《机械工程测试技术》实验指导书.docx

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1、机械工程测试技术实验指导书王安敏机械基础实验中心特色实验分中心青岛科技大学2010.03青岛科技大学学生实验守则一、学生必须按规定时间参加实验，不得迟到、早退。迟到十分钟以上者，不得参加本次实验。二、实验前要认真预习实验指导书，明确实验目的、原理、仪器设备、内容、注意事项等，能正确回答老师提问。预习不合格者，教师有权取消其本次实验资格。三、爱护仪器设备，节约使用材料，不准动用与本实验无关的仪器设备及其它物品，不准将实验室的任何物品带出室外。四、实验室内应保持安静，不准高声喧哗和打闹，不准抽烟，不准随地吐痰和乱抛纸屑杂物。五、实验完毕应及时切断电源、水源、气源，由指导教师检查仪器设备、工具、材料

2、及实验记录后，经允许方可离去。六、对违反实验室规章制度和操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备，私自拆卸仪器而造成事故和损失者，要立即报告并写出书面检查，视情节轻重和态度按有关规章制度处理。七、在实验中因某种原因而损坏实验器材者，由实验指导教师按有关规定，提出赔偿意见，学生应到指定地点办理赔偿手续。青岛科技大学实验一金属式应变片单臂、半桥、全桥性能比较及其温度影响实验2实验二差动变压器的性能实验5实验三电容式传感器的位移特性实验7实验四电涡流传感器位移特性实验一被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验8实验五霍尔式传感器测速实验10实验六磁电式转速传感器测速实验H实验七热电阻、热电偶的特性和应

3、用12实验八RS485数据采集系统实验14一、金属式应变片单臂、半桥、全桥性能比较及其温度影响实验1实验目的1. 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；1.2 比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点；1.3 了解全桥测量电路的优点；1.4 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论;1.5 了解温度对应变片测试系统的影响。2实验设备应变式传感器实验模块、应变式传感器、祛码、数显表、15V电源、4V电源、万用图M应变式传感器安装示意图表（自备）。3实验步骤3.1实验一3.1.1根据图IT应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的

4、R、R2、R3、Rlo加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，Rl=R2=R3=R=350C,加热丝阻值为50Q左右；3.1.2接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调签，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器RW4,使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源；图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图3.1.3将应变式传感器的其中一个应变片R（即模块左上方的Rl）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R?接

5、成直流电桥（R5、R6、尺模块内已连接好），接好电桥调零电位器RW”接上桥路电源4V（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节RW”使数显表显示为零；3.1.4 在电子秤上放置一只祛码，读取数显表数值，依次增加祛码和读取相应的数显表值，直到500g（或20Og）祛码加完。记下实验结果填入表1-1,关闭电源；重量（g）电压InV）3.1.5 根据表IT计算系统灵敏度S,S=（ZXu输出电压变化量：重量变化量）计算线性误差：n=MYl.s100%,式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，YFS一满量程输出平均值，此处为50Og或200g。3.2实验二3

6、.2.1传感器安装同实验一。做实验一的2步骤，实验模块差动放大器调零。3.2.2根据图1-3接线。RkR2为实验模块左上方的应变片，注意R2应和RI受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源4V,调节电桥调零电位器RWl进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一3、4的步骤，将实验数据记入表1-2,计算灵敏度S=ZuZW,非线性误差出。若实验时无数值显示说明R2与Rl为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。接主控箱电接数显表接主控箱电源输出V地OO源输出RlR2R3R4仇E不欢仪弓限47图1-3应变式传感器半桥实验接线图表1-2半桥测量时

7、，输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）3.3实验三3.3.1根据图1-4接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。接主控箱接数显表电源输出Vj地接主控箱 电源输出图1.4应变式传感器全桥性能实验接线图表13全桥输出电压与加负载重量值重址(g)电压(mv)3.3.2根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由(注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同)。3.4实验四3.4.1保持实验三实验结果；3.4.2将2oOg祛码加于祛码盘上，在数显表上读取某一整数U。”3.4.3将5V直流稳压电源(主控箱)

8、接于实验模块的加热器插孔上，数分钟后待数显表电压显示基本稳定后，记下读数Uol,ULUM即为温度变化的影响。计算这一温度变U-U化产生的相对误差=3生100%o二、差动变压器的性能实验1实验目的1.1了解差动变压器的工作原理和特性。2实验设备差动变压器实验模块、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡器）、直流电源、万用表。3实验步骤3.1 根据图2-1,将差动变压器装在差动变压器实验模块上；3.2 在模块上按照图2-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4-5KHZ（可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测）。调节幅度使输出幅度为峰

9、-峰值Vp-p=2V（可用示波器监测：X轴为O.2ms/div、Y轴CHl为IV/div、注：CH2为20mVdiv）判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，设另外两个线圈的任一端为同名瑞，按图2-2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p=2V波形）比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判断直到正确为止。图中（1）,（2）（3）、（4）为模块中的实验插孔。）；差动变压器 模块测量架图2 2双线示波器与差动变压

10、器连接示意图图2-1差动变乐器电容传感器安装示意图3.3 旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值Vp-p为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入表2-1。再从VP-P最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系；3.4 实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残存电压大小，根据表2-1画出画出Vp-pX曲线，作出量程为lmm、3mm灵敏度和非线性误差。表2-1差动变压器位移AX值与输出电压VP-P数据表V(mV)Omm+X(m

11、m)VpP最小三、电容式传感器的位移特性实验1实验目的1.1了解电容式传感器结构及其特点2实验设备YL系列传感器与测控技术综合实验台。3实验步骤3.1 按图IT安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上；3.2 将电容传感器连线插入电容传感器实验模块，实验线路见图37；O电容传感龄实验模块杭州英豪科技有限公词 图3-1电容传感器位移实验接线图3.3将电容传感器实验模块的输出端Vol与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），RW调节到中间位置；3.4接入土15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表3T；3.5根据表3-1数据计算电容传感器的系

12、统灵敏度S和非线性误差fo表3-1电容传感器位移与输出电压值X(mm)V(mv)四、电涡流传感器位移特性实验一被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验1实验目的1.1 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性；1. 2了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。2实验设备2. 1电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。2.2铜和铝的被测体小圆片。3实验步骤3. 1根据图4-1安装电涡流传感器；3.2 观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈；3.3 将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件（传感器屏蔽层接地）；3.4 将实验模块输出端

13、Vo与数显单元输入端Vi相接，数显表量程切换开关选择电压20V,在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体；3. 5用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+15V的插孔中；3.6 使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果列入表4-1；3.7 根据表4-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为Imm、3mm、5mm时的灵敏度和线性度；3.8 将原铁圆片换成铝和铜圆片；3.9 重复实验步骤3、4、5,进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，

14、分别记入表4-2和表4-3；3.10 根据表4-2和表4-3分别计算量程为InIm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）；3.11 比较实验所得的结果，并进行小结。按主控箱tt址表表4-1电涡流传感器位移与输出电压X(Jnm)V(V)表4-2被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据X(mm)-表4-3被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据X(mm)V(V)五、霍尔式传感器测速实验1实验目的1.1了解霍尔式传感器测速实验；2实验设备霍尔转速传感器、直流源+5V、转速调节2-24V、转动源单元、数显单元的转速显示部分;3实验步骤3.1 根据图5-1,将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面的磁

15、钢；3.2 将5V直流源加于霍尔元件电源输入端，红（+）绿（，）黄（F。）；3.3 将霍尔转速传感器输出端（黄）插入数显单元Fin端；3. 4将转速调节中的2-24V转速电源引到转动源的2-24V插孔；3.5 将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示转速；3.6 调节电压使转动速度变化，观察数显表转速显示的变化。图5-1霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图六、磁电式转速传感器测速实验1实验目的1.1了解磁电式转速传感器测速的原理及其应用。2实验设备磁电传感器、数显单元测转速档、转速调节2-24V,转动源模块。3实验步骤3.1磁电式转速传感器按图5-1安装，传感器端面离转动盘

16、面2mm左右，并且对准反射面内的磁钢，将磁电式传感器输出端插入数显单元F”,孔，（磁电式传感器两输出插头插入面板上的两个插孔）；3.2将波段开关选择转速测量档；3.3将转速调节电源2-24V用引线引入到面板上转动源单元中转动电源2-24V插孔，合上主控箱电源开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压，观察转速变化情况。图7.1集成温度传感器实验原理图接主控箱电源输出图7 2热电阻测温特性实险七、热电阻、热电偶的特性和应用1实验目的1.1 了解热电阻的特性与应用；1.2 了解热电偶的特性与应用。2实验设备加热源、K型热电偶、Ptloo热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模块、数显单元、万用表

17、。3实验步骤3.1将温度源模块上的220V电源插头插入主控箱两侧配备的220V控制电源插座上；3.2注意：首先根据温控仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，（见附录一）学会基本参数设定。3.3 选择控制方式为内控方式,将热电偶插入模块加热源的一个传感器安置孔中。将K（或E型、或PtlOO热电阻）热电偶自由端引线插入温度源模块上的传感器插孔中，红线为正极，它们的热电势值不同，从热电偶分度表中可以判别K性和E型（E型热电势大）热电偶。3.4 将集成温度传感器加热端插入加热源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，见图7T,另一端插入b孔上，a端接电源+4V,b端与电压表Vi相接；3

18、.5 将PtlOO伯电阻三根引线引入“Rt”输入的a、b：用万用表欧姆档测出PtlOO三根引线中短接的两根根线接b端。这样Rt与R3、RI.RWl、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。RWl中心活动点与R6相接，见图7-2；3.6 在端点a与地之间加直流源2V,合上主控箱电源开关，调RWI使电桥平衡，即桥路输出端b和中心活动点之间在室温下输出为零；3.7 加上15V模块电源，调RW3使Vo2=0,接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零；3.8 设定温度值50C,将PtlOO探头插入温控模块的一个插孔中，开启加热开关，待温度控制在50C时记录下电压表读数值，重新设定温度值为50C+nZ

19、t,建议t=5oC,n=l10,每隔In读出数显表输出电压与温度值，将结果填入表7T；表Kt(0C)V(mv)3.9根据表7-1值计算其非线性误差。3.10选择控制方式为内控方式，将热电偶插到温度模块插孔中，K型的自由端接到温控模块上的传感器插孔；3.11将E型热电偶自由端接入温控模块上标有热电偶符号的a、b孔上，参见图7-2热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端；3.12将R5、R6端接地，打开主控箱电源开关，将Vo2与数显表单元上的Vi相接，调Rw3使数显表显示零位，设定温控模块仪表控制温度值T=50C；3.13去掉R5、R6接地线，将a、b端与放大器R5、R6相接，观察温控仪

20、指示的温度值，当温度控制在50C时，调Rw2,对照分度表将信号放大到比分度值大10倍的指示值，以便读数，并记录下读数；3.14重新设定温度值为50C+n.t,建议4t=5C,n=l10,每隔In读出数显表输出电压与温度值，并记入表7-2；表7-2E型热电偶电势（经放大）与温度数据T+ntV(mv)3.15根据表7-2计算非线性误差。附录：附：分度表(c)-50050100ISO200300400-50060080012001481600IMX)热E(mv)030476.317978713.41921.0332894336,99945.08561066电偶K(mv)02.02240M61378.13712.0273.26142345237734511.947143616.771热Cu50()3924SO60.771.482.13电Pjoo（八）80.3100)19.41385157.31175.8421102247.04210.90313.59375.57八、RS485数据采集系统实验多功能数据采集系统的引入为高年级学生、研究生或工程技术人员提供了理想的实验模型和应用模块，主要应用如下：1 .检测与转换技术的课程实验、计算机控制课程的数据采集实验系统，过程控制系统的对象辨识，智能控制的算法研究等2 .可以作为工程技术人员的应用和实验模块。