《机械工程测试技术》实验指导书--文成编写.doc

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1、实验一 测速实验一、实验目的了解霍尔传感器、光电传感器的测速原理及方法。二、实验仪器THSRZ-1传感器实验台，霍尔传感器、光电传感器、+5V、224V直流电源、转动源、频率/转速表、直流稳压电源、数显直流电压表。三、实验原理1、霍尔测速的原理利用霍尔效应表达式：UHKHIB，霍尔测速的原理如图1-1所示。当被测圆盘上装上N只磁性体时，转盘每转一周磁场变化N次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。设霍尔电势的频率为f，则被测转速为：图1-12、光电转速原理光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光

2、电池，发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上，并转换成电信号，由于转盘上有等间距的6个透射孔，转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。四、实验内容与步骤1、霍尔测速内容与步骤（1）安装根据图1-2，将霍尔传感器安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。图1-2（2）将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）。“224V”直流稳压电源接到“转动源”的“转动电源”输入端。（3）合上主控台电源，调节224V输出，可以观察到转动源转速的变化，在表1-1记录下驱动电压V1和转速RPM数据。通过示波器来观察测霍

3、尔组件输出的脉冲波形。表1-1V1（V）RPM2、光电测速内容与步骤（1）光电传感器已安装在转动源上，如图1-3所示。224V电压输出接到图1-3三源板的“转动电源”输入，并将224V输出调节到最小，+5V电源接到三源板“光电”输出的电源端，光电输出接到频率/转速表的“fin”。（2）合上主控制台电源开关，逐渐增大224V输出，使转动源转速加快，观测频率/转速表的显示。在表1-2记录下驱动电压V4和转速RPM数据。通过示波器来观察测霍尔组件输出的脉冲波形。表1-2V4（V）RPM五、实验报告1、分析霍尔组件产生脉冲的原理，并根据记录的驱动电压和转速，作V1-RPM曲线。2、分析光电式传感器测量

4、转速原理，并根据测的驱动电压和转速，作V4-RPM曲线。3、对这2种测速方法进行对比。实验二 电子称定标实验一、实验目的1、了解直流全桥的应用及电路的定标方法。2、学会绘制标定曲线。3、验证电桥的和差特性。二、实验仪器THSRZ-1传感器实验台，应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、15V电源、4V电源。三、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：，式中为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图2-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上

5、下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。将这些电阻应变片连接成电桥，通过电桥的作用完成电阻到电压的比例变化。设E为电桥电源电压，则电桥输出与各桥臂应变有如下关系：图 2-1电子称实验原理利用全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。四、实验内容与步骤1、应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上， R1=R2=R3=R4=350。2、差动放大器调零。从主控台接入15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并

6、与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）3、按图2-2接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边，构成一个全桥电路。图2-24、加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。5、将10只砝码置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（满量程时的增益），使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。6、拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0

7、.000V，若不为零，再次将差动放大器调零和加托盘后电桥调零。7、重复4、5步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲Kg即可以称重。8、将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入表2-1。9、去除砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过1Kg），记录电压表的读数。表2-1重量(g)电压(V)五、实验报告1、根据计入表2-1的实验资料，在方格纸上绘制标定曲线，分析标定结果。2、计算灵敏度L=U/W和非线性误差f ，并求出未知的重物的重量。3、简述标定方法，并对实验中出现的问题进行分析。 实验三 单自由度系统自由衰减振动及 固有频率和阻尼比的测量一、实验目

8、的1、了解单自由度自由衰减振动的有关概念。2、学会用虚拟记忆示波器记录单自由度系统自由衰减振动的波形。3、学会根据自由衰减振动波形确定系统的固有频率和阻尼比。二、实验仪器ZK-4VIC振动与控制实验台，集中质量，手锤（激振器），压电式加速度传感器，ZK-4JCZ型激振测振仪，虚拟式测试仪器库。三、实验原理单自由度系统的力学模型如图3-1所示。给系统（质量M）一初始扰图3-1动，系统作自由衰减振动，其运动微分方程式为： 或 式中：系统固有圆频率 阻尼比 小阻尼时，方程的解为： 式中：振动振幅 初相位 衰减振动圆频率，设初始条件：时，则 的图形如图3-2所示。 图3-2此波形有如下特点： 1振动周

9、期大于无阻尼自由振动周期T，即。 固有频率 2振幅按几何级数衰减用相隔个周期的两个振幅之比来计算对数减幅系数：从而可得： 四、实验内容与步骤1、实验装置如图3-3所示，用锤敲击简支梁使其产生自由衰减振动。图3-32、记录单自由度自由衰减振动波形。将加速度传感器所测振动经测振仪转换为位移信号后，送入虚拟式记忆示波器显示和记录。3、绘出振动波形图波峰与波谷的两根包络线（参照图3-2），然后设定，并读出个波经历的时间t，量出相距个周期的两振幅的双振幅、之值，计算阻尼比和固有频率。五、实验报告1、绘出单自由度自由衰减振动波形图。2、根据实验数据按公式计算出固有频率和阻尼比，计算结果填入下表。 表3-1

10、相隔周期 i时间t周期T1阻尼比固有频率实验四 被动隔振实验一、实验目的1、建立被动隔振的概念。2、掌握被动隔振的基本方法。3、学会测量、计算被动隔振系数和隔振效率。二、实验仪器ZK-4VIC振动与控制实验台，空气隔振器，电动式激振器，压电式加速度传感器，ZK-4JCZ型激振测振仪，虚拟式测试仪器库。三、实验原理振动隔离是消除与减小振动危害的重要途径之一。在厂矿，振源通常是振动较大的机器设备，振源的振动通过地基传至周围环境和仪器设备。对于精密仪器和设备，为了使外界振动尽可能少地传到系统中来，就需将它与地基隔离开来，称为被动隔振或消积隔振。被动隔振是为了防止周围环境的振动通过机脚、支座传至需要保

11、护的精密仪器和设备，故又称为防护隔振，其目的在于隔离或减小振动的传递，也就是隔离响应，使精密仪器和设备不受基座运动而引起的振动的影响。被动隔振的力学模型如图4-1所示，被隔振的设备置于减振器上，将设备与振动的地基隔离开。设备的质量为m，减振器的刚度为k、阻尼系数为c。 图4-1 被动隔振的振源是地基。被动隔振的效果可用隔振系数或隔振效率来衡量。其定义式为： 若振源为地基的垂直简谐振动，由振动理论可知： 式中： 当频率比时，即，隔振器没起隔振作用。当频率比时，即，隔振器起到了隔振作用。当频率比趋于1时，即时，振动幅值很大，这一现象叫共振。共振时，被隔离体系不可能正常工作。为共振区，要避开共振区应

12、使频率增加或减小5%，所以无论阻尼大小，只有当时，隔振器才发生作用，隔振系数的值才小于1。因此，要达到隔振目的，弹性支承固有频率的选择必须满足。当时，随着频率比的不断增大，隔振系数值越来越小，即隔振效果越来越好。但也不宜过大，因为大意味着隔振装置要设计得很柔软，静挠度要很大，相应地体积要做得很大，并且安装的稳定也差，容易摇晃。另一方面，后，值的变化并不明显，这表明即使弹性支承设计得更软，也不指望隔振效果有显著的改善。故实际中一般采用，相应的隔振效率E可达到（8090）%以上。四、实验内容与步骤1、实验装置如图4-2所示。将传感器I、分别置于简支梁和质量块上，用来测量简支梁振幅A1和质量块振幅A2。并将传感器I、的输出分别接入测振仪的1、2通道。2、激振信号源输出正弦信号驱动电动式激振器，对简支梁激振。将激振频率由低向高调节，分别测出简支梁振幅A1和质量块振幅A2，将数据记录在表4-1中。当刚出现时，说明刚满足，这时的激振频率就是隔振器能起到隔振作用的最低频率。图4-2五、实验报告1、实验数据。用共振法测出隔振系统固有频率 表4-1激振频率f1(Hz)频率比=f1/fo振幅A1振幅A2隔振系数=A2/A1隔振效率E=(1-)100%2、根据表4-1绘出E-隔振特性曲线。图4-3