测试技术实验指导书.docx
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测试技术实验指导书
测试技术实验指导书
梁远编写
黑龙江八一农垦大学工程学院
2005年7月20日修订
机械负载应变仪的电特性
[实验目的]
ØØ 学习应变仪在受拉或受压时的电特性。
ØØ 能定性地描述出应变仪在受拉或受压时阻值的变化。
[实验原理及说明]
应变仪是由电阻丝组成的，当应变仪受拉时电阻值增大，当应变仪受压时电阻值减小。
这种变化是由于当应变仪受拉或受压时，电阻丝的长度、横截面积和电阻率发生了变化引起的。
变形臂上、下两面的应变片是用于测量，为了大体上检测应变仪的电特性，只要用手给变形臂施加一个力就可以观察出应变仪的电特性。
[实验仪器]
序号
数量
名称
1
1
变形臂
2
1
数字万用表
3
1
电源分配器
[实验內容及步骤]
ØØ 把变形臂上面的应变片接入数字万用表中。
ØØ 轻轻地向下压变形臂，定性地描述应变片阻值的变化，并记录变化量于表1中。
ØØ 轻轻地向上压变形臂，定性地描述应变片阻值的变化，并记录变化量于表2中。
ØØ 计算一下第二步中电阻变化的百分比，公式如下：
□R%=□RSG/RSG·100，将计算结果填入表3中。
[实验数据分析与处理]
未加载时的应变片的电阻值：
变化的电阻值：
□RSG=----------------
加载后电阻值是：
□□ 增大
□□ 减小
□□ 没变化
表1应变片受拉时电阻值的变化
未加载时的应变片的电阻值：
变化的电阻值：
□RSG=----------------
加载后电阻值是：
□□ 增大
□□ 减小
□□ 没变化
表2应变片受压时电阻值的变化
表3电阻值变化的百分比
[预习与思考题]
ØØ 当变形臂发生塑性变形后，估计一下应变仪在未加载时电阻会怎样变化？
[注意事项]
ØØ 给变形臂加载时力一定不要过大，应在其弹性范围之内。
实验一、机械负载应变仪的电特性
一、目的与要求
1.掌握电阻应变片的选用原则和方法。
2.学习常温用电阻应变片的粘贴技术。
二、原理与方法
1.根据试验要求合理选择应变片并进行相应处理。
。
三、设备、仪器和用具
1.电桥。
2.兆欧表。
3.万用电表。
4．粘结剂（KH502粘结剂、丙酮、环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁脂或914胶等）。
5．钢筋试件。
6．常温用电阻应变计。
7．电烙铁、焊锡、砂布等其它工具。
8．引线若干。
四、步骤
（一）检查分选电阻应变片
剔除丝栅有形状缺陷片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。
用电桥测量阻值，进行点阻值选配。
同一测区用片的电阻值之差不得超过仪器可调平的允许范围。
应变片种类
基底材料
标称电阻
（Ω）
栅长
（mm）
粘结剂
贴后申阻
（Ω）
绝缘电阻
（MΩ）
（二）选择粘合剂
粘合剂可归为两大类：
即胶剂粘合剂和水剂粘和剂。
选择哪一类应看应变片基底材料和实践不同而定。
一般应要求粘合剂应有较好的抗剪强度，变小，电器绝缘性好等优点。
目前在匀质材料试件上粘贴应变片，较多采用氰基丙稀酸类水剂粘合剂，如KH501、KH502快速胶。
在混凝土等大量非匀质材料试件上贴片，常用环氧树脂胶。
（三）试件测点表面处理
为使应变片预测电表面粘贴牢固，必须将测点表面清理洗净。
（1）对于匀质材料试件表面：
应先用工具或化学试剂清除贴片处的漆层、油污、锈层等污垢，然后用锉刀锉平，用80#砂布打磨光洁，再用120#砂布将表面打成与测量方向成45º的斜纹，吹去浮尘后用脱脂棉球，蘸丙酮或甲苯、四氯化碳等溶剂擦洗实际表面，直到棉球不沾灰为止。
（2）对于非匀质材料试件表面：
一般应采用环氧树脂作找平层，待胶层完全固化后再用纱布打磨、擦净，在试件上画出测点定位标记，等待贴片。
（四）应变片的粘贴与干燥
选用KH502胶粘贴应变片，应准备薄膜若干，薄膜材料应不溶于KH502胶，常用的有聚乙烯博膜。
使用时裁成小块，每块面积应为应变片基底面积的三倍左右，贴片实现在世纪表面的定向标记处和应变片基底上分别涂一层均匀的胶层，并迅速将应变片按正确的位置贴上，然后取一块聚乙烯博膜改在应变片上，用手指滚压应变片，以挤出其中多余的胶水和气泡，稍加压力片刻即可等待干燥。
当室温高于15º和相对湿度低于60%时，可采用自然干燥法，干燥时间一般为24—48小时。
室温低于15ºC和相对湿度高于60%时应采用人工干燥法，但是人工干燥前必须先经过8小时自然干燥才能用红外线灯烘烤，且温度不得高于60ºC，一般烘烤8小时，既可得到效果。
（五）焊接导线
在应变片引出线下粘贴接线片，接线片粘贴牢固后再将引出线焊于接线片上，焊点光滑丰满，没有虚焊。
（六）应变片的粘贴质量检查
（1）用兆欧表测量应变片的绝缘电阻：
静态测量的绝缘电阻应大于200兆欧。
（2）观察应变片的零点漂移：
将应变片接电阻应变仪，三分钟后观察应变片的零点漂移。
若漂移值小于5με即认为合格。
（3）应变片稳定性检查：
对接入应变仪测量桥的应变片进行电阻调平，调平后用手指接触应变片的敏感栅，此适应变异的表头指针偏离零点，当移开手指后再次观察表头指针应该回零，即认为应变片工作稳定。
（4）若检查的结果是绝缘电阻低，零点漂移大或工作不稳定，则该应变片应铲除重贴。
（七）防潮防水处理
应变片处于湿度较大环境下或应变片贴在实验周期较长的试件上都要采取防潮措施，防潮措施必须在检查完应变片质量后进行。
防潮的简单方法是用松香石蜡或凡士林涂于应变片的表面，使片与空气隔离，以达到防潮效果。
防水处理一般采用环氧树脂。
环氧树脂的常用配方是，环氧树脂：
邻苯二甲酸二丁脂：
乙二胺=1：
（0.1—0.5）：
（0.06—0.09）。
五、思考题
1．简述选择电阻应变片的型式和规格与试件材料性能和构件受力状态的关系？
2．简述应变片的粘贴工艺流程，指出保证贴片质量的关键所在？
实验二、静态应变测量试验
一、目的与要求
1.熟悉静态电阻应变仪的使用与操作规程。
2.掌握静态电阻应变仪单点测量方法。
3.学会电阻应变片半桥接法。
二、原理与方法
1.SDY2202型静态数字应变仪由测量桥、校准桥、放大器、有源低通滤波器、A/D显示、电源等部分组成，其原理方框图如下：
2.测量桥及应变仪读数
测量桥是按120Ω电阻设计，静态电阻应变仪的读数ε仪与各桥应变片的应变值ε由下列关系：
ε仪=ε1-ε2+ε3-ε4
其中ε1、ε2、ε3、ε4分别为各桥臂应变片的应变值。
3.桥路连接
半桥测量：
即1/2桥臂测量，后面板的“变换器”插头拔下，A0与B0之间接一个120Ω的线绕电阻。
C0与D0间短接，10个点的A、B间接测量片，B、C间接补偿片。
ε1=εp+εt；ε2=εt
ε仪=ε1-ε2=εp仪器上的应变读数（ε仪）即为载荷引起的应变（εp）
式中ε1:
电阻R1引起的应变;ε2:
电阻R2引起的应变;εp:
载荷引起的应变；εt:
温度引起的应变；ε仪：
仪器上的应变读数。
三、设备、仪器和用具
1.等强度梁实验架，砝码。
2.SDY2202型静态数字应变仪。
四、实验步骤
1．按要求的方法接桥。
2．打开电源，预热半小时，将“测量—校准”开关置于“校准”位置，根据K值（本实验中K=2）确定数字表头读数，用小螺丝刀调整K值调节电位器，使数字表头读数等于10000/K=5000。
3．将功能选择置于“测量”位置，选择通道数，并检查前后面板通道数是否一致，调节各平衡点电位器，使各点的表头读数为零。
4．在悬臂梁的另一端加入载荷，并记录加入的载荷数和应变仪读数，测量点指示由红色灯泡对应的测量点示数和旋钮箭头指示共同表示。
（五）实验数据分析和处理
1．半桥测量数据纪录与计算
载荷
0g
500g
1000g
1500g
2000g
2500g
加载时应变（ε）
加载时应力（σ）
减载时应变（ε）
减载时应力（σ）
2．应力计算
等强度梁上测点处的应力：
σ=E·ε
式中：
（材料弹性模量：
E=200GPa）
例如：
ε=65με，E=200GPa，σ=E·ε=200×109×65×10-6=130×106Pa=130MPa
3.绘制等强度梁的荷载应力曲线
思考题
1.加载、减载所产生的应变是否相同？
为什么？
2.温度补偿片的作用是什么？
3.等强度梁上应变片的变形是否与位置有关？
为什么？
实验三、动态应变测量实验
一、目的与要求
1.学习动态应变仪及数据采集器的使用方法。
2.学习USB数据采集器的使用。
3.掌握数据处理软件的使用方法。
二、原理与方法
1．SDY-2101型动态应变仪是一种具有自动平衡功能的动态电阻应变仪，主要用于实验应力分析及动力强度研究中，对结构及材料的任意变型进行动态应变测量。
有4和8通道。
仪器频带宽、校准方便，配接不同类型的应变片及应变式传感器，可以实现应力、拉力、速度、加速度、位移、扭矩等多种物理量的测量。
SDY-2101型动态应变放大器可以配接各种类型的应变片及应变式传感器。
测试图如下：
电阻应变片
动态应变仪
USB数据采集器
微型计算机
2．应变片连接方法如图：
三、设备、仪器和用具
1.SDY2101型动态应变仪
2.WS型USB接口数据采集器
3.应变仪桥盒
4.微型计算机
5.贴有电阻应变片的等强度梁实验架。
四、步骤
（一）操作前准备
1．应变仪器通电前，先将桥盒接成全桥，把桥盒的航空插头插入通道（本实验使用通道4）的航空插座内，旋紧。
2．使用220V50HZ市电供电，电源线一端插入仪器电源插座，另一端接入市电，然后将电源后面板的电源开关置“开”，随即该通道的前面板的工作指示灯亮，进入工作状态。
（二）连接测试系统
1．布置应变片，并引出接线。
2．各引出线分别接各自的电桥盒，桥盒输入载波电源接稳压振荡器（应变仪内），见示意图。
3．各桥盒输出端B、D的插头分别插入应变仪背板各通道的“输入”端。
4．应变仪各通道的“输出”端引线连接USB接口数据采集器的输入端。
5．将数据采集器的输出端连接到微型计算机上。
（三）各部调试
1．连接桥盒。
2．启动电源。
3．选择通道，选择合理的增益值并进行微调，将按钮扳到“正校”位置，“校准”开关扳到0处校准并进行微调。
4．检测数据采集器是否正常工作。
5．低通滤波器档位应置于被测信号5—10倍的截止频率处。
（四）数据采集
1.启动维普数据采集分析软件。
2.点击“信号采集”按钮，选择“信号采-示波（高速）”选项，进行示波。
3.点击“信号采集”按钮，建立文件并命名，此文件以.AD结尾。
4.点击“采集转换数据”选择标定文件。
5.点击“开始采集”，采集数据并进行转换。
6.选择“频谱分析”按钮选择“频谱分析（可视）项”进行时域和频域分析。
7.打印时域和频域图。
（五）思考题
1．动态应变仪应变片拉和压时校准方式是否相同？
2．动态应变仪与静态应变仪各有何特点？
实验四、振动特性数据采集实验
一、目的与要求
1．学习USB数据采集器的使用。
2．了解电荷放大器的使用方法。
3．掌握数据处理软件的使用。
二、原理与方法
1．实验系统原理
本实验采用稳态正弦激励的方式，用正弦信号发生器产生正弦信号，经功率放大器送至激振器产生正弦力，作用于实验台架上振动梁。
然后用压电加速度传感器来拾取被测信号，经过电荷放大器将信号放大后送至USB数据采集器进行数据采集，采集到的数据通过USB接口送入计算机，通过维普软件对检测信号进行分析处理。
实验系统原理如下图所示。
2．维普Vib’SYS振动信号采集、处理和分析程序是在PC兼容微型计算机上开发的，具有多功能的信号处理软件。
此程序是有不同功能的处理程序模块构成一个完整的信号处理程序，维普Vib’SYS程序能对数字信号进行时域、频域分析和处理，同时还能对数字信号进行基本数学运算。
三、设备、仪器和用具
1.信号发生器
2.功率放大器
3.试验台架
4.加速度传感器
5.电荷放大器
6.USB数据采集器
7.示波器
8．Vib’SYS震动信号采集、处理和分析程序
9．激震器
四、步骤
1．将激震器和加速度传感器安装到实验台架上。
2．连接激震器到功率放大器上，按照原理图将各部分连接好。
保证黑色导线连接到功率放大器负极；红色连接正极。
3．开关先逆时针将功率放大器增益调到最小。
4．接通电源进行试验。
5．打开Vib’SYS震动信号采集、处理和分析程序，在Vib’SYS程序的菜单内选择“文件服务”内的“新建数据文件”在弹出窗口内“建（频宇）或（时域）数据文件”内选择“新建时域数据文件”，然后输入：
采样频率：
1000HZ：
通道数：
1；时间（秒）：
10s，然后保存文件，退出窗口。
6．点击“数据采集”按钮，进行信号采集、采集数据转换、示波和标定操作。
7．记录实验数据进行分析。
五、实验要求及注意事项
1．注意红黑表笔连接方向。
2．功率放大器接输入时使用两红色接线柱。
3．采集仪的模拟输入幅值不要超过采集的最大量程。
模拟输入信号噪声比较大应选择模拟抗干扰滤波器。
思考题：
1.简述激振系统、测试系统的构成和作用？
2.振动实验台架上铁块位置对振动台架的固有频率有何影响？
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