机械工程测试技术基础

机械⼯程测试技术基础

第⼀章：概述

本系列实验课程是组成课程的重要环节，是理论课程的补充和完善。能够引导学⽣在科学实验的实践中，掌握⼀些基本的实验技能与实践⽅法，在安排实验时重点突出了学⽣动⼿能⼒、分析判断问题的能⼒以及解决问题的能⼒的培养。

在实验过程中，学⽣可以通过更直观的⽅法，了解理论课程中的⼀些知识点，不但加深对理论知识的理解和认识，同时，培养了学⽣求真务实的思想作风，以及理论联系实际的科学态度，提⾼了学⽣的综合素质，为学⽣的就业，创业奠定了⼀定的基础。

本系列实验是根据理论教学的顺序⽽设⽴的，且实验的安排也是根据理论教学的顺序和要求安排的。既注重了理论知识点的实验，⼜注重了这些知识点的联系，本系列实验所使⽤的测试仪器设备的选择⽐较典型。通过实验让学⽣掌握了机械⼯程测试⽅法和⼿段，对学习和掌握其它专业课程知识具有积极的作⽤。1

第⼆章：实验要求及注意事项1．实验前要认真复习有关理论知识、详细阅读实验指导书。预习有关测量⽅法；步骤以及有关测试实验设备的使⽤⽅法。针对不同的实验列出实验的实验⼤纲，并结合理论知识分析判断实验过程中出现的问题。2．严格按照实验室管理规定执⾏。

3．严格按照仪器设备的操作规程操作。

4．按照实验指导完成接线后经⽼师检查同意⽅可进⾏实验。

5．实验过程中遇到问题不要擅⾃处理，请指导⽼师解决。

6．实验完毕，整理实验设备、设施，搞好实验室卫⽣。

2

第三章：实验项⽬

实验⼀：信号的合成与分解实验

⼀、实验⽬的：1．掌握利⽤傅⽒级数谐波分析的⽅法

2．学习和掌握不同频率的正弦波相位差是否为零的鉴别和测试⽅法。

3．掌握带通滤波器的有关特性测试。

4．全⾯了解波形分析与合成的原理。

⼆、实验属性：

本实验为验证性实验。

三、实验仪器：1．XPF-4型谐波分析实验仪。

2．晶体管毫伏表

3．双踪⽰波器

四、实验要求：1．实验前认真收集资料，复习有关电⼦测量的⽅法，仪器使⽤⽅法，复习锯齿波、⽅波和频谱分量。

2．实验中应精⼼操作仪器，结合实验指导书完成每⼀实验步骤，对实验中出现的问题要认真分析。

3．实验完成后认真分析实验数据，按规定格式完成实验报告。

五、实验原理：XPF-4型谐波分析实验仪由信号源（锯齿波、⽅波）、带通滤波器（七个）、相位调节器（七个）、正反向选择器（七个）、幅度调节（七个）、加法器等部分组成，如图⼀所⽰。

信号源产⽣两种信号，锯齿波和⽅波，在⼏种典型⾮正弦周期信号中，谐波分量较丰富的是锯齿波。本系统采⽤七个同类型带通滤波器将锯齿波信号按傅⽒级数分解为⼀系列正弦波，适当选择调整各带通滤器的参数，得到中⼼频率为100HZ、200HZ、300HZ、……700HZ的带通滤器。从⽽实现了波形分解，分解为基波f0的整数倍，即：f n=nf0（对应⼆次谐波、三次谐波……七次谐波），被分解的谐波成分还可进⾏相位和幅值调节，并可按⼀定条件合成为⽅波、锯齿波等⾮正弦周期信号。3

4

图1-1 实验仪器原理图

六、实验步骤

⼀）锯齿波信号的分解与合成 步骤：1．⽤⽰波器观察锯齿波 即连接2

．将锯齿波送⼊分析仪3．⽤⽰波器⼀个通道连接基波即

GND 红线接f 0。4

．⽤⽰波器另⼀个通道连接分析仪输出 红线接输出。5．调⽰波器使两通道位置居中，（两通道共同显⽰） 6．调相位ф1使两通道波形（均为正弦波）相位相同

调ф2使⼆次谐波与基波相位相同，ф3……ф77．调正反向、根据锯齿波2、4、6……为负值将k 2、k 4、k 6反相。

8．调幅值11:A k '接通，调1A 为某⼀个数（1V 或0.6等）17

k k '' 从接地逐个调整为接通，幅值调好后再调⾄接地1k '接地，2

k '接通，调A2为12

A ， (7)

17

A 。

9．合成：①17

k k '' 逐个接通可看到锯齿波叠加波形

5

②1k '、3k '、5k '逐个接通可看到⽅波叠加

⼆）实验报告要求：1．详细总结波形分解与合成的原理；

2．总结波形分解与合成调节过程；

3．详细整理实验数据，并画出波形合成的图形。

实验⼆：电阻式传感器电桥和差特性实验

⼀、实验⽬的1．了解YD28A 型动态电阻应变仪的基本原理和组成：

2．了解YD28A 型动态应变仪的操作⽅法。

3．通过在测⼒环上加载试验，测得作⽤⼒P 与应变ε的关系。 4．观察各组成环的输⼊波形，分析各级波形的变化。 ⼆、实验属性

本实验为综合性实验、实验涉及本课程第⼆章⾄第五章的知识内容，即电阻式传感器，测试系统的特性，中间转换电路以及记录仪的原理与应⽤等。 三、实验仪器及器械材1．YD28A 型动态电阻应变仪 2．SC-16光线⽰波器 3．刚环测⼒架 四、实验要求

1．实验前认真收集资料，复习有关电⼦测量的⽅法，仪器使⽤⽅法。

2．实验中应精⼼操作仪器，结合实验指导书完成每⼀实验步骤，对实验中出现的问题要认真分析。

3．实验完成后认真分析实验数据，按规定格式完成实验报告。 五、实验原理

1．测量系统⽅框图

测量系统⽅框图如图2—1所⽰

图2—12．钢环测⼒架

如图2—2所⽰，钢环测⼒架上的钢环上贴有4⽚电阻应变⽚，内环上为R1R4，外环上为R2R3。⼿柄加⼒，千分表显⽰钢环变形的⼤⼩，当千分表显⽰变形量为0.10mm 丝时

相当于⼿柄对钢环加24公⽄的⼒。这时，应变⽚要发⽣变形。

图2-2 钢环测⼒架3．实验内容

3.1半桥单臂：

组成电桥的四个电阻有⼀个是可变电阻，即有⼀个是测⼒环上的电阻。如图2—3所⽰。

图2-3 半桥单臂电桥盒接线3.2半桥双臂

组成电桥的四个电阻有⼆个是可变电阻，即有测⼒环上的⼀个内环电阻和⼀个外环电

阻。如图2—4所⽰。6

图2-4 半桥双臂电桥盒接线3.3全桥：

组成电桥的四个电阻均为可变电阻，即四个电阻全为钢环上的电阻。如图2—5所⽰。

R1、R2——测⼒环内环电阻（或外环电阻）

R2、R4——测⼒环内环电阻（或内环电阻）

图2-5 全桥电桥盒接线图

六、实验步骤：1．⾸先对照附录A图4、5，YD-28A型动态应变仪的开关、旋钮，并检查各档开关、

旋钮是否恢复到测试前的初始位置。2．按照图2—1原理⽅框图接线

3．打开电源箱开关，预热仪器10分钟。

4．以半桥单臂的⼯作状态接⼊电桥盒，如图2—3所⽰。

5．将电桥接⼊的相应通道调零。

7

6．将衰减旋扭调⾄合适的位置。

7．对被测量进⾏标定使光线⽰波器感光纸上的记录位置适当。

8．在测⼒环上加载，读取和记录各种载荷下相应的应变。

9．以半桥双臂⼯作状态下接⼊电桥盒，如图2—4所⽰。重复第5、6、7、8步骤。

10．以全桥⼯作状态接⼊电桥盒，如图2—5所⽰。重复第5、6、7、8步骤。

七、实验报告要求1．简述电阻应变⽚的基本原理，以及桥臂变换对测量的影响。

2．整理数据，画出载荷——应变曲线，并求出各种电桥的灵敏度。

实验三：光线⽰波器振⼦的幅频特性实验

⼀、实验⽬的：1．了解光线⽰波器的使⽤⽅法。

2．掌握振⼦的幅频特性的测量⽅法。

3．熟悉振⼦的幅频特性的规律。

⼆、实验属性：

本实验为验证性实验

三、实验仪器1．SC-16光线⽰波器

2．信号发⽣器

四、实验要求1．实验前认真收集资料，复习有关电⼦测量的⽅法，仪器使⽤⽅法。

2．实验中应精⼼操作仪器，结合实验指导书完成每⼀实验步骤，对实验中出现的问题要认真分析。3．实验完成后认真分析实验数据，按规定格式完成实验报告。

五、实验原理1．振⼦的特性参数

振⼦的特性参数如表⼀：8

9表⼀：

测定FC6-1200 FC6-400振⼦的幅频特性： 1．FC-1200振⼦的幅频特性测量1）按图3-1接线图接线 2）调整信号发⽣器使光线⽰波器输⼊频率分别为：600、800、1000、1050、1100、1150、1200、1250。

3）分别⾛动光线⽰波器感光纸，量出不同频率下振⼦的幅值⼤⼩。

2．FC6-400振⼦的幅频特性测量： 1）按图3-1接线图接线

2）调整信号发⽣器使光线⽰波器输⼊频率分别为：50

100150200250300330350370390

400420450500550600

3）分别⾛动光线⽰波器感光纸，量出不同频率下振⼦的幅值⼤⼩。

4）实验数据

（2）测定FC6-1200振⼦的幅频特性

六、实验报告要求1．简述光线⽰波器振⼦的⼯作原理。

2．画出振⼦的幅频特性曲线。

3．整理实验数据，并分析不同振⼦的幅频特性。

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第四章：实验项⽬涉及的主要仪器设备简介

附录A：XPF型谐波分析仪主要性能简介XPF-4型谐波分析实验仪由信号源（锯齿波、⽅波）、带通滤波器（七个）、相位调节器（七个）、正反向选择器（七个）、幅度调节（七个）、加法器等部分组成，如图⼀所⽰。

信号源产⽣两种信号，锯齿波和⽅波，在⼏种典型⾮正弦周期信号中，谐波分量较丰富的是锯齿波。本系统采⽤七个同类型带通滤波器将锯齿波信号按傅⽒级数分解为⼀系列正弦波，适当选择调整各带通滤器的参数，得到中⼼频率为100HZ、200HZ、300HZ、……700HZ的带通滤器。从⽽实现了波形分解，分解为基波f0的整数倍，即：f n=nf0（对应⼆次谐波、三次谐波……七次谐波），被分解的谐波成分还可进⾏相位和幅值调节，并可按⼀定条件合成为⽅波、锯齿波等⾮正弦周期信号。

图1 实验仪器原理图11

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附录B ：YD 型动态电阻应变仪主要性能简介YD-28A 结构与⼯作原理

电阻应变仪是利⽤⾦属材料的特性，把机械量转换成电量的测量仪器，应变测量的转换元件应变计，它是⽤极细的⾦属电阻丝烧成或⽤⾦属箔⽚印刷腐蚀⽽成，⽤粘贴剂将应变计牢固地贴在试件上，当被测试件受外⼒作⽤下，长度发⽣相对变化AI ．ZL ，粘贴在试件上的电阻应变计也相应变化，应变计的电阻值也发⽣了变化A1VR ，这样就把机械量——变形转换电量——电阻值的变化⽤灵敏的电阻测量仪器——电桥，测出电阻值的变化AR ／R ，就可以换算出相应的应变，如果这电桥⽤应变来刻度，就可以直接读出应变，完成了⾮电量的电测，应变仪就是按照该原理进⾏定标的，电阻应变计的“应变效应”是指上述机械量转换成电量的关系，⽤电 阻应变计的“灵敏系数”K 来表征：//R L R K R L R ε=

=

仪器⼯作原理框图如图1所⽰：

电桥按120fl 设计的，图2中的凡和n2为半桥测量时的外接应变计，在电桥盒内有两个120t2精密⽆感线绕电阻作为半桥测量时的内半桥，全桥测量时则将该两个电阻断开，电桥图2的A 、C 端是由直流稳定桥压为对称联接。在⽆信号时，按⾃动调零使输出为零，当试件受⼒产⽣变形时，由“应变效应”⽽引起桥臂应变计阻值变化,~R ／R ，破坏了电桥的平衡，B 、D 端有⼀个AU 的电压输出，见图2。1144R U E K E R ε??≈

≈

仪器的频率特性见图3。