機械工程測試技術(shù)實驗指導(dǎo)中北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院機械制造過程測控研究室黃平平實驗一：電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼實驗二：用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度實驗三：等強度梁的靜定標定實驗四：測量等強度梁的固有頻率和阻尼率

目錄一、實驗?zāi)康?．初步掌握電阻應(yīng)變片的粘貼工藝技術(shù)；2．掌握選擇應(yīng)變片的原則及粘貼質(zhì)量的檢查；

3．為后續(xù)電阻應(yīng)變測量的實驗做好在試件上粘貼應(yīng)變片、接線、防潮、檢查等準備工作。實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼圖一齒輪變速箱的應(yīng)變實驗實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼二、實驗儀器及設(shè)備1.常溫用電阻應(yīng)變片；2.等強度梁試件；3.502粘結(jié)劑（氰基丙烯酸酯粘結(jié)劑）；4.電烙鐵、鑷子、砂紙等工具；5.小臺鉗、鋼尺、劃針；6.丙酮、乙醇、藥棉等清洗器材；7.防潮用硅膠。實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼三、實驗方法和步驟本實驗是在等強度梁上粘貼應(yīng)變片，為后續(xù)實驗做準備，貼片質(zhì)量的好壞直接影響到后續(xù)實驗成敗，所以貼片的每一環(huán)節(jié)，都要認真仔細。

1.選片目測電阻應(yīng)變片有無折痕、斷絲、霉點、銹點等缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼，必須更換。

2.測片用數(shù)字萬用表或電橋精確測量應(yīng)變片電阻值的大小。

實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼

3.試件表面處理實驗所用試件為等強度梁，為使粘貼牢固，必須對試件表面進行處理。（1）用細砂紙在等強度梁表面需貼片處打磨，打磨方向與貼片軸線位置成45度交叉。（2）用棉花球蘸丙酮、乙醇擦洗表面的油污和銹斑，直到干凈再自行晾干。（3）然后用劃針在貼片處劃出十字線，作為貼片坐標，再用棉球擦一下。

實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼

4.貼片（1）在應(yīng)變片的紙基基底和等強度梁表面需貼片處，各涂上薄薄一層膠水，一手捏住應(yīng)變片引出線，把應(yīng)變片軸線對準坐標線貼到等強度梁表面上。（2）墊上以一層塑料布，用手指在應(yīng)變片的長度方向滾壓，擠出片下汽泡和多余的膠水，直到應(yīng)變片與被測物緊密粘合為止。（3）手指保持不動約1分鐘后再放開，按住時不要使應(yīng)變片移動。

實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼

5．粘貼質(zhì)量的檢查（1）目測或用放大鏡檢查應(yīng)變片是否粘牢,有無氣泡、翹起等現(xiàn)象。（2）用萬用表檢查電阻值。正常情況下，阻值與未貼片前的相差無幾。

6．焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到等強度梁上的引線焊點處，注意防止虛焊。

7．應(yīng)變片保護:用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼三、實驗報告1．簡述貼片、接線、檢查等主要實驗步驟；2．畫布線圖和編號圖；3．簡述貼片質(zhì)量對測量精度的影響。實驗一電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼一、實驗原理

將電阻應(yīng)變片粘貼在被測構(gòu)件的表面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形（ΔL/L），應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，通過電阻應(yīng)變儀，可測量出應(yīng)變片中電阻值的變化（ΔR/R），并換算成應(yīng)變值，或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號（電壓或電流）。電阻應(yīng)變片的靈敏度是構(gòu)件單位應(yīng)變所引起應(yīng)變片電阻值的變化量，用K來表示，

K==實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度

可以證明：等強度懸臂梁應(yīng)變與載荷F之間的關(guān)系為：

式中

為等強度懸臂梁的長度；h為梁的厚度；b為梁根部的寬度；E為金屬材料的楊氏彈性模量。一般，所以綜上所得：由上式可見：E為金屬材料的楊氏彈性模量（常量），只要測量，，，和。實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度二、實驗方法和步驟1.將電纜焊接到等強度梁的電阻應(yīng)變片上，用半橋式接入電橋盒2.將應(yīng)變儀預(yù)調(diào)平衡3.在等強度梁上加砝碼使應(yīng)變儀再次平衡。實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度一、實驗?zāi)康?.掌握在靜載荷下使用電阻應(yīng)變儀測量方法；2.掌握橋路連接和電阻應(yīng)變儀工作原理；3.了解影響測量誤差產(chǎn)生的因素。二、實驗儀器1.等強度梁裝置2.砝碼；3.SDY2101型動態(tài)電阻應(yīng)變儀。

實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度三、實驗原理

將電阻應(yīng)變片粘貼在被測構(gòu)件的表面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形（ΔL/L），應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，通過電阻應(yīng)變儀，可測量出應(yīng)變片中電阻值的變化（ΔR/R），并換算成應(yīng)變值，或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號（電壓或電流）。電阻應(yīng)變片的靈敏度是構(gòu)件單位應(yīng)變所引起應(yīng)變片電阻值的變化量，用K來表示，

K=

=實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度

本實驗的裝置如右圖所示實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度構(gòu)件受彎曲應(yīng)力R1F圖1

在測試中常用的電橋連接形式有單臂電橋連接、半橋連接與全橋連接。本實驗選用單臂電橋連接，如右圖所示。其中E為輸入電壓本實驗設(shè)E=2V（可調(diào)）；U0為輸出電壓；R1=R2=R3=R4=120?,R1為電阻應(yīng)變片，R2,R3,R4為常值電阻。R3ER2R4U0實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度圖2單臂電橋接法一般，所以有。又根據(jù)電阻應(yīng)變的靈敏度定義綜上所述，已知，和可從SDY2101型動態(tài)電阻應(yīng)變上上讀取。實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度

（理論計算）可以證明：等強度懸臂梁應(yīng)變與載荷F之間的關(guān)系為：

式中

為等強度懸臂梁的長度；h為梁的厚度；b為梁根部的寬度；E為金屬材料的楊氏彈性模量。一般，所以綜上所得：由上式可見：E為金屬材料的楊氏彈性模量（常量），只要測量，，，和。實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度四、實驗方法和步驟

1.按電阻應(yīng)變儀的使用方法，使其處于正常狀態(tài)。

2.按照圖2接線方法，用導(dǎo)線連接應(yīng)變片和應(yīng)變儀，導(dǎo)線一端焊接在應(yīng)變片的接線端子上，一端接在應(yīng)變儀對應(yīng)的電橋端子上。

3.組成單臂電橋后對應(yīng)變儀進行預(yù)調(diào)平衡。

4.加載。加載時在梁的自由端掛砝碼實現(xiàn)，共分5級，每加一級以后從應(yīng)變儀上讀出應(yīng)變數(shù)據(jù)并記錄。實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度5.結(jié)束實驗。完畢實驗，卸掉砝碼，關(guān)閉應(yīng)變儀電源將連接導(dǎo)線拆下，等強度梁妥善保管。五、實驗報告要求按如下表記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，其結(jié)果與應(yīng)變儀理論值加以比較。并且分析誤差。實驗二用應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的靈敏度應(yīng)變儀砝碼重量bhLεk

一、實驗?zāi)康?/p>

學(xué)會等強度梁的靜態(tài)標定方法，了解電子稱的工作原理。

二、實驗儀器三、實驗原理根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏度定義實驗三：等強度梁的靜定標定

可以證明：等強度懸臂梁應(yīng)變與載荷F之間的關(guān)系為：式中

為等強度懸臂梁的長度；h為梁的厚度；b為梁根部的寬度；E為金屬材料的楊氏彈性模量。一般，所以

綜上所得：實驗三：等強度梁的靜定標定四、實驗方法和步驟五、實驗報告要求1.按如下表記錄、處理實驗數(shù)據(jù)。2.繪制電壓U0與重力F曲線。3.測量一物體的重力（電子稱原理）。實驗三：等強度梁的靜定標定砝碼重量輸出電壓一、實驗要求1.用振動測試的方法，識別一阻尼結(jié)構(gòu)（等強度梁）的一階固有頻率和阻尼率；2.了解小阻尼結(jié)構(gòu)的衰減自由振動形態(tài)；3.選擇傳感器，設(shè)計測試方案和數(shù)據(jù)處理方案，測出等強度的一階固有頻率和阻尼率。二、實驗儀器1.PCI-1716/1716L數(shù)據(jù)采集卡2.等強度梁3.3YD34

加速度計4.計算機實驗四測量等強度梁的固有頻率和阻尼率三、測試原理概述1.瞬態(tài)信號可以用三種方式產(chǎn)生：脈沖激振、階躍激振和快速正弦掃描激振。2.脈沖激振：用脈沖錘敲擊試件，產(chǎn)生近似于半正弦的脈沖信號。信號的有效頻率取決于脈沖持續(xù)時間τ，τ越小則頻率范圍越大。3.

幅值：幅值是振動強度的標志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來表示。

頻率：不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，可以看到共振時的頻率，也就可以得到懸臂梁的固有頻率

實驗四測量等強度梁的固有頻率和阻尼率

4.阻尼比的測定

自由衰減法:在結(jié)構(gòu)被激起自由振動時，由于存在阻尼，其振幅呈指數(shù)衰減波形，可算出阻尼比。一階固有頻率和阻尼比的理論計算如下：

由此式可計算出等強度梁的固有頻率，它可驗證以下測得值正確與否。實驗四測量等強度梁的固有頻率和阻尼率實驗四測量等強度梁的固有頻率和阻尼率四、實驗步驟及內(nèi)容1、按要求，把各實驗儀器連接好接入電腦中，然后在懸臂梁上粘緊壓電式加速度傳感器，打開計算機。2、打開計算機，啟動計算機上的