机械工程测试技术及机械制造基础实验指导书资料

机械工程测试技术及机械制造基础实验指导书 实验一、霍尔传感器的直流激励特性 一、实验目的 加深对霍尔传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法，绘制霍尔传感器静态特性特性曲线，掌握数据处理方法。 二、实验原理 当保持元件的控制电流恒定时，元件的输出正比于磁感应强度。本实验仪为霍尔位移传感器。在极性相反、磁场强度相同的两个钢的气隙中放置一块霍尔片，当霍尔元件控制电流I不变时，Vh与B成正比。若磁场在一定范围内沿X方向的变化梯度dB/dX为一常数，则当霍尔元件沿X方向移动时dV/dX=RhXIXdB/dX=K，K为位移传感器输出灵敏度。霍尔电动势与位移量X成线性关系，霍尔电动势的极性，反映了霍尔元件位移的方向。 三、实验步骤 1. 有关旋钮初始位置：差动放大器增益打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置±2V档。

2. RD、r为电桥单元中的直流平衡网络。 3. 差动放大器调零，按图6－2接好线，装好测微头。 4. 使霍尔片处于梯度磁场中间位置，调整RD使电压表指示为零。 5. 上、下旋动测微头，以电压表指示为零的位置向上、向下能够移动5mm，从离开电压表指示为零向上5mm的位置开始向下移动，建议每0.5mm读一数，记下电压表指示并填入下表 X(mm） V(v) X(mm) V(v) 6. 用以上的位移和输出电压数据，绘出霍尔传感器静态特性的位移和输出电压特性V-X曲线, 指出线性范围。 7. 将位移和输出电压数据分成两组，用“点系中心法”对数据进行处理，并计算两点联线的斜率，即得到灵敏度值。 实验可见：本实验测出的实际是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它们的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。

实验二、电容传感器的直流特性 1.实验内容：加深对电容传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法，绘制电容传感器静态特性曲线，掌握数据处理方法。 2.实验步骤 1. 按图7－1差动放大器“+”、“－”输入端对地短接，旋动放大器调零电位器，使低通滤波器输出为零。电容变换器增益，处于最大位置（顺时针到头）。

2. 差动放大器增益旋钮开到中间，V/F表打到2V档，调节测微头，使输出为零。 3. 旋动测微头，改变振动台位置，每次0.5mm，记下此时测微器的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。

X(mm) V(v) 4. 退回测微器至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法记下X（mm)及V（v）值： X(mm) V(v) 5. 用以上的位移和输出电压数据，绘出电容传感器静态特性的位移和输出电压V－X特性曲线。 6. 将位移和输出电压数据分成两组，用“点系中心法”对数据进行处理，并计算两点联线的斜率，即得到灵敏度值。

实验三、金属箔式应变片－－单臂单桥的特性 一. 实验原理 金属箔式应变片是利用栅状金属片代替栅状金属丝。金属箔栅上丝系用光刻技术制造,线条均匀,尺寸准确,限值一致性好。箔片厚约1~10µm,散热性好。把应变片用特制胶水粘固再弹性元件或需要测量变形的物体表面上。在外力的作用下,电阻丝随该物体一起变形,其电阻值发生相应变化。由此被测量转换为电阻变。.单臂单桥这里是直流电桥,四个桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4,其中R4为电阻应变片。电桥调对称平衡后R1=R2,R3=R4。这是通常所说的第一种对称电桥,电桥工作在第一种对称形式下可获得最大的灵敏度。

  二. 实验步骤 1. 将差动放大其调零(方法见前面介绍差动放大器).调好后调零电位器不动,差动放大器增益电位器适当减少。 2. 观察梁上的应变片。 3. 根据图3-1的电路结构,利用电桥单元的接线柱和调零网络,用导线连接好测量线路(差动放大器接成同相反均可)

4． 上测微投,旋紧固定螺钉,转动测微头使双平行梁处于水平位置(目测)。 5． 将直流稳压电源开关打开±4V档,预热数分钟,调整直流电桥平衡电位器RD,使电压表指示为零。 6． 旋动测微头,记下梁端位移与表头显示电压的数值,每1mm记下位移指示值和电压表显示数值.填入下表: 位移mm 电压V

7.根据所得结果计算系统的灵敏S,并作出V-X关系曲线。  S＝△V/△X 8.若紧接着做下一个实验则不用拆接线.

实验四、金属箔式应变片三种桥路性能比较 一、实验原理： 说明实际使用的应变电桥的性能和原理。 已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、2△R／R、4△R／R。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4²E²∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。 三、实验步骤： 1．在完成实验一的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。 2．重复上实验的步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。 3．在同一坐标上描出V－X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。 单臂桥数据

位移mm 电压V

位移mm 电压V 位移mm 电压V

位移mm 电压V

位移mm 电压V

半桥数据 位移mm 电压V

位移mm 电压V

位移mm 电压V

位移mm 电压V

位移mm 电压V

全桥数据 位移mm 电压V

位移mm 电压V

位移mm 电压V 位移mm 电压V

位移mm 电压V

四、注意事项： 1．应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。 2．直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。 3．由于进行位移测量时测微头要从零－→正的最大值，又回复到零，再－→负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正△X的灵敏度与负的△X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。

实验五、加工误差统计分析 一、实验目的 1． 通过检测工件尺寸、计算，画出直方图，分析误差性质，理解影响加工误差的因素。 2． 掌握加工误差统计分析的基本原理和方法。 二、主要实验仪器及材料 1． 外径千分尺。 2． 工件200件。 三、掌握要点 数据的分组，正态分布曲线的绘制。 1． 本和样本容量： 采用调整法成批加工某种零件，随机抽取其中一定数量进行测量，抽取的这批零件称为样本。样本的件数称为样本容量,用n表示。 2． 尺寸分散与分散范围： 由于随机误差和变值系统误差的存在，这些零件加工尺寸的实际数值是各不相同的，这种现象称为尺寸分散。样本尺寸的最大值Xmax与最小值Xmin之差，称为分散范围。 3． 分组及组距d： 将样本尺寸按大小顺序排列，分成k组，则组距d为：d=（Xmax-Xmin）/k。 4． 分组数k的选定表如下：

样本容量n 50以下 50～100 100～250 250以上

分组数k 6～7 6～10 7～12 10～20 5． 际分布曲线（直方图）：以工件尺寸（或误差）为横坐标，以频数或频率密度作纵坐标，即可作出该批零件加工尺寸的等宽直方图。再连接直方图中每一直方宽度的中点(组中值)得到一条折线，即实际分布曲线，见右图。 6． 实践和理论分析表明，当用调整法加工一批工件时，其尺寸误差是由很多相互独立的因素综合作用的结果，如果其中没有—个因素起决定作用，则加工后零件的尺寸分布服从正态分布曲线(又称高斯曲线), 见右图。 式中 Y——正态分布的概率密度；

α——正态分布曲线的均值 σ——正态分布曲线的标准偏差 (均方根偏差) 特点： 1）.均值α决定正态分布曲线的中心位置，且在其左右对称。

当X=α时，是曲线Y的最大

值，即：；在X=α±σ处曲线有拐点；曲线以X轴为渐近线，曲线成钟形。 2）.标准偏差σ是决定曲线形状的参数。 σ值增大，则Ymax减小，曲线将趋于平坦，尺寸分散性越大；相反，σ值越小，则曲线瘦高，尺寸分散性越小。故σ值表明了一批工件加工精度的高低(σ值小，Ymax值

大，加工精度高)。 3）.分布曲线下所包含的全部面积代表一 批加工零件，即100%零件的实际尺寸都在这一分布范围内。 如右图中，C点代表规定的最小极限尺寸Xmin，CD代表零件的公差带，在曲线下面C、D 两点之间的面积代表加工零件的合格率。曲线下面其余部分的面积(图上无阴影线的部分)则为废品率。在加工外圆时，图上左边无阴影线部分相当于不可修复的废品，右边的无阴影线部分则为可修复的废品；在加工内孔时，则恰好相反。 四、实验内容 1． 在车床上连续加工一批试件（约100件），按加工顺序在测量其尺寸，并记录之。把测量所得的尺寸大小分组，每组的尺寸间隔为0。002毫米。 2． 实际分布曲线（直方图）：以工件尺寸（或误差）为横坐标，以频数或频率密度作纵坐标，即可作出该批零件加工尺寸的等宽直方图。再连接直方图中每一直方宽度的中点(组中值)得到一条折线，即实际分布曲线。 五、测量与处理数据 分组尺寸范围 (mm)

7.480- 7.485 7.485- 7.492 7.490- 7.495 7.495- 7.5 7.5- 7.505 7.505- 7.510 7.510- 7.515 7.515- 7.520 7.520- 7.525 7.525-

7.530

实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 实测尺寸(mm) 每组数量(个) 六、心得体会