動測試實驗臺；激振器；信號發(fā)生器，加速度、速度、位移傳感器、功率放大器及直流電源等。三、實驗原理使用傅立葉變換，將采集到的時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信。對于二維信號，二維Fourier變換定義為：二維離散傅立葉變換為：四、實驗內(nèi)容1、將TDS2024B示波器與信號發(fā)生器連接，觀察典型信號的頻譜及合成信號的頻譜包括：正弦波、方波、三角波、鋸齒波等2、振動信號的測量與數(shù)據(jù)采集，包括加速度、速度、位移連接振動測試實驗臺與數(shù)字頻譜儀，記錄4個通道的數(shù)據(jù)并存盤，在頻譜儀上先觀察原始時域信號及其傅立葉變換3、振動信號分析，包括傅立葉分析和功率譜分析等將數(shù)據(jù)裝載到計算機上，利用MATLAB軟件進一步

14、分析振動信號的頻率成分，計算各個信號的功率譜、被測機械結(jié)構(gòu)的前三階特征頻率，并計算兩個信號之間的相關(guān)函數(shù)及傳遞率。五、實驗方法與實驗步驟1、將振動與噪聲測試儀與加速度傳感器連接，安裝連接相應(yīng)的傳感器、直流電源等，開機、設(shè)定參數(shù)、采集數(shù)據(jù)，分析處理數(shù)據(jù)；2、觀察振動信號產(chǎn)生過程，記錄通道2產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并存盤分析。3、根據(jù)一組輸入輸出數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件進行時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號分析。figure(1);plot(x);%作正弦信號的時域波形title('時域波形');grid;%進行FFT變換并做頻譜圖 fs=500;y=fft(x);%進行fft變換mag=abs(y);%求幅值f=(0:length(y)-1)'*fs/length(y);%進行對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換figure(2);plot(f,mag);%做頻