1、機械工程測試技術基礎實驗指導書廖平 滕照煦 編著中南大學機電工程學院機械電子工程系2005 年 4 月實驗一電阻應變片的粘貼及工藝一、實驗目的通過電阻應變片的粘貼實驗，了解電阻應變片的粘貼工藝和檢查方法及應變片在測試中 的作用，培養學生的動手能力。二、實驗原理電阻應變片實質是一種傳感器，它是被測試件粘貼應變片后在外載的作用下， 其電阻絲 柵發生變形阻值發生變化， 通過阻橋與靜動態應變儀相連接可測出應變大小， 從而可計算出 應力大小和變化的趨勢，為分析受力試件提供科學的理論依據。三、實驗儀器及材料502膠、丙酮或酒精、連接QJ 24型電橋、萬用表、兆歐表、電烙鐵、焊錫、鑷子、 導線、防潮材料、棉

2、花、砂紙、應變片、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變片，如圖所示:R1R31PrR2R4R1（R2）1 R3（R4）2、選片1）種類及規格選擇應變片有高溫和常溫之分，規格有 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）電阻應變片的檢查a外觀檢查，用肉眼觀察電阻應變是否斷絲，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：Ri*R3 = R2*R 4 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

3、選擇相同阻值應變 片組橋。3.試件表面處理1）打磨，先粗打磨，后精細打磨a. 機械打磨，如砂輪機b. 手工打磨，如砂紙打磨面積應大于應變片面積2倍，表面質量為 Ra =3.2um。應成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膠后在電阻應變片上覆蓋一薄塑料模并加壓，注意電阻應變片的正反面。 反面涂膠，而正面不涂膠。應變片貼好后接著貼連接片。4）組橋：根據要求可組半橋或全橋。5）檢查。用萬用表量是否斷路或開路，用兆歐表量應變片與被測試件的絕緣電阻，靜態測試中應大于 100M歐，動態測試中應大于 50M歐。6

4、）密封AB膠覆蓋在應變片上起到密封和保護作用,為了防止電阻應變被破壞和受潮，一般用 為將來長期監測做好準備。實驗二靜態應變測量實驗目的1通過實驗掌握靜態應變測量方法2. 熟悉靜態應變儀的使用方法3. 學會靜態應變測量數據處理方法實驗儀器1. TS3861型靜態應變儀靜態應變儀2. 等強度梁3. 加載桿4. 砝碼三、TS3861型靜態應變儀 靜態應變儀簡介1 .特點TS3861型靜態應變儀是一種裝有微處理芯片的數字式應變儀，通過RS232串口與計算機通訊，在Win95/98/xp操作系統平臺上運行。一臺計算機可控制多臺應 變儀,實現自動監測，圖表顯示，計算繪圖，文件處理等多項功能。亦可脫機操 作

5、,單臺使用。該儀器可廣泛應用于機械、土建、車輛、船舶、鐵路、橋梁、港 口、堤壩等工程領域對結構應力的測量分析。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。電子開關切換，體積小，重量輕，可靠性高。數字顯示通道號，初始值，應變值。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 12點棒圖，數字監視圖，X-Y監視圖，T-Y監視圖 定時測量，數字比較器測量數據打印，應變花計算2技術指標1）測點 數：每臺12點，RS232串口級聯可擴展至240點2）橋路形式：半橋（公共補償片），半橋，全橋3）橋路激勵

6、：恒流源18mA4）橋路電阻：120Q, 350Q, 500Q，1000Q5）測量范圍：土 19999卩&6） 誤差：土 0.3% ± 2 字7）平衡方式平衡范圍：土 19999卩&平衡模式：初始值記憶，自動扣除9）靈敏系數：1.009.9910）采樣速率：2點/秒11）穩定度：土3卩& /2h. 1卩& /C12） 接口 ： RS232串行接口13）工作環境：040C； 2085%RH14） 尺寸: 264（寬）,63（高）,220（深）mm不含突出部分）15） 質量：約3kg3工作原理本儀器由精密恒流源，多路切換開關，前置放大器，低通濾波器,A/D

7、轉換器, 單片機,顯示電路，電源等部分組成見方框圖。圖1整機方框圖本機橋路激勵采用恒流源模式，電子開關切換測點，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IECOMRkRlRg + ARgyw*oC圖3圖2圖中R切換開關等效電阻R 應變片引線電阻R 應變片電阻I B 恒定電流源在圖3回路中，電流恒定不變，信號從C點輸出。開關等效電阻R的影響被排 除，引線電阻R固定不變，對輸出無影響，也無需長導線修正。只要測出兄即等 效了應變的測量。根據應變片原理&R 11R K由于采用恒流激勵則尸=竺上丄二竺.丄LR K RI K U K由上式可見U和K為常數。只要測出 U就可

8、換算成相應的應變值，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，在隨后測量中將該點初值扣除，實現了自動平衡的功能。為簡化操作，本機僅用5只按鈕實現通道選擇，數據發送,初值顯示，測量值 顯示等基本功能，具有簡單易學，使用方便。對于橋路形式，應變片阻值及靈敏系 數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面板功能圖4前面板橋路形式控制方式地址1-3全橋半橋主機副機6-7全橋半橋跖2320. 1ARS2322£0V50H

9、z So.圖5后面扳1）測點顯示器,顯示當前測量通道112CH2）應變值顯示器，顯示各橋路初始值及被扣除后的實際應變值3）通道選擇按鈕。4）“自動”按鈕，操作該鍵相應指示燈亮，請求向計算機發送數據，數據被接收后該燈熄滅。5）“初值”按鈕，操作該鍵相應指示燈亮，顯示該測點的初始值。6）“測量”按鈕，操作該鍵相應指示燈亮，顯示該測點的實際應變值。7）橋路電阻選擇開關，用于選擇與應變片相對應的電阻值，分四種 120，350，500，1000Q。8）靈敏系數開關，用于設置應變片的靈敏系數。9）橋路形式開關，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，當多臺

10、儀器串聯使用時，設定該儀器的地址號。11）RS232接口用于和計算機通訊及另一臺儀器的級聯。12）保險絲座。13）接地開關。14）電源開關。15）電源插座。6維護1）儀器使用后應罩上蓋板，以防灰塵。2）儀器在移動時，注意做到小心輕放。3）儀器停用時應貯放在溫度為20± 10C溫度80%下，不含腐蝕性氣體的室內。4）儀器長期不用應每季通電一次，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片應變片（R1、R2、R3、R4）,已密封，按全橋方式組橋并連接在TS3861型靜態應變儀 靜態應變儀的第1通道接線端子上2. TS3861型靜態應

11、變儀設置1）確定橋路電阻根據應變片的阻值撥入相應的代碼,“ 1”表示120Q，“2”表示350Q, “3” 表示 500Q , “4” 表示 1000Q。2）設置靈敏度系數K對照應變片靈敏系數 （由應變片生產廠提供 ）撥入相應的數值。例如 :應變片 靈敏系數 K=2.1, 開關應設置為“ 210”。3）選擇橋路形式為全橋 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顯示全零 , 儀器已將初值自動扣除 , 某測

12、 點扣零后仍有數字 , 可重復操作 4, 5 步使其顯示在± 2 字以內 , 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 砝碼對應讀取應變值，并記錄到實驗報告 表中6. 重復 3，4，5 步驟 3 次，將應變值記錄到實驗報告表中實驗報告一、數據記錄將實測中的應變讀數記錄到下表中加載（kg）分次讀數平均應 變理論計算值相對誤差第一次第二次第三次12345二、計算1 根據等強度梁的尺寸，計算等強度梁在載荷下的理論應變值，并填入表理論 計算欄中。計算公式6PLb、2E式中P載荷（N）E彈性模量，取 E = 2 10

13、5N/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變值并填入表中實驗三機械振動系統固有頻率測量一、實驗目的.以雙簡支梁為例，了解和掌握機械振動系統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的固有頻率，了解測試儀器及軟件的使用方法驗儀器及原理機械振動綜合實驗裝置（安裝雙簡支梁） 1套 激振器 1個 信號發生及功率器 1臺 加速度傳感器 1只 電荷放大器 1臺 信號采集卡 1個 計算機 1臺圖1機械振動系統固有頻率測量實驗原理圖三、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

14、激振器的中心線在一條直線上)，將信號及功率放大發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. 將質量塊置于刻度 3位置。4.4. 將信號及功率放大發生器的幅值旋鈕調到最小，打開所有儀器電源， 設置信號及功率放大發生器輸出頻率為20Hz,調節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：調節幅值旋鈕時，當第2個指示燈亮時，必須停止調節！以防止激振器損壞。5. 將信號及功率放大發生器輸出頻率由低向高逐步調節，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生器輸出功率。6. 運行教學實驗軟件，操作過程如下：(1)選擇咼速采集中斷采集菜單見下圖耳ii呆捷遏出IWiSJl!2005 411:03:34設計者：廖平(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.c. 選擇電壓輸入范圍為+/-10V。d. 其他采用默認設置7. 保持信號及功率放大發生器輸出功率恒定，將質量塊位于3刻度位置，然后將輸出頻率由低向高調節，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