測試技術實驗指導書

測試技術基礎

實驗指導書

機械與汽車工程學院機械設計教研室

丁曙光、趙小勇

二o一一年十一月

實驗一電阻應變片的靈敏係數測定

一、實驗目的

1、掌握電阻應變片靈敏係數的一種測定方法。

2、練習使用yjd-1靜動態電阻應變儀。

二、實驗原理

1、電阻應變片的靈敏係數測定原理：當電阻應變片貼上在試件上受應變時，其電阻產生的相對變化

1—1）

比值k即為應變片的靈敏係數。只要應變數不過分大時，k為常數。

當及值分別測得後，k值即可算出。

等強度梁表面軸向應變，可從撓度計上百分表的讀數算出：

1—2）

式中 f——百分表讀出的撓度計中點的撓度值。

h——等強度梁厚度。

l——撓度計跨度。

電阻應變片的相對電阻變化是根據電阻應變儀測出的指示應變和應變儀所設定的靈敏系數值k儀（通常用k儀=2.0）算得：

∴ 應變片的靈敏係數 k1—3）

實驗時可採用分級載入的方式，分別測量在不同應變值時應變片的相對電阻變化，以而驗證它們兩者之間的線性關係。

2、yjd-1型靜動態應變儀的使用方法：

yjd-1型應變儀可用於靜動態應變測量。其主要技術引數為：靜態時量程0～±16000，基本誤差<2%，動態測量時量程①0～±2000，②0±400，工作頻率0～200hz，採用應變片的靈敏係數在1.

95～2.60範圍內連續可調。配套使用的p20r-1預調平衡箱共20點，預調範圍為±2000，重複誤差±5。

靜態應變測量時操作步驟：

①將應變片出線與應變儀連線，半橋接法時（參見圖2—1），將應變片r1、r2分別接到ab和bc接線柱，此時應變儀面板上a』dc』三點用連線銅片接好，應變儀內aa』和cc』一對120ω精密電阻構成另外半橋；全橋接法時，將a』dc』三點連線銅片拆除，應變片r1，r2，r3，r4分別接到abcd接線柱上並擰緊。

②按應變片盒上標明的靈敏係數k值，調整應變儀靈敏係數盤與之符合。（當k值需通過實驗測定時，可先設定，為計算方便，通常取=2.0）。

③使微調、中調、粗調三個調節旋鈕置於零位。檢流計指標應準確指零，否則需校正到零位。

④轉動選擇開關，先後轉到a和b兩處，指標應偏在紅格以內，否則說明a、b電池電壓過低，應該換新。使用交流電源時可不作此項檢查。

⑤選擇開關轉到「靜」位。進行電阻、電容預調平衡，先調應變儀右方的電阻平衡、轉動螺絲，使電表指標指零；然後開關轉到「預」位置，轉動電容平衡螺絲，再調電表零位，這樣在「預」、「靜」之間反覆調整數次，此時電橋已預調平衡，以後在測量過程中電阻、電容平衡螺絲不可再動。

⑥如因應變片電阻值相差較大而不能預調平衡時，可將微調或中調盤旋轉到相應檔數，並記錄初始應變值，再調整電阻平衡使檢流計指標在零位。然後仔細觀察三分鐘，儀表不應有漂移現象。

⑦進行載入，指標偏轉，估計應變數大小，與指標反向轉動調節旋鈕，使指標回零，將三個應變調節盤讀數相加即為應變讀數。「+」表示伸長應變，「-」表示壓縮應變。如有初始應變值應從最後讀數中減去初始應變值。

三、實驗儀器裝置

1、已貼片的等強度梁和加靜裝置，溫度補償快。）

2、帶有千分表（或百分表）的撓度計；游標卡尺。

3、yjd-1靜動態電阻應變儀。

四、實驗步驟

電阻應變片靈敏係數測定：

1、分別用千分尺和游標卡尺，測得等強度梁的厚度h和撓度計的跨度l。

2、按圖2—1所示安裝等強度梁和撓度計，將等強度梁上縱向應變片r1、r2與溫度補償梁上的應變片r5，接入應變儀。將兩種情況下讀數預調到零位。

3、記錄撓度計上百分表的初讀數f0，以後分級載入5公斤、10公斤、15公斤砝碼，測量千分表讀數fe和r1、r2應變片指示應變讀數，列表記錄。（表2—1）。

表1—1 靈敏係數測定結果

等強度梁號，厚度h= mm，撓度計l= mm。

五、實驗報告要求

1、按表1—1記錄和計算各應變片靈敏係數，和它的平均值，以及相對標準誤差：

2、試用材料力學有關公式，計算在載入過程中，等強度梁的上（下）表面的應力和應變數值。並與實驗測定值相比較。

實驗二電阻應變片在電橋中的接法

一、實驗目的

1、學會電阻應變片半橋單臂、半橋雙臂、全橋接法。

2、檢查各種接法時的對應的應變讀數值，從而體會電橋的加減特性和補償原理。

3、學會正確的接橋方法。

二、實驗原理

電阻應變儀電橋輸出電壓u與各橋臂的相對電阻變化率或各應變片的指示應變值之間有下列關係：

2—1）

式中、、、分別為各橋臂應變片的指示應變；

k為應變片靈敏係數；

e為供橋電壓。

從上可知，對同種性質的應變（同為+或同為-），相對橋臂（如與、與）其應變值是迭加的，而相鄰橋臂（如、的相鄰橋臂為和）應變值是相抵消的。

對於不同種應變（一橋臂為+，另一橋臂為-），情況正好相反，相對橋臂應變彼此消減，而相鄰橋臂則彼此迭加。利用上述特性，選擇合適的接橋方法，可以使輸出電壓增大，同時可抵消那些對測量值產生干擾因素的影響。例如測量過程中對溫度的補償，對某些非線性誤差的改善及複雜應力情況下需要測定其中乙個應力單獨作用所產生的應變……等等，都是電橋加減特性的應用。

三、實驗儀器和裝置

1、等強度梁試驗裝置，載入砝碼。

2、靜動態電阻應變儀（yjd-1）。

四、實驗步驟

1、分別按圖3—1a、b、c、d所示各種接法接成橋路。先在初載荷下將應變儀調零，載入5kg和10公斤測量指示應變記錄在表3—1中，載入三次並進行資料處

理，檢查以及它與應變值的倍數。（稱為對某一應變片的「電橋係數」簡稱「電橋係數」或「橋臂係數」a）。

表2—1 各種接法測量結果 =k

2、利用加熱體（如紅外線燈泡、電烙鐵等）在各種接法情況下，分別對工作片單獨加熱和工作片、補償片同時加熱、觀察其輸出應變值的變化。

五、實驗報告要求

1、討論各種接橋方法時的特性，比較其優缺點。

2、試用公式推導不同接法時的橋臂係數a的理論值，並與實測值相比較。

3、實驗中的心得體會。

了解激振器、加速度感測器、電荷放大器、電阻應變片、動態電阻應變儀、訊號採集及分析系統的工作原理，掌握上述裝置的使用方法，了解典型測試系統的構成，掌握振動測量的基本內容和測量方法，掌握訊號的幅值譜及功率譜分析的基本方法。

△ 機械振動綜合實驗裝置（安裝雙簡支梁） 1套

△ 激振器及功率放大器1套

△ 加速度感測器2只

△ 電荷放大器2臺

△ 電阻應變片2片

△ 動態電阻應變儀4臺

△ 資料採集儀1臺

△ 訊號分析軟體1套

1、將振動器通過頂桿連線到簡支梁上（注意確保頂桿與激振器的中心在一直線上），激振點位於雙簡支梁中心偏左50mm 處（已有安裝螺孔），將訊號發生器輸出端連線到功率放大器的輸入端，並將功率放大器與激振器相連線。

2、用感測器磁座將加速度感測器安裝在雙簡支梁上（中心偏左50mm）並與電荷放大器連線，將電荷放大器輸出端分別與資料採集儀輸入端連線。

3、將電阻應變片通過接橋盒接成兩個半橋單臂橋和乙個半橋雙臂橋分別接到xhdt—1型動態綜合測試儀的動態電阻應變儀通道的輸入端。

4）將兩個壓電式加速度計分別接到xhdt—1型動態綜合測試儀的兩個電荷放大器的輸入端。

5）、xhdt—1型動態綜合測試儀的初步調整，xhdt—1型動態綜合測試儀是集四個通道的動態電阻應變儀和兩個通道電荷放大器於一體的綜合測試儀。

1）cs—1a動態電阻應變儀的調整

供橋電壓選為2v、增益選擇開關設為1、校準開關達到測量擋，低通濾波器的設到100k檔。

2）ca—3型電荷放大器的調整

把感測器靈敏度調節旋紐數值調到與使用的壓電式加速度計的靈敏度值相同並鎖緊，低通濾波器旋紐調到lin(100k)檔，功能選擇旋紐打倒加速度測量檔，增益選擇開關打倒100擋。

設定完成後，接通電源。進行動態電阻應變儀的平衡調節，如果表頭對應通道的數值不等於0，按以下相應通道的自動平衡按鍵，直到表頭度數為零，重複此操作，直到所有三個通道調整完畢。

6、將訊號發生器和功率放大器的幅值旋鈕調至最小，開啟所有儀器電源。設定訊號發生器在某一頻率（可以為5hz），調節訊號發生器的幅值旋鈕使其輸出電壓為2v。調節功率放大器的幅值旋鈕到中間位置，逐漸增大訊號發生器的頻率，觀察簡支梁的振動情況，直到找到其振幅較大時的頻率，並記下此頻率，同時觀察電荷放大器和動態電阻應變儀是否過荷，如過荷適當調小增益倍數直到不產生過荷為止，停止激振保持訊號發生器的各個按鈕不動，關閉所有儀器的電源開關。

7、根據步驟6所記錄的共振頻率，調整動態電阻應變儀和電荷放大器的低通濾波器的截止頻率到合適的值。

8、將電阻應變儀的輸出和電荷放大器的輸出訊號接到數碼訊號採集儀。

9）、開啟訊號發生器、應變儀、電荷放大器及數字採集系統的開關，用資料採集軟體採集各個通道的波形並用訊號分析軟體對採集到的加速度訊號、振動應變訊號進行幅值譜、功率譜分析和加速度訊號與應變訊號的相關分析，並記錄一些典型訊號的波形。

1、將測量的固有頻率與訊號放生器的頻率讀數相比較，若誤差較大，找出其原因。

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《工程測試技術》實驗指導書

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