工程测试技术实验
指导书
（单行本）
《多物理量测量方法及实验数据误差分析》实验（风机实验台）
华中科技大学
能源与动力工程学院
《工程测试技术》教学小组
二〇〇八年五月
目录
一、《工程测试技术》实验教学说明……………………………… 8-2
1.1.试验说明……………………………………………………………… 8-2
1.2.试验性质、目的和任务………………………………………………… 8-2
1.3.适用学科专业………………………………………………………… 8-2
1.4.试验内容及时间安排………………………………………………… 8-2
1.5.教材及参考书………………………………………………………… 8-2
1.6.考核及成绩评定方式………………………………………………… 8-3
二、《多物理量测量方法及实验数据误差分析》实验（风机实验台）……… 8-3
2.1. 实验目的和要求……………………………………………………… 8-3
2.2. 实验装置……………………………………………………………… 8-3
2.3. 实验原理……………………………………………………………… 8-6
2.4. 实验方法及步骤……………………………………………………… 8-7
2.5. 实验报告要求………………………………………………………… 8-7
三、参考文献………………………………………………………………… 8-8
一、《工程测试技术》实验教学说明
《工程测试技术》实验是大机类基础平台课程《工程测试技术》的配套实验课程，是课程教学的重要实践环节，是帮助很好地理解和掌握课程基本理论知识，锻炼和加强学生实验动手能力十分重要的教学和学习环节。
1.1. 实验课程说明
（1）实验课程名称：《工程测试技术》实验
The experiment of the measurement technology for engineering
（2）实验课程编码：
实验课程性质（必修/选修）：必修
（3）学时学分：全部实验总学时24学时，完成全部实验：1.5学分，折合每个实验4学时/0.25学分
（4）先修课程
高等数学、大学物理、材料力学、概率与数理统计、工程热力学（或传热学）、工程流体力学、数值计算方法、测试技术等课程。
1.2. 实验性质、目的和任务
本实验为《工程测试技术》等基础课程的配套实验，主要完成综合实验，包括压力、功率、转速、流量等基本物理量的测量，还可进行测量仪器仪表及传感器的标定实验，并进行测试数据的误差分析训练。通过本实验，使学生加深对测试技术及基本理论的理解，提高对试验技术重要性的认识，了解计算机技术在测试技术自动化方面的应用，同时进一步了解测试技术自动化在专业技术中的应用，培养和提高学生的实验动手能力，使学生的创新能力在测试软件编程过程中得以锻炼和体现。实验的主要任务是：熟悉各种物理量的测量方法，完成实验数据的误差分析，了解计算机技术在测试领域中的应用方法。
实验课程含有6个实验，可根据课程教师的教学要求选择部分、或部分组合、或全部实验内容。
1.3. 适用学科专业
本实验适用以下专业：
（1）能源与动力工程一级学科的各专业方向
（2）大机械类的各专业方向
1.4. 试验内容及时间安排
（1）《多物理量参数测量方法及实验数据误差分析》，4学时/0.25学分；
（2）《应变式压力传感器及测压系统的静态标定》，4学时/0.25学分；
（3）《电阻温度计测温系统及热电偶温度计的标定》，4学时/0.25学分；
（4）《振动测量及实验数据分析》，4学时/0.25学分；
（5）《测功机校正及实验数据分析》，4学时/0.25学分；
（6）《位移传感器标定分析系统及实现》：4学时/0.25学分；
1.5. 教材及参考书
1、热能与动力工程测试技术，郑正全主编，华中科技大学出版社，各版本
2、水力机械测试技术，李建威主编，机械工业出版社出版，各版本
3、热工测量原理及其现代技术”，张秀彬主编，上海交通大学出版社
1.6. 考核及成绩评定方式
考核成绩主要通过对学生的面试、操作、实验报告等三方面的测试进行评定实验成绩，其中面试10分，操作15分，实验报告75分，满分100分。
二、《多物理量测量方法及实验数据误差分析》(风机实验台)
2.1.实验目的和要求
通过在风机特性综合试验台上对若干常见物理量的测量（压力测量、流量测量、功率测量、转速测量），和综合量的间接测量（风机效率的测量），了解测量一般方法，掌握误差传递的基本概念和计算方法，进一步理解测量误差分析的含义，达到测试技术综合训练的目的。
2.2.实验装置
2.2.1. 风机实验台
风机性能实验系统分压入式测试系统和抽出式系统。本试验系统为抽出式风机性能试验台，该试验台自动测试系统的实体如图2－1，结构如图2－2，实验台系统框图如图2－3示。
图2－1、风机综合特性实验台
图2－2、风机综合特性实验台结构图
图2－3 抽出式风机性能综合试验台系统框图
图2－2和图2－3中：
（1） 风道进口集流器: 直径mm 160=φ （2） 风道进口测压管 （3） 网栅节流器 （4） 实验台控制箱
（5） 实验风道：直径mm 160=φ （6） 稳流器
（7） 风道低压测压管 （8）
实验台支架
（9）
被测试验风机：DPT15-34多叶离心风机
实验风机铭牌参数：
额定电压：220V 额定频率：50Hz 输入功率：65W
标称风量：6.3min /3m 噪音：66dB(LWA) 标称压力：160Pa
（10） NEC 液晶显示器
（11） 风机特性参数微机测试仪（下位机）
：μPU:89C51B 12MHz （12）
风机实验台微机监控系统（上位机）：
CPU ：P4-3.0G,硬盘80G ，内存512Mb
（13） 风道低压端测压传感器：量程±0.3kPa ，精度0.5级 （14） 风道进口端测压传感器：量程±0.3kPa ，精度0.5级 （15） 实验温度传感器：
（16） 红外光电数字测速仪：量程0-3000r/min （17） 测功传感器：量程110w ，0.5级 （18） 信号前置处理卡
（19） 开关量I/O （20） 键盘 （21） 打印机
2.2.2. 风机实验数据采集处理控制系统
风机实验数据采集处理控制系统通过A/D 转换，将采集的模拟信号转化为所需要的数字信号，其主要功能是完成风机运行时实验系统原始数据的采集、传输、分析、显示及打印出实验报告等。
其特性参数微机测控系统结构框图如图2-3所示。 实验的软件设计流程图如图五所示。
图2-4 实验软件设计流程图
2.2.
3. 风机实验数据符号说明
物理量
符号 单位 备注
大气温度 a t
oC
大气压力
P a Pa
空气的气体常数 R J/kg ·k R =288 J/kg ·k
大气密度 a ρ
kg/m 3
风管截面面积
A 1
2m
A 1=πD 2/4 风管直径 D m D=0.16m 风管测压点距风机进口法兰的距离 L m L=480mm 风机出口截面面积 A 2
2m
A 2=0.11×0.1m 2
进气集流器后压力 ΔP Pa
进气管道压力 P std Pa 进气管道动压 P d1 Pa
流量系数
?
集流器为锥形时98.0=? 集流器为圆弧形时99.0=?
风机流量 Q min /m 3
管道测试点至风机进口法兰的阻力损失
Δ1 Pa
风机全压 P Pa
风机静压 P st Pa
1st P 表示进口静压
2st P 表示出口静压
风机转速
n r/min
风机的全压有效功率 N w 风机的静压有效功率
N st w 风机的轴功率 N d w 风机的全压效率 η 风机的静压效率
ηst
2.3.实验原理 2.3.1. 实验原理
本实验中用的压力传感变速器，分别对进口集流器后和风管测压处进行压力测量，传感器的输出量为直流电压值，其电压值与压力值对应，单位为伏（V ），量程为0—5V DC 。
①用压力测量公式(1)计算进气管道压力P std =a 1+b 1V 1 (2－1) 用压力测量公式(2)计算进口集流器后的压力
ΔP=a 2+b 2V 2 (2－2) 式中：V 1 、V 2 为电压值，单位mV （测试仪表显示值） a 1 a 2 b 1 b 2为系数，由压力传感器标定值得到
a 1 =a 2 = -300
Pa b 1 = b 2=0.12Pa/mV ②测量转速：采用红外光电转速传感器测量转速，计算公式为
n = 60Fn/Kn (2－3)
式中 F n 为测试仪表显示频率数，
Kn 为光电盘孔数，本实验中Kn= 4。 ③电动机输入功率Nm 用（2－4）计算：
Nm ＝A n ＋B n V 3
(2－4)
V 3为电压值，单位： mV （测试仪表显示数） 。 A n 、B n 为系数项，由对压力传感器标定后得到
A n ＝0、
B n ＝0.022W /mV 2.3.2. 实验数据处理公式及表格
1）通风机流量Q：ρΔ?=p
2A 60Q 1，m 3/min ，其中ρ为流体介质密度。
(2－5) 2）大气密度a ρ=RTa Pa
= 273)(t 288P a a +×,kg/m 3
(2－6) 3）风机进口动压P d1，Pa ,A Q 21C 21p 2
121d ??
?
???ρ=ρ=
(2－7) 4）风机进口压力损失 11025.0d P D
L
=Δ
(2－8) 5）风机进口全压1d 1std 1d 1st 1P P P P P +Δ?=+=
(2－9)
6）风机出口全压2d d st A Q
P P P P )(
222222ρ==+= ，其中2st P =0
(2－10)
7）风机全压11212
(
)22std d Q
P P P P P A ρ=?=
++Δ?
(2－11) 8）风机静压2d st P P P ?=
(2－12)
9）风机的轴功率N d ，N d =Nm·ηe 其中ηe 为电机效率，取ηe =0.65 (2－13)
10）风机的全压效率η, d
N PQ
=η (2－14) 11）风机的静压效率ηst, d
st st N Q
P =η (2－15)
风机实验的记录表格
大气压力Pa=____Pa,大气温度t a =_____oC.
工况序号
集流器后静压差ΔP Pa 风管静压std P
Pa
转速
n r/min
电动机输入功率Nm w 轴功率N d （w ）流量Q
min /m 3
风机
全压P Pa
风机
静压P st Pa
全压效率
η
%
静压效率ηst % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
2.4.实验方法及步骤
①检查实验装置是否完好，无误后启动实验台总开关； ②开启计算机数据采集分析系统电源,进入实验平台系统；
③关闭进风口，开启风机电源；待风机、计算机正常运行1分钟后，用圆纸片调节风机流量，在等转速下，进行风机参数ΔP 、P std 、N 、 n 的测量，共进行8~12个工况点。
注意事项： ①、 检查实验系统各设备是否安装正确； ②、 检查风机转动是否灵活； ③、 检查管路开关是否灵活； ④、 风机启动前，检查：如风机进、出口应无堵塞；启动后，检查转动方向是否正确； ⑤、 额定工况点的参数取风机铭牌数据。 ⑥、 注意：操纵要认真细致、思想集中，确保人身和设备安全。
2.5实验报告要求
①填写风机实验数据记录表格，并计算表格中的其他参数。 ②在一张座标图（Q 为横座标，单位为m 3/min ；P （Pa ）、st P （Pa ）、η、st η、Nd （W ）为纵坐标）上绘制P-Q, st P -Q, η-Q, ηst –Q ，N d –Q 曲线。
③对风机性能曲线进行分析。
④要求使用正规的实验报告纸书写实验报告。
三、参考文献
1、热能与动力工程测试技术，郑正全主编，华中科技大学出版社，各版本
2、水力机械测试技术，李建威主编，机械工业出版社出版，各版本
3、热工测量原理及其现代技术”，张秀彬主编，上海交通大学出版社
《机械工程测试技术基础》试题1 一、 填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。 2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。 3.将电桥接成差动方式习以提高 ，改善非线性，进行 补偿。 4.为了 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 桥臂上。 5．调幅信号由载波的 携带信号的信息，而调频信号则由载波的 携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 。 7．信号的有效值又称为 ，有效值的平方称为 ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是 ，后者频谱特点是 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 和 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 。其几何意义是 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定
2．调制可以看成是调制信号与载波信号( )。 A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是( )。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，( )是周期信号。 A ．5cos100()0 t t x t t π? ≥?=? ?
《机械工程测试技术基础》实验指导书实验一观测50Hz非正弦周期信号的分解与合成 一、实验目的 1、用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较。 2、观测基波和其谐波的合成 二、实验设备 1、信号与系统实验箱：TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型： 2、双综示波器。 三、实验原理 1、一个非正弦周期函数可以用一系列频谱成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的 2、 3、 4、。。。、n等倍数分别称二次、三次、四次、。。。、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。 2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。 3、一个非正弦周期函数可用傅立叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用一个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，各种不同波形及其傅氏级数表达式如下，方波频谱图如图2-1表示 图2-1方波频谱图
1、方波 ()?? ? ??++++= t t t t u t u m ωωωωπ7sin 715sin 513sin 31sin 4 2、三角波 ()?? ? ??++-= t t t U t u m ωωωπ5sin 2513sin 91sin 82 3、半波 ()?? ? ??+--+= t t t U t u m ωωωππ4cos 151cos 31sin 4212 4、全波 ()?? ? ??+---= t t t U t u m ωωωπ6cos 3514cos 1512cos 31214 5、矩形波 ()?? ? ??++++= t T t T t T U T U t u m m ωτπωτπωτππτ3cos 3sin 312cos 2sin 21cos sin 2图中LPF 为低通滤波器，可分解出非正弦周期函数的直流分量。BPF 1～BPF 6为调谐在基波和 各次谐波上的带通滤波器，加法器用于信号的合成。 四、预习要求 在做实验前必须认真复习教材中关于周期性信号傅立叶级数分解的有关内容。 五、实验内容及步骤 1、调节函数信号发生器，使其输出50Hz 的方波信号，并将其接至信号分解实验模块 BPF 的输入端，然后细调函数信号发生器的输出频率，使该模块的基波50Hz 成分BPF
测试技术：是测量技术与试验技术的总称。 测试：动态侧量，静态测量 测试系统的组成：传感器，中间变换装置和显示记录仪 信号的分类：确定性信号、确定性信号是指可以用精确的数学关系式来表达的信号 随机信号、不能用精确的数学关系式来表达，也无法确定的预测未来任何瞬间的精确值信号。 周期性信号是按一定周期T重复的信号 非周期信号是没有重复周期 时间和幅值都连续是模拟信号，都离散是数字信号， 信号的描述：时域和频域(任何一个信号都可以用时域和平域进行描述) 周期信号：傅立叶级数～离散频谱 非周期：傅立叶变换～连续频谱 持续时间无限的信号都属于功率信号 周期信号的频谱具有以下特点：离散性、谐波性、收敛性。 1/10法则：通常把幅值下降到最大幅值的1/10时所对应的频率作为信号的频宽，称为1/10法则。 周期信号的强度用峰值、均值、有效值和平均功率来描述。 时间尺度特性（比例特性）：信号在时域压缩k(k>1)则在频域中频带加宽，幅值压缩1/k倍，信号在时域扩展k(k<1)则在频域中频带变窄，幅值增高。 随机信号的描述：均值、方差、均方根 自相关函数的性质： （1）自相关函数为偶函数 （2）当τ=0时，自相关函数具有最大值，且等于信号的均方值 （3）周期信号的自相关函数认为周期信号 （4）若随机信号中不含有周期成分，当τ趋于无限大时，均方值趋于信号均值的平方自相关函数的应用：（1）检测信号回声（反射） （2）检测淹没在随机噪声中的周期信号 频率相同的两个周期信号的互相关函数仍是周期函数，其周期与原信号相同（同频相关，不同频不相关） 理想测试系统线性最好。 静态系统的特性指标： 1、灵敏度——是指单位输入量所引起的输出量的大小。当测试系统的输入x有一增量 △x，引起输出y发生相应的变化△y时，则定义: S=△y/△ 2、线性度——标定曲线与拟合直线的偏离程度。 3、分辨力——仪器可能检测出输入信号最小变化量。分辨力除以满量程称分辨率。分 辨率是指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量。 负载效应：在实际测试工作中，测试系统和被测对象之间、测试系统内部个环节之间相互联接并因而产生相互作用。测量装置的接入，多数情况下要从被测对象内部吸收能量或功率，就成为被测对象的负载。或者说后接环节总是成为前面环节的负载。 减轻负载效应的措施： 对于电压输出的环节，减轻负载效应的方法有： 1、提高后续环节即负载的输入阻抗； 2、在原来两个相连接环节之间，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器。 3、使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前面环节吸收能量。例如，使用电位差
《机械工程测试技术基础》课程教学大纲 课程代码： 课程英文名称：Foundation of Mechanical Measure Engineering 课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化，机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2016 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 1．《机械工程测试技术基础》课程适用于机械设计制造及自动化专业本科（四年学制），是学生的专业基础必修课。在机械制造领域，无论是在机械系统研究过程分析还是机械自动加工控制系统中，工程测试技术应用及其普遍，所以掌握必要的测试技术基础知识和技术基础，对做好机械制造专业的工作尤为重要。 2．课程教学内容方面侧重于测试技术基本知识、基本理论和基本方法，着重培养学生运用所学知识解决实际测量问题的实践能力。因此，本门课程的教学目标是：掌握非电量电测法的基本原理和测试技术；常用的传感器、中间变换电路及记录仪器的工作原理及其静、动态特性的评价方法；测试信号的分析、处理方法。培养学生能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，使学生初步掌握进行动态测试所需的基本知识和技能；掌握位移、振动、温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量和应用方法；掌握计算机测量系统、虚拟仪器等方面的基础知识；并能了解掌握新时期测试技术的更新内容及发展动向，为进一步研究和处理机械工程技术问题打好基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．要求掌握物理学上的电磁学理论知识、控制工程基础中的系统分析方法、电工学的电路分析理论。 2．要求掌握电工实验独立动手能力和仪器的操作能力。 3．掌握测试技术基本知识、基本技能，具备检测技术工程师的基本素质与能力，能应对生产和科研中遇到的测试系统设计以及传感器的选型、调试、数据处理等方面的问题，初步形成解决科研、生产实际问题的能力。 （三）实施说明 本课程是一门技术基础课，研究对象为机械工程中常见动态机械参数，主要讲授有关动态测试与信号分析处理的基本理论方法；测试装置的工作原理、选择与使用。为后续专业课、选修课有关动态量的实验研究打基础，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试中。 1．从进行动态测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）掌握信号的时域和频域的描述方法，重点阐述建立明确的频谱概念，掌握信号强度的表达式、频谱分析和相关分析的基本原理和方法，了解功率谱密度函数及应用和数字信号分析的一些基本概念。明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。 （2）测试装置的基本特性部分:掌握系统传递函数、频响函数以及一、二阶系统的静动态特性的描述及测试方法，掌握测试装置的基本特性评价方法和不失真条件，并能正确运用于测试装置分析和选择。
《机械工程测试技术基础》课程试题A 一、填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为静态测量和动态测量。 2.测量结果与被测真值之差称为绝对误差。 3.将电桥接成差动方式习以提高灵敏度，改善非线性，进行温度补偿。 4.为了补偿温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在相邻。 5．调幅信号由载波的幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的频率携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是傅式三角级数的各项系数，而双边频谱图的依据数学表达式是傅式复指数级数中的各项级数。 7．信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为均方值，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，后者频谱特点是连续的。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是频率响应法和阶跃响应法。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= X(t-t0)。其几何意义是把原函数图像平移至t0的位置处。 二、选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将(C)。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。 A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是(D)。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，(C)是周期信号。 A ．5cos100()00t t x t t π?≥?=??
《工程测试技术》实验指导书 目 录 实验一 电阻应变 片 的 原 理 及 应 用………………………………………………………………3 实 验 二 电 容 式 传 感 器 的 原 理 及 应 用……………………………………………………………8 实 验 三 光 纤 传 感 器 原 理 及 应 用…………………………………………………………………11 实 验 四 光 电 和 磁 电 传 感 器 原 理 及 应 用 (14) 实验一 电阻应变片的原理及应用 一、实验目的： 1. 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 2. 比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 3. 了解全桥测量电路的优点。 二、实验设备： 双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、±5V 电源、差动放大器、电压放大器、万用表（自备）。 三、实验原理： ㈠ 单臂电桥实验 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为 ε?=?k R R （1-1）
式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化； k 为应变灵敏系数； l l ?=ε为电阻丝长度相对变化。 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片（R1、R2、R3、R4）分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。 图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图 通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图 1-2 所示 R6=R7=R8=R 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 R R R R E U ??+?? = 211/4 0 （1-2） E 为电桥电源电压； 式 1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为%10021??? -=R R L 图 1-2 单臂电桥面板接线图 ㈡ 半桥性能实验 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图1-3所示。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 R R E k E U ??=??= 220ε （1-3） 式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化； k 为应变灵敏系数； l l ?= ε为电阻丝长度相对变化。 E 为电桥电源电压。 式 1-3表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 图1-3 半桥面板接线图 ㈢全桥测量电路 全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差ζx2的关系是￠x2=H x2+óx2。 ３、测试信号调理电路主要有电桥、放大、调制解调电路。 ４、测试系统的静态特性指标有、、。 ５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。 ６、传感器按信号变换特性可分为、。 ７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。 ９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是 由误差引起的。 二、问答题（共30分） １、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） ２、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分） ３、选用传感器的原则是什么？（10分） 三、计算题（共55分） １、已知信号x(t)=e-t (t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (η) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。（10分）３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm， （1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格？ （ε0 = 8.85×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时， 求输出信号μy 。（7分） ５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 （2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。 (15分 一、填空题： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、Δó〈〈ó0定位 8、相邻相反相对相同 9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容 13、频率 14、鉴频、鉴频器 15、反比 16、带宽B 17、1 18、串联19、系统、随机 一、问答题 1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1）测量对象
关于机械工程测试技术的 发展及其应用领地的探索 1、引言21世纪是一个伟大的世纪，对于一个学习机械工程类的学生而言，要想在这个充满魔力的世纪里大放光彩，为祖国的繁荣发展贡献出自己的一份力量，在市场逐渐趋于饱和状态的同时能够独立创新，迎合时代的发展，这就对我们当代大学生就提出了一个空前的挑战和机遇。 2，关于我国机械制造业的现状目前，我国机械制造业远远落后于世界发达国家，特别在高技术含量，大型高效或精密、复杂的机电新产品开发方面，缺乏现代设计理论和知识的积累，实验研究和开发能力较弱，停留在引进与仿制国外同类产品阶段，大部分关键机电产品不能自主开发和独立设计，仍然需要依靠进口或引进技术。造成这种情况的重要原因之一就是缺乏掌握现代设计理论知识，具有实验研究和创新开发能力的人才 工业设备在制造过程及整机性能测试中离不开各种机械量和几何量，有些工业设备在运行中还要经常对多种物量进行检测或监视，包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、压力、流量、温度、硬度、密度、湿度、比重、黏度、长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等，这些均属于物理量。实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量（包括医学），而所有这一切，从信号工程的角度来看，都需要通过传感器，将其转换成电信号（近代还可以转换成光信号），而后再进行信号的传输、处理、存储、显示、控制……，
从信息的角度看，这些信号连同声音和图象信息都是信息的源头，所以传感器和检测仪表、测量仪表是信息科学技术的三部分（信息获取、信息传输、信息处理）中的重要部分 为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。逐步在世界范围内掀起一股“检测传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产，检测传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。传感器技术包括敏感机理，敏感材料，工艺设备和计测技术四个方面约有30多种技术。随着微电子技术的发展，传感器技术发展很快，我国研发的力量尚需大量投入，特别要加强具存自主知识产权的传感器的创新开发。科研成果的转化及传感器生产产业化问题，在我国更是迫在眉睫的问题，在批量生产情况下，控制传感器产品性能（主要是稳定性、可靠性），使之合格率达到商业化产业要求，就需要有先进的制造工艺和自动化水平很高的工艺设备，因此应在开发专用工艺设备上下功夫，解决传感器生产产业化的“瓶颈”问题。在传感器的应用上，特别是新型传感器的应用上，还得大力推广，改革开放创造了市场经济条件，各种工业设备应用了先进的传感器，这扩大了传感器市场，也使我国新型传感器生产产业化有了动力。 在传感器生产产业化过程中，应该在引进国际技术和自主创新两方面都不放松。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术，
机械工程测试技术基础 实验报告 学号：0801130801 学生: 俞文龙 指导老师：邓春萍
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。 五实验体会与心得 本次亲自动手做了应变片的的相关实验，对应变片有了进一步的认识，通过贴应变片组成电桥，认识并了解了应变片的粘贴工艺过程，以及对应变片在使用之前是否损坏的检查。通过实验，进一步了解了应变片在试验中的作用，同时也锻炼了自身的动手能力。
一、 填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。 2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。 3.将电桥接成差动方式习以提高 灵敏度 ，改善非线性，进行 温度 补偿。 4.为了 补偿 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 相邻 桥臂上。 5．调幅信号由载波的 幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的 频率 携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 傅氏三角级数中的各项系数 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 傅氏复指数级数中的各项系数 。 7．信号的有效值又称为 均方根值 ，有效值的平方称为 均方值2ψ ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是 离散的 ，后者频谱特点是 连续的 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 频率响应法 和 阶跃响应法 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 0()x t t - 。其几何意义是 把原函数图像平移至0t 位置处 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将(C)。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。
A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是(D)。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，(B)是周期信号。 A ．5cos100()00 t t x t t π? ≥?=? ?
机械工程测试技术基础第三版熊诗波 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm2 解答： ① ② ③ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
《机械工程测试技术基础》课后答案 章节测试题 第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特 点： ， ， 。 4、 非周期信号包括 信号和 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对 称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数???≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和222 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡
《机械故障诊断基础》教学大纲 课程类别：选修课(专业课) 适用专业；机械设计制造及其自动化 执行学时：24学时 一、本课程在培养计划中的作用 （一）本课程是一门专业课，研究的内容为机械系统动态信号处理与分析及以上内容在典型机械零部件运行过程中的状态分析与识别。在本课程中，培养学生利用所学知识正确分析与判断典型机械零部件运行过程中的状态的技能，并了解掌握故障诊断知识的更新及发展动向。 （二）基本要求 1 、从进行机械故障诊断所必备的基本知识与方法出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）机械系统动态信号处理与分析方法 （2）转轴组件的振动特性的描述及故障分析方法。 （3）滚动轴承的振动特性的描述及故障分析方法。 （4）齿轮箱的振动特性的描述及故障分析方法。 （5）红外检测技术。 （6）润滑油样分析。 2 、本课程实践性很强，所以实验课是达到本课程教学要求和使学生经受工程技术训练必不可少的环节。开设实验应不少于6学时，重点为典型机械零部件运行过程中振动信号的测试与分析，典型故障信号的分析与故障判断。 （三）与其它课程的联系 在学习本课程之前应具有《机械工程测试技术基础》课程的知识。 讲课学时的分配： 概述 1 学时 信号分析方法及应用 3 学时 机械故障诊断依据的标准 2学时 转轴组件的振动特性描述及故障分析 2 学时 滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 2学时
齿轮箱的振动特性的描述及故障分析 2 学时 红外检测技术 2学时 润滑油样分析 2 学时 实验 6学时 总讲课学时 22学时 考试 2 学时 二、课程内容的重点、先进性、实用性和特点 本课程属专业课，与前设课程《机械工程测试技术基础》课程衔接紧密，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试及状态判断中。 近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机技术的突破性进展，《机械故障诊断基础》课程从理论、方法到应用领域都发生了很大的改变。要求本课程的讲授要知识面广、实践性强，结合新理论、新方法及新的使用领域，使学生了解前沿动态。 三、授课大纲 概述 课程的内容、方法。诊断信息的来源、获取，典型故障示例，学习方法。 第一章信号分析方法及应用 1、时域分析与频域分析。 2、时域与频域的转换。 3、时、频域信号中蕴涵的信息分析。 第二章机械故障诊断依据的标准 1、故障诊断的绝对判断标准 2、故障诊断的相对判断标准 3、故障诊断的类比判断标准 4、几种判断标准的选用及判断实例。 第三章转轴组件的振动特性描述及故障分析 1、转轴组件的振动机理 2、转轴组件的振动原因识别 3、现场平衡技术 第四章滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 1、滚动轴承失效的基本形式 2、滚动轴承的振动机理 3、滚动轴承的振动监测及故障判别
武汉理工大学《机械工程测试技术》课程实验报告 专业：机械电子工程 姓名：大傻逼 年级：2019级 班级：测控1班 学号：201903704567
实验三等强度梁弯矩、拉力测试和标定实验 实验目的 学会制定梁的弯矩和拉力传感器制作方法；学会金属电阻应变片的标定方法；学会通过弯矩信号推导等强度梁的垂向结构参数（固有频率和阻尼比系数） 2实验原理 实验原理图： 应变片R1 R2 R3 R4接线图 （3）电桥的灵敏度 电桥的灵敏度Su是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小
Su=U/(ΔR/R)=0.25UO(ΔR1/R1+ΔR2/R2+ ΔR3 / R3- ΔR4 / R4)/(ΔR/ R) n=(R1/R1- R2 / R2+ R3/R3- R4/R4)/(ΔR/ R) 则Su=0.25n U1 式中，n 为电桥的工作臂系数 利用最小二乘法计算单臂全桥的电压输出灵敏度S，S = ΔV/Δm，并做出V～m 关系 在载物平台上加标准砝码，每加一个记录一个放大器输出电压值，并列表： 灵敏度为直线的斜率为 =（1.35+0.81+0.28）-（1.09+0.54+0）/3*2=0.135 V/k 实验图片贴片
贴片一 贴片二 固有频率和阻尼比的计算 在这个实验中，我们使用的是自由衰减法，以下是实验应该得到的曲线样本及物理模型。 做震动减弱原理图
实验步骤及内容 1，按要求，把各实验仪器连接好接入电脑中，然后在悬臂梁上粘紧压电式加速度传感器打开计算机，。。 2，打开计算机，启动计算机上的“振动测试及谱分析.vi ”。 3，选择适当的采样频率和采样点数以及硬件增益。点击LabVIEW 上的运行按钮（Run ）观察由 脉冲信号引起梁自由衰减的曲线的波形和频谱。 4，尝试输入不同的滤波截止频率，观察振动信号的波形和频谱的变化。 5，尝试输入不同的采样频率和采样点数以及硬件增益，观察振动信号的波形变化。 6，根椐最合适的参数选择，显示最佳的结果。然后按下“结束按钮，完成信号采集。最后我选择的参数是：采样频率sf 为512HZ,采样点数N为512点。 7，记录数据，copy读到数据的程序，关闭计算机。
工程测试技术实验 实验一 电桥加减特性 一、实验目的： 1. 熟悉各种方式的组桥方法。 2. 通过实验，验证电桥加减特性和补偿特性。 3. 对不同方式组桥得出的输出值进行比较并分析误差。 二、实验原理： 当电桥四臂分别产生电阻变化为△R 1、△R 2、△R 3、△R 4时，电桥的电压输出为 △U = (40U =?-?+?-?)44332211R R R R R R R R 4 0U K （4321εεεε-+-） 1. 电桥的输出与电阻变化或应变变化的符号有关（ ε 的符号：拉为“+”，压为“—”）即 对臂同号相加，对臂异号相减； 邻臂异号相加，邻臂同号相减。 2. 电桥的输出与桥臂系数n 有关。 △U = 4 U K εn 当一臂工作（受力）时，n = 1；当两臂工作时，n = 2；当四臂工作时，n = 4。提高桥臂系数可增大电桥输出。 三、实验装置及仪器： 1． 等强度梁 2． 静态电阻应变仪 四、实验要求： 本实验是进行实测所必须熟练掌握的最基本的技能训练，要求人人动手、动脑，独立思考，操作完成。 五、实验步骤： 1. 检查仪器情况（见静态电阻应变仪使用方法）。 2. 一切无误后开始组桥。分别按下列方式组桥，然后仪器调平衡（见静态电阻应变仪使用方法）后加载，将数据填入表格。每次组桥后都要重复以上步骤。 (1) 半桥接法，单臂工作。即应变片R1 受力，应变片R2作温度补偿片。（见①）
(2) 全桥接法，两臂工作。即两片应变片R1、R2邻臂同号受力，两应变片R3、R4作温度补偿片。（见②） (3) 全桥接法，两臂工作。即两片应变片R1、R2邻臂异号受力，两应变片R3、R4作温度补偿片。（见③） (4) 全桥接法，两臂工作。即两片应变片R1、R3对臂同号受力，两应变片R2、R4作温度补偿片。（见④） (5) 全桥接法，两臂工作。即两片应变片R1 、R3对臂异号受力，两应变片R2、R4作温度补偿片。（见⑤） （6）全桥接法，四臂工作。既四片应变片四臂异号受力。（见⑥） 组桥方式 记录项目 单臂 工作 两臂工作 四臂工作 邻臂同号 邻臂异号 对臂同号 对臂异号 四臂异号 加载重量 （ kg ） 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 输出 （μ ） 桥臂系数 （实测值，取 小数点后三位） 1 4. 结果分析 （1）结合电桥输出公式及实验原理，解释实验结果，得出结论。 （2）分析实验数据误差及原因。 六、思考题： 1. 直流电桥的平衡条件是什么？ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
《机械工程测试技术》 实验指导书 山东大学机械工程学院实验中心 2008年2月
目录 实验一信号分析实验——————2 实验二传感器的标定实验——————8 实验三测试装置特性实验——————————15 实验四静态应力应变测试实验——————23 实验五动态应力应变测试实验——————33 实验六机械振动测试梁的固有频率测定实验————42 实验七传感器应用---转速测量实验————48 实验八扭转振动测量实验————————38 实验九设计实验—————————————50
实验一信号分析 一、实验目的 1.掌握信号时域参数的识别方法，学会从信号时域波形中观察和获取信号信息。 2.加深理解傅立叶变换的基本思想和物理意义，熟悉典型信号的频谱特征，掌握使用频谱分析提取测量信号特征的方法。 3.理解信号的合成原理，观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 4. 初步了解虚拟仪器的概念。 二、实验原理 1．信号时域分析 信号时域分析又称为波形分析或时域统计分析，它是通过信号的时域波形计算信号的均值、均方值、方差等统计参数。信号的时域分析很简单，用示波器、万用表等普通仪器就可以进行分析。通过本实验熟悉时域参数的识别方法，能够从信号波形中观测和读取所需的信息，也就是具备读波形图的能力。 2信号频谱分析 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部和虚部 为纵坐标画图，称为时频－虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的 幅值。和相位为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱。
实验1 箔式应变片性能—单臂、半桥、全桥 1 实验目的 １．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 ２．测试应变梁变形的应变输出。 ３．比较各桥路间的输出关系。 2 实验原理 本实验说明箔式应变片及单臀直流电桥的原理和工作情况。 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电 阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臀四个电阻R １、R ２ 、R ３ 、R ４ 中，电阻的相对变 化率分别为ΔR １／R １ ，ΔR ２ ／R ２ ，ΔR ３ ／R ３ ，ΔR ４ ／R ４ 。当使用一个应变片时， ∑R＝ΔR／R；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑R＝2ΔR／R；用四个应 变片组成二个差动对工作，且R 1=R 2 =R 3 =R 4 =R，∑R＝4ΔR／R。 由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。 3 实验所需部件 直流稳压电源(士4V档，、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表。 4 实验步骤: 1．调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底)，" 十、一"输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用"调零"电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整"调零"电位器，使指针居"零"位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 2．按图(4)将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2 、R 3 和W D 为电 桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片(可任选上、下梁中的一片工作片)。直流激励电源为士4v。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。