【正文】 ． 2 測(cè)試數(shù)據(jù) 電阻應(yīng)變式傳感器 器 YJD1 電阻應(yīng)變儀 加載裝置 11 1） 聯(lián)接電橋：將應(yīng)變式傳感 器的應(yīng)變片引出線分別接于 A、 B、 C 三點(diǎn) ,并將接線柱旋緊 ,組成半橋單臂測(cè)量電路。 2） 調(diào)整靈敏系數(shù)盤 K，使之與應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K 相符。 3） 檢查指示器指針是否準(zhǔn)確的停止在機(jī)械零位，否則必須校正后方可工作。 4） 檢查微調(diào)，中調(diào)，粗調(diào)三個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，是否都指在零位。 5） 經(jīng)指導(dǎo)老師檢查無誤后，方可打開電源。 6） 將選擇開關(guān)旋到“予”上，調(diào)節(jié)“電阻平衡”，“電容平衡”兩電位器，使指示電表的指針指與零位。然后將開關(guān)旋到“靜”的位置，再調(diào)節(jié)“電阻平衡”使指針指于零位。在“予”、“靜”反復(fù)調(diào)整幾次后，此時(shí)電橋已予調(diào)平衡。 7） 仔細(xì)觀察三分鐘，電表 指針不應(yīng)有漂移。 8） 進(jìn)行加載，指針偏移零位，旋轉(zhuǎn)“微調(diào)”旋鈕使指針指回零位，記下此時(shí)“微調(diào)”旋鈕讀數(shù)。加載： 100， 200， 300， 400， 500（ g）記錄讀數(shù)。 9） 依次卸載并記錄讀數(shù)。注意卸載至零載荷時(shí)，不要忘記將微調(diào)旋鈕讀數(shù)記錄下來。 0 100 200 300 400 500 加載 卸載 4． 3 數(shù)據(jù)處理 1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入“靜態(tài)標(biāo)定”實(shí)驗(yàn)； 2） 將實(shí)驗(yàn)記錄的各數(shù)據(jù)分別填入，點(diǎn)擊 作圖 ； 3） 按端點(diǎn)線性、 最小二乘法二種方法做出擬合直線，求出線性誤差； 4） 繪出 回程誤差特性曲線，并確定其回程誤差 H； 5） 確定本測(cè)力傳感器的靜態(tài)靈敏度 S。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1） 寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的，及畫出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖； 2） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 — 電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)評(píng)定。 非線性度：按端點(diǎn)線性、最小二乘法二種方法做出擬合直線、求出線性誤差。 繪出回程誤差特征曲線 ,并確定其回程誤差 H。 確定本測(cè)力傳感器的靜態(tài)靈敏度 S。 3） 心得體會(huì)及對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見 （ 6）一階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 1） 了解一階系統(tǒng)的 時(shí)域 響應(yīng)函數(shù)； 12 2） 掌握一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框 圖： 計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ； 實(shí)驗(yàn)原理： 頻率響應(yīng)函數(shù)是描述和考察系統(tǒng)在頻率域中的特性的，利用它和傳遞函數(shù)的關(guān)系，極易求出傳遞函數(shù)，是研究系統(tǒng)特性的重要的工具。 定常系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧信號(hào)的激勵(lì)下，其穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的幅值比定為該系統(tǒng)的幅值特性，記為 A(ω)；穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的相位差被定義為該系統(tǒng)的相頻特性，兩者 統(tǒng)稱為系統(tǒng)的頻率特性。因此系統(tǒng)的頻率特性指系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧信號(hào)激勵(lì)下，其穩(wěn)態(tài)輸出對(duì)輸 入的幅值比、相位差隨激勵(lì)頻率 ω變化的特性。 一階系統(tǒng)的幅頻特性為2)(11)( ??? ??A ，相頻特性為)()( ???? arctg?? 。 改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù) —— 時(shí)間常數(shù)τ可以觀察相應(yīng)的特性曲線。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入“動(dòng)態(tài)特性”實(shí)驗(yàn)。 2） 取時(shí)間常數(shù) τ =， ， ，觀察一階系統(tǒng)的 幅 、相 頻特性 曲線，實(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。 3） 仍取以上三個(gè)時(shí)間常數(shù)，觀察一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1）畫出不同時(shí)間常數(shù)τ下的 幅 、相 頻特性 曲線，實(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎 斯特圖。觀察時(shí)間常數(shù)τ對(duì)系統(tǒng)頻域特性的影響。 2）畫出不同時(shí)間常數(shù)τ下的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。觀察時(shí)間常數(shù)τ對(duì)系統(tǒng)時(shí)域特性的影響。 （ 7）二階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 1） 了解二階系統(tǒng)的 時(shí)域 響應(yīng)函數(shù)； 2） 掌握二階系統(tǒng) 的 頻率響應(yīng)函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 13 計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ； 實(shí)驗(yàn)原理： 二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ? ?2222 nnn sssH ???? ??? 頻率響應(yīng)函數(shù)為????H? ? ? ?nnnnnjjj ?????????2112 2222????????????????????? 幅頻 特性為 ? ?2222411???????????????????????????nnA?????? 相頻特性為 ? ? 212???????????????????nnar ctg??????? 二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 特性參數(shù)是固有頻率 ωn 和阻尼比 ξ。 在通常的使用頻率范圍中，以固有頻率 ωn 的影響最為重要 ， 所以二階系統(tǒng)工作頻率范圍 的確定以 固有頻率為依據(jù)。 在 ω = ωn 附近，系統(tǒng)幅頻特性受阻尼比影響極大，當(dāng) ω≈ω n 時(shí) ，系統(tǒng)發(fā)生共振。因此作為使用裝置，極少選用這種頻率關(guān)系。但這種關(guān)系在測(cè)定系統(tǒng)本身的參數(shù)時(shí)，卻是很重要的。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1） 打開“測(cè)試 實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入“動(dòng)態(tài)特性”實(shí)驗(yàn)。 2） 取 固有頻率 ωn=20， 100Hz，觀察二階系統(tǒng)的 幅 、相 頻特性 曲線，實(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。 3） 取阻尼比 ξ =， ， ， ， ，觀察二階系統(tǒng)的 幅 、相 頻特性 曲線，實(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。 4） 仍取以上參數(shù)，觀察二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 14 1）畫出不同固有頻率 ωn、 阻尼比 ξ下的 幅 、相 頻特性 曲線，實(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。觀察時(shí)間常數(shù)τ對(duì)系統(tǒng)頻域特性的影響。 2）畫出不同固有頻 率 ωn、 阻尼比 ξ下的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。觀察時(shí)間常數(shù)τ對(duì)系統(tǒng)時(shí)域特性的影響。 （ 8）一二階系統(tǒng)無失真測(cè)試條件實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 1）掌握不失真測(cè)試的條件。 2）了解參數(shù)τ變化對(duì)一階測(cè)試裝置不失真測(cè)試范圍的影響。 2）了解參數(shù) nf 、ξ變化對(duì)二階測(cè)試裝置不失真測(cè)試范圍的影響。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ； 實(shí)驗(yàn)原理： 靜 態(tài) 不 失 真 條 件 為 ： 在 靜 態(tài) 測(cè) 量 時(shí) ， 理 想 的 定 常 線 性 系 統(tǒng)Sxxaby ?? 00 ， S 為靈 敏度。 動(dòng) 態(tài) 不 失 真 條 件 為 ： 在 動(dòng) 態(tài) 測(cè) 量 時(shí) ， 理 想 的 定 常 線 性 系 統(tǒng))()( 00 ttxAty ?? ， A0 為靈敏度， t0 為時(shí)間延遲。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入“無失真測(cè)試”實(shí)驗(yàn)。 2）點(diǎn)擊對(duì)話框中的“一階系統(tǒng)”。改變?chǔ)又?，設(shè) ? ?Hzf 1000?? 變化，畫出幅頻、相頻曲線進(jìn)行分析，確定幅值誤差 %5? 工作頻率范圍。 3）點(diǎn)擊對(duì)話框中的“二階系統(tǒng)”。 改變?chǔ)沃?，確定 nf ＝２０值， ? ?Hzf 1000?? 變化，畫出幅頻、相頻曲線，分析改變?chǔ)螌?duì)測(cè)量裝置的影響，求出最佳阻尼。 在 ?? 值條件下，改變 nf ， ? ?Hzf 1000?? 變化，畫出幅頻、相頻曲線進(jìn)行分析，確定對(duì)不失真頻率范圍影響。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 15 1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。 2）畫出一階測(cè)試系統(tǒng)幅、相頻曲線，分析參數(shù)τ變化對(duì)其的影響。 3）畫出 nf =20 時(shí)，改變?chǔ)沃档亩A測(cè)試系統(tǒng)幅、相頻曲線，并分析ξ對(duì)測(cè)量裝置的影響。 4）畫出 ?? 時(shí)，改變 nf 值的二階測(cè)試系統(tǒng)幅、相頻曲線，根據(jù)nf 曲線說明對(duì)不失真測(cè)試條件影響，從而確定在最佳阻尼條件下不失真的工作頻率范圍。 16 第三章 常用傳感器 （ 9）電阻應(yīng)變式測(cè)力、拉、壓、彎、扭傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 1）了解和掌握 電阻應(yīng)變式 傳感器的測(cè)量原理和方法。 2） 掌握如何用 電阻應(yīng)變式 傳感器測(cè)量 力、拉、壓、彎、扭 。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 1）電阻應(yīng)變式 傳感器； 2）電阻應(yīng)變儀； 3）測(cè)試系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)原理： 1） 應(yīng)變 片 式傳感器 分類：依據(jù)測(cè)量目的分為載荷測(cè)量和應(yīng)力測(cè)量。 構(gòu)成：由應(yīng)變片和彈性元件構(gòu)成。關(guān)鍵是合理選擇彈性元件，以及應(yīng)變片的布置方式和接橋方式，以得到測(cè)量應(yīng)變與實(shí)際應(yīng)變之間的關(guān)系。 因此， 應(yīng)變 片 式傳感器在使用之前必須進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的靈敏度。 2）常用的幾種 應(yīng)變 片 式傳感器 測(cè)拉（壓）力 應(yīng)變 片 式傳感器 ：常用的彈性元件有環(huán)形（圓環(huán)形、扁圓環(huán)形）和柱形 （實(shí)心圓柱形、空心圓柱形）。 測(cè)彎矩 應(yīng)變 片 式傳感器 ：常用的彈性元件為懸臂梁（等截面梁、等強(qiáng)度梁）。 測(cè)扭矩 應(yīng)變 片 式傳感器 ：常用的彈性元件為圓軸。需采用應(yīng)變花。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）觀察電阻應(yīng)變式 傳感器 的外形； 2）按照使用說明書安裝電阻應(yīng)變式 傳感器 ； 3）設(shè)置電阻應(yīng)變儀的各項(xiàng)參數(shù)； 3）觀察傳感器的輸出信號(hào)，然后采集。 17 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1）電阻應(yīng)變式 傳感器 能測(cè)量哪些參量？ 2）電阻應(yīng)變儀如何調(diào)平衡？ （ 10）渦流傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 了解和掌握電渦流傳感器測(cè)量原理和方 法。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 1） 電渦流傳感器； 2）電壓放大器。 3）測(cè)試系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)原理： 1） 電渦流傳感器就是能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸，高線性度，高分辨力地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。電渦流位移傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)距離及其變化。 2）探頭、 (延伸電纜 )、前置器以及被測(cè)體構(gòu)成基本工作系統(tǒng)。 前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。如果在這一交變磁場(chǎng)的有效范圍內(nèi)沒有金屬材料靠近，則 這一磁場(chǎng)能量會(huì)全部損失；當(dāng)有被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱之為電渦流，與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率б、磁導(dǎo)率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離 D、電流強(qiáng)度 I 和頻率ω參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用 Z=F(τ , ξ , б , D, I, ω )函數(shù)來表示。通常我們能做到控制τ , ξ , б , I, ω這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗 Z 就成為距離 D 的單值函數(shù)，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為 S型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗 Z 的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離 D 的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。 18 3）渦流檢測(cè)不需要改變?cè)嚰男螤睿膊粫?huì)影響試件的使用性能，因此，是一種無損地評(píng)定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件有無缺陷等的檢測(cè)方法。 渦流檢測(cè)只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料。同時(shí)，由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測(cè)時(shí)，不必要求線圈與試件緊密接觸，也不必在線圈和試件之間充填滿合劑，從而容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)。對(duì)管、棒、絲材表面缺陷，渦流檢查法有很高的速度和效率。 渦流及其反作用磁場(chǎng)對(duì)代表金屬試件物理和工藝性能的多種參數(shù)有反應(yīng)，因此是一種多用途的試驗(yàn)方法。然而，正是由于對(duì)多種試驗(yàn)參數(shù)有敏感反應(yīng)，也就會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶 來干擾信息，影響檢測(cè)的正確進(jìn)行。 渦流檢測(cè)設(shè)備用于各種金屬管、棒、線、絲材的在線、離線探傷。在探傷過程中，能同時(shí)兼顧長(zhǎng)通傷、緩變傷等長(zhǎng)缺陷和短小缺陷（如通孔）；能夠有效抑制管道在線、離線檢測(cè)時(shí)的某些干擾信號(hào)（如材質(zhì)不均、晃動(dòng)等），對(duì)金屬管道內(nèi)外壁缺陷檢測(cè)都具有較高的靈敏度；還可用于機(jī)械零部件混料分選，滲碳深度和熱處理狀態(tài)評(píng)價(jià)，硬度測(cè)量等。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）觀察渦流傳感器的外形； 2）按照使用說明書安裝渦流傳感器； 3）觀察傳感器的輸出信號(hào)，然后采集。 4）靜態(tài)校準(zhǔn) 按 下圖 接好線路，調(diào)整被測(cè)片與渦流 線圈的距離。使系統(tǒng)發(fā)生振蕩（用計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)監(jiān)視）。示波器上讀出峰－峰值，毫伏表上讀平均值，每隔 讀一次數(shù)，直到線性嚴(yán)重破壞為止，即靜態(tài)校準(zhǔn)。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，找出傳感器與被測(cè)體間的最佳工作距離和起始點(diǎn)。 5）被測(cè)體對(duì)傳感器特性的影響 根據(jù)上圖，分別用鋁、銅、鐵被測(cè)片重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1，分析比較所得結(jié)果。 6）電渦流式振幅測(cè)量系統(tǒng) 被測(cè)片 渦流傳感器 渦流變換器 毫伏表 A/D 轉(zhuǎn)換 計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng) 19 按 下圖 接線。用激振器激勵(lì)平行梁振動(dòng)，激振頻率