测试技术实验指导书(2017年04)

《测试技术实验指导书(2017年04)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测试技术实验指导书(2017年04)（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、机械工程机械工程测试测试技技术术基基础础 实验指导书实验指导书戴戴 新新 编编广广 州州 大大 学学2017.42017.4前前 言言 测试技术顾名思义是测量和试验的技术。测试技术学习的最终目的是要解决实际问题，所以和理论课程相比，测试技术的实践环节显得更为关键。 机械工程测试技术实验旨在提高学生综合应用从各门课程中学到的单元技术知识，独立构建、调试测试系统的能力，强化学生对测试系统工程实际的感性认识。它综合体现了各种单元技术在测试工程实际中的应用，是测试专业的学生接触工程实际的开始。测试技术覆盖了很多知识领域，从测试信号的基本概念到现代测试信号分析方法，从传感器的基本原理到一个复杂大型的测试

2、系统的建立，但在实际中，无法在一门课程里囊括所有这些知识和经验。本指导书根据目前实验室现有的实验条件及教学计划中的学时数，紧密结合理论教学，选择了一些重要的基本内容，实验主要为验证性实验，采用传统的实验模式，由实验教师指导学生完成实验。通过实验，希望能够使学生牢固、熟练地掌握各种测试仪器的使用，学会调试测试系统的基本方法，包括传感器的使用，信号调理电路、数字化电路及显示单元的调试，在此基础上初步学会自行组建测试系统，并能够独立调试。具体内容应包括：a.常用测试仪器的使用：在传感器使用及系统组建、调试的过程掌握示波器、数字万用表、信号发生器、稳压电源等的使用。b.传感器的使用：熟悉热电偶传感器、

3、加速度传感器、液位传感器、转速传感器等原理及使用。c.常见物理量测试实验：温度测试实验、转速测试实验、液位测试实验、振动测试实验。由于条件限制，以上的实验内容还只能部分涉及。实验完成后按要求应提交实验报告。实验报告是一种工程技术文件，是实验研究的产物。学生完成教学实验写出的报告，会为将来进行工程实验、科学研究书写实验报告打下基础，乃至于养成一种习惯，因此应按工程实际要求学生：内容如实，数据可靠；语言明确、简洁；书写工整、规范 。实验报告的基本内容应包括实验题目、实验目的、实验仪器和设备（必要时画出连接图） 、实验方法、实验结果（包括图表、数字、文字、表达式等） 、对实验方法或结果的讨论、结论、

4、参考资料、附录（实验中的图表等） 。目目 录录实验一 传感器静态、动态性能标定1实验二 用“李萨如图形法 ”测量简谐振动的频率 .8实验三 用富利叶“频谱法”测量简谐振动的频率 12实验四 简谐振动幅值测量 .15实验五 机械振动系统固有频率的测量 .18实验六 光纤传感器的位移特性实验.23实验七 压阻式压力传感器的特性实验.25实验八 超声波传感器的位移特性实验.27实验九 电阻应变片测量梁应力.29附录一 BZ2101 单通道电荷放大器使用说明 33附录二 ZK 型虚拟测试振动与控制实验装置的 组成与使用方法 .38附录三 BZ2205C 静态电阻应变仪使用说明 .48- 1 - 实验一

5、实验一 传感器静态、动态性能标定传感器静态、动态性能标定一、实验目的一、实验目的1、了解电涡流位移传感器和压电加速度传感器的结构、工作原理及其应用。2、熟悉电涡流位移传感器和压电加速度传感器灵敏度标定所用仪器。3、掌握电涡流位移传感器和压电加速度传感器灵敏度标定的校准台法，了解其他的标定方法。二、实验原理二、实验原理（一）压电加速度传感器灵敏度标定1、灵敏度压电加速度传感器的灵敏度有两种表述方法：当它与电荷放大器配合使用时，用电荷灵敏度 Sq 表示。即：)/(2msPCaQSq与电压放大器配合使用时用电压灵敏度 Sv 表示。即：)/(2msmVaUSa v式中 Q 压电传感器输出电荷（PC）

6、；Ua压电传感器的开路电压（mV） ；a 被测加速度（ms-2） 。 2、压电加速度传感器灵敏度的标定方法实验室常用的标定方法一般有校准台法、比较法和互易法三种。（1）校准台法 加速度传感器校准台是一个能产生一定频率好一定加速度峰值的振动台。例如本实验中所使用的“JB-3B 型振动传感器校准台” ，其内部可产生频率为 10Hz1280 Hz、加速度峰值为 2.5m/s2100 m/s2的标准正弦加速度信号。将被标定的加速度传感器直接安装在振动系统的台面上，使其承受峰值为 10 m/s2加速度的振动，根据前置放大器的输出电压值便可确定加速度传感器的灵敏度值。这种标定方法的精度为 62%。注意电荷

7、放大器是先将加速度传感器输出的电荷量转化为电压量，然后再经放大输出。确定传感器的电荷灵敏度时，要考虑放大器的增益。（2）比较法 此方法是取一个经过计量部门标定过的加速度传感器和前置放大器作为基准，与需求校准的加速度传感器作对比试验，确定被标定传感器的灵敏度。标定时，将被标定传感器与基准传感器按背靠背的方法装在同一轴线上，承受同样的振动。分别测量出被标定传感器与基准传感器的输出振动量，- 2 - 然后折算出被标定传感器的灵敏度。（3）互易法 此法不是通过直接测量振动量来确定灵敏度，而是应用互易原理，采用测量其他电量的方法求得灵敏度。一般情况下可以用两个同类型的加速度传感器进行互易，也可以用加速度

8、传感器与振动台内部的速度线圈进行互易。这种方法的标定精度可达 0.5%。（二）电涡流位移传感器灵敏度标定电涡流位移传感器实质上是一个扁平状线圈，它与电容组成并联谐振回路，其谐振频率为CL101在测量前，传感器远离被测物体，线圈中通以一定频率的交变电流 I，此时回路阻抗最大。当线圈与导体距离 x 变化时，由线圈与电容组成的并联谐振回路的阻抗会改变，回路输出电压随之变化，电压 V0与距离 x 存在一定关系，如图 1所示。由输出电压的大小可测得距离 x 的量值。V0图 1 并联谐振回路输出电压与距离之间的关系 电涡流位移传感器的灵敏度值 Sv 可由下式求得：)/(0mmVxVSv（三）传感器和测量系

9、统的动态特性标定传感器和测量系统的动态特性标定的目的是确定传感器和测量系统的频率使用范围、误差和相位特性。通过幅频特性可确定测量系统的频响和幅值误差，通过相频特性看确定测量系统的输入和输出之间的相位差。本实验主要是测量幅频特性。当振动台的振幅恒定，改变其振动频率，测量出被标定传感器相应于各频率下的输出量。以频率比 f/fn（振动台的激励频率与传感器的固有频率之比）为横坐标，以幅值比 Ai/Ao（被标定传感器的输出值与振动台输入信号幅值之比）为纵坐标，即可得幅频特性曲线。幅频特性曲线的平直部分即为理想的动态范围。从幅频特性曲线上读取峰值 Am，由下式求得传感器的阻尼比 。- 3 -21 1112

10、1 mA求传感器的固有频率有以下两种情况：当标定位移传感器时，传感器的固有频率远小于振动频率，这时位移传感器的固有频率为：221 ffn当标定加速度传感器时，传感器的固有频率远大于振动频率，这时加速度传感器的固有频率为：21ffn三、实验装置三、实验装置1、JX-3 型振动传感器校准仪2、BZ2101 电荷放大器(使用说明见附录)3、双踪示波器4、85745 系列前置器5、YD-1 型压电加速度传感器6、电涡流位移传感器7、数字万用表四、实验内容及步骤四、实验内容及步骤 、 YD-1 型型压电压电加速度加速度传传感器灵敏度感器灵敏度标标定定1、将加速度传感器用 M5 螺丝头固定在校准仪振动台面

11、上。注意：安装传感器时应使用传感器固定扳手，以免损坏校准仪振动台弹簧。2、将被标定的加速度传感器与电荷放大器的输入端连接；将电荷放大器的输出端与数字万用表的交流电压输入端连接，输入电压一般应小于 2V。实验仪器连接框图如图 2 所示。注意：电荷放大器的设置请参考 BZ2101 型电荷放大器的使用说明。电荷 放大 器数字万用表双踪示波器校准台加速度计图 2 加速度传感器灵敏度标定实验仪器框图- 4 - 3、将“频率选择”开关置于“80Hz” 。在标定传感器时，一般应将频率固定在“80Hz” 。4、将“功能选择”开关置于“加速度”位置。5、将“振幅调节”电位器调至最小；然后将电源开关置于“开” 。

12、6、调节“振幅调节”电位器，使校准台振动加速度输出幅值为 10(m/s2)。此时显示窗示值为：10.0。7、用示波器观察电荷放大器输出电压的波形，应为不失真的正弦波；同时，用数字万用表的交流电压作为电荷放大器的输出电压。8、根据电荷放大器输出电压的实测值和电荷放大器在输入加速度为 10(m/s2)时的标准输出电压值，即可计算出被测传感器的标定误差。%100标准值实测值标准值误差注意：标准值是由电荷放大器设置所决定的输出电压理想值。当输入加速度为 10m/s2时，电荷放大器的理想输出电压值应为 1V（峰值） ，则数字万用表上的理想电压值读数应为 707.0mV（有效值） 。亦即理想电压灵敏度应该

13、为 SV理=100mV/ms-2，根据关系式 Sq=SV(Ca+Cc)，可得传感器的理想电荷灵敏度为 SQ理=（100mV/ms-2）（传感器总电容值 PF）,若传感器总的电容值为 800PF 时，SQ理=8.00PC/ms-2。9、加速度传感器的实际电荷灵敏度标定值：调整电荷放大器的灵敏度适调旋钮至其输出电压幅值为 1V（有效值为 0.707V） 。这时的灵敏度适调旋钮的指示值即是被校加速度计的电荷灵敏度 Sq（pC/ms-2） 。 、 加速度加速度传传感器及感器及测测量系量系统动态统动态特性特性标标定定标定加速度传感器及测量系统的动态特性。1、完成加速度传感器灵敏度标定步骤 1、2。2、将

14、“功能选择”开关置于“加速度”位置。3、将“振幅调节”电位器调至最小；电源开关置于“开” 。4、将“频率选择”开关分别依次置于“40 Hz” 、 “80Hz” 、 “160Hz” 、“320Hz” 、和“640Hz”位置，相应的在各个频率下，调节“振幅调节” 电位器，使校准台振动加速度输出幅值保持为 10 m/s2。5、用数字万用表的交流电压作为电荷放大器的输出电压。6、根据电荷放大器输出电压的实测值和相应的校准台振动频率之间的一一对应关系，即可得出加速度传感器及测量系统的幅频动态响应曲线。 、 电涡电涡流位移流位移传传感器灵敏度感器灵敏度标标定定- 5 - 1、 静静态标态标定定1）将电涡流

15、位移传感器安装在传感器校准台的静态标定台上。2）将传感器、前置器与数字万用表正确连接。电涡流位移传感器静态标定装置框图如图 3 所示。JX-3B 静态标定台电涡流传感器前置器数字 万用表图 3 电涡流位移传感器静态标定装置框图 3）读出千分尺移动距离 x(m)和前置器相应的输出电压 U（mV） ，通过连接各点数据，或经曲线拟合，即可得到电涡流传感器静态标定曲线。确定线性段中点的灵敏度值 S静（mV/m） 。2、 动态标动态标定定1）将测试台面、电涡流传感器固定支架、传感器固定套及电涡流传感器依次固定在校准仪的控制面板上。2）将电涡流传感器、前置器、示波器及数字万用表正确连接（见图 4） 。前

16、置 器数字万用表双踪示波器JX-3B 型传 感器校准台电涡流传感器图 4 电涡流传感器动态标定系统框图 3）将前置器电源接线端子与-24V 电源正确连接。4）将“频率选择”开关置于“80Hz” 。5）将“功能选择”开关置于“位移”位置。6）将“振幅调节”电位器调至最小；电源开关置于“开” 。7）将传感器的间隙电压调至 8.5V（直流）左右。8）根据被测传感器的满量程值，调节“振幅调节”电位器，使校准仪的振动位移输出幅值为一适当值。此时，显示窗显示为位移的峰峰值，如400m。 9）用数字万用表测量前置器的输出交流电压；用示波器监视输出电压波形。根据数字万用表的电压读数（实测值） ，可得传感器的标定灵敏度。电涡流传感器标定灵敏度的相对误差为：- 6 -%100标准值实测值标准值误差式中：标准值传感器标称灵敏度（一般为 8 mV/m） 。五、实验报告要求五、实验报告要求1. 加速度