《機(jī)械工程測試技術(shù)》配套PPT課件

《機(jī)械工程測試技術(shù)》配套PPT課件,機(jī)械工程測試技術(shù),機(jī)械工程,測試,技術(shù),配套,PPT,課件 1THSRZ-2 型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置 THSRZ-2 型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置是將傳感器、 檢測技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一套傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)裝置由主控臺、檢測源模塊、傳感器及調(diào)理（模塊） 、數(shù)據(jù)采集卡組成。 1.主控臺 信號發(fā)生器：1k10kHz 音頻信號，VP-P=017V 連續(xù)可調(diào) 130Hz 低頻信號，VP-P =017V 連續(xù)可調(diào)，有短路保護(hù)功能 四組直流穩(wěn)壓電源：+24V,15V、+5V、210V 分五檔輸出、05V 可調(diào)，有短路保護(hù)功能 恒流源：020mA 連續(xù)可調(diào)，最大輸出電壓 12V 數(shù)字式電壓表：量程 020V，分為 200mV、2V、20V 三檔、精度 0.5 級 數(shù)字式毫安表：量程 020mA，三位半數(shù)字顯示、精度 0.5 級，有內(nèi)側(cè)外測功能 頻率/轉(zhuǎn)速表：頻率測量范圍 19999Hz，轉(zhuǎn)速測量范圍 19999rpm 計(jì)時器：09999s，精確到 0.1s 高精度溫度調(diào)節(jié)儀：多種輸入輸出規(guī)格，人工智能調(diào)節(jié)以及參數(shù)自整定功能，先進(jìn)控制算法，溫度控制精度0.5 2.檢測源 加熱源：0220V 交流電源加熱，溫度可控制在室溫120 轉(zhuǎn)動源：224V 直流電源驅(qū)動，轉(zhuǎn)速可調(diào)在 03000rpm 振動源：振動頻率 1Hz30Hz（可調(diào)） ，共振頻率 12Hz 左右 3.傳感器 包括應(yīng)變式傳感器、溫度式傳感器、光電式傳感器、霍爾式傳感器、濕敏氣敏傳感器、電感式傳感器、電渦流式傳感器、電容式傳感器，以及 CCD 圖像傳感器等。 所有傳感器模塊與主機(jī)均采用冷軋鋼板機(jī)殼與呂合金面板，有效地提高電氣屏蔽性能。 4.處理電路 包括電橋、電壓放大器、差動放大器、電荷放大器、電容放大器、低通濾波器、 2渦流變換器、相敏檢波器、移相器、V/I、I/V、F/V 轉(zhuǎn)換電路、直流電機(jī)驅(qū)動等。 高速 USB 數(shù)據(jù)采集卡：含 8 路模擬量輸入，8 路開關(guān)量輸入，5 路開關(guān)量輸出，12 位 A/D 轉(zhuǎn)換，采集卡支持最大采樣頻率為 400kHz。 上位機(jī)軟件：本軟件配合 USB 數(shù)據(jù)采集卡使用，實(shí)時采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)或靜態(tài)處理和分析， 帶有傳感器虛擬仿真、 雙通道虛擬示波器、 電機(jī)控制、 DIDO等功能。 5.注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)時請非常注意實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后的“注意事項(xiàng)” 。 要在確認(rèn)接線無誤的情況下開啟電源，盡量避免電源短路情況的發(fā)生。 3實(shí)驗(yàn)一 差動變面積式電容傳感器實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握電容式傳感器的工作原理和測量方法。 二、實(shí)驗(yàn)儀器： 電容傳感器、電容傳感器模塊、微側(cè)頭（千分尺） 、絕緣護(hù)套、移相器/相敏檢波/低通濾波模塊、振動源 三、實(shí)驗(yàn)原理 電容式傳感器是只能將被測屋里量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器，它實(shí)質(zhì)上是具有一個可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理： 0rSSCdd= （1-1） 式中，S 為極板面積，d 為極板間距離，0真空介電常數(shù)，r介質(zhì)相對介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測量物理量使 S、d 或r發(fā)生變化時電容量 C 隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個參數(shù)不變而僅改變另一個參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)化為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型，改變極板間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質(zhì)電常數(shù)的變介電常數(shù)式。 這里采用變面積式， 如圖 1-1兩只平板電容器共享一個下極板，當(dāng)下極板隨被測物體移動時，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個極板用導(dǎo)線引出，形成差動電容輸出。 圖 1-1 電容傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1. 按圖 1-2 將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，將傳感器引線插入實(shí)驗(yàn)?zāi)?4塊插座中。 圖 1-2 電容傳感器安裝示意圖 2. 將電容傳感器模塊的輸出 Uo 接到直流電壓表。 3. 接入15V 電源，合上主控臺電源開關(guān)，將 Rw 逆時針調(diào)到底，然后順時針調(diào)節(jié) 5 圈，調(diào)節(jié)測微頭使得直流電壓表顯示為 0（選擇 2V 檔，Rw 確定后不能改動） 。 4. 旋動微側(cè)頭推進(jìn)電容傳感器的共享極板（下極板） ，每隔 0.2mm 記錄下位移量 X 與輸出電壓 V 的變化，填入表 1-1 。 表 1-1 X（mm） 0 V（v） 5. 將電容傳感器安裝到振動源傳感器支架上，傳感器引線接入傳感器模塊，輸出端 Uo 接相敏檢波模塊低通濾波器的輸入 Ui 端，低通濾波器輸出 Uo 接示波器。調(diào)節(jié) Rw 到最大位置（順時針）旋到底，通過“緊定旋鈕”使電容傳感器的動極板處于中間位置，使得 Uo 輸出為 0。 6. 主控臺信號源的Us2 輸出接到振動源的 “低頻信號輸入” ， 振動頻率選 “5-15HZ”之間，振動幅度初始調(diào)到零。 7. 電容傳感器模塊接入15V 電源，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)振動源激勵信號的幅度，用示波器觀察輸出波形。 8. 保持信號源的 Us2 輸出的幅度旋鈕不變，改變振動頻率（用主控臺上的頻率計(jì)監(jiān)測） ，用示波器測出 Uo 輸出的峰峰值，填入表 1-2。 5表 1-2 F（Hz） 5 6 7 8 9 101112131415182022 24 26 30 Vp-p（V） 五、實(shí)驗(yàn)報告： 1根據(jù)表 1-1 的數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度 S 和非線性誤差f。 2分析差動電容傳感器測量振動的波形，作出 F-Vp-p 曲線，找出振動源的固有頻率。 六、注意事項(xiàng)： 1電容動片與兩定片之間的片間距離須相等（同軸） ，位移和振動時均應(yīng)避免擦片現(xiàn)象，否則會造成輸出信號突變。 2如果差動放大器輸出端用示波器觀察到波形中有雜波，請將電容變換器增益進(jìn)一步減小。 6實(shí)驗(yàn)二 金屬應(yīng)變片性能： 單臂電橋、半橋及全橋的比較實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 了解金屬箔片式應(yīng)變片、單臂、半橋、全橋電橋的工作原理和工作情況。 2. 比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。 二、實(shí)驗(yàn)儀器： 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、20g 砝碼（10 個） 三、實(shí)驗(yàn)原理： 電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時， 其電阻值發(fā)生變化， 這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為 RkR= （2-1） 式中RR為電阻絲電阻相對變化； k為應(yīng)變靈敏度； ll=為電阻絲長度相對變化。 金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變電阻組件。如圖2-1所示，將四個金屬箔式應(yīng)變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變， 應(yīng)變片將隨著彈性體的形變被拉伸或被壓縮， 應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。 7 圖2-1 雙孔懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻 R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，當(dāng)使用一個應(yīng)變片時，RRR =；當(dāng)二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有RRR2=；用四個應(yīng)變片組成二個差動對工作，且 R1R2R3R4R，RRR4=。由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1. 傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、 R2、 R3、 R4 上，未發(fā)生形變時，R1=R2=R3=R4=350，固定電阻R5=R6=R7=350。 2. 放大器調(diào)零。將主控臺的15V 電源接入應(yīng)變傳感器模塊，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將差動放大器的輸入端Ui 短接并與地短接，輸出端 Uo2 接直流電壓表 （選擇2V 檔） 。 將電位器Rw4 調(diào)到增益最大位置 （順時針轉(zhuǎn)到底） ，調(diào)節(jié)電位器 Rw3 使電壓表顯示為 0V。關(guān)閉主控臺電源（Rw3 的位置確定后不能改動） 。 3. 參考圖2-2 連線， 將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變電阻 （如 R1 )接入電橋與R5、R6、R7 構(gòu)成一個單臂直流電橋。 4. 加托盤后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1 使電壓表顯示為零。 5. 在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取直流電壓表數(shù)值，依次增加砝碼和讀 8取相應(yīng)的直流電壓表數(shù)值，直到200g 砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 圖2-2 單臂電橋接線原理圖 6. 保持差動放大電路不變，分別將應(yīng)變電阻連接成半橋和全橋電路，作半橋和全橋性能實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表2-1 中。 表2-1 重量（g） 電壓 （mV） 單臂 半橋 全橋 7. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 五、實(shí)驗(yàn)報告： 1根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算并比較三種電橋的靈敏度和非線性誤差，單臂電橋系統(tǒng)靈敏度1S和非線性誤差1f，半橋電橋2S和2f，全橋電橋3S和3f。得到的結(jié)論與理論計(jì)算進(jìn)行比較。 2思考題：全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3 為對邊）電阻值 R 相同時，即R1=R3，R2=R4，而 R1R2 時，是否可以組成全橋？ 2V R5 2V R6 R7 WD V R1 9六、注意事項(xiàng)： 1實(shí)驗(yàn)所采用的彈性體為雙孔懸臂梁式稱重傳感器，量程為 1kg，最大超程量為120%。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞。 2電橋上端虛線所示電阻為虛設(shè)，僅為組橋提供插座。表示在使用時應(yīng)外接電阻。 3實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。 4穩(wěn)壓電源不要長時間對地短路。 5接半橋、全橋時請注意區(qū)別應(yīng)變片的工作狀態(tài)與方向，不能接錯。 11實(shí)驗(yàn)三 電渦流式傳感器性能、特性及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、工作特性。 2進(jìn)行電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定。 3通過實(shí)驗(yàn)掌握用電渦流傳感器測量振幅的原理和方法。 二、實(shí)驗(yàn)儀器： 電渦流傳感器、電渦流傳感器模塊、鐵圓盤、測微頭（千分尺） 、振動源 三、實(shí)驗(yàn)原理： 電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗 Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離 X 有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測體（渦流片） 、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗 Z 只與 X 距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓 V 輸出，則輸出電壓是距離 X 的單值函數(shù)。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1. 按下圖3-1 安裝電渦流傳感器 圖3-1 電渦流傳感器安裝示意圖 2. 在測微頭端部裝上鐵圓盤，作為電渦流傳感器的被測體，調(diào)節(jié)測微頭，使鐵圓盤的平面貼到電渦流傳感器的探測端，固定測微頭。 3. 將電渦流傳感器連接線接到模塊上標(biāo)有“”的兩端，實(shí)驗(yàn)?zāi)K輸出端Uo 與直流電壓表輸入端 Ui 相接。直流電壓表量程切換開關(guān)選擇電壓 2V 12檔，模塊電源用連接導(dǎo)線從主控臺接入+15V 電源。 4. 打開主控臺電源，記下直流電壓表讀數(shù)，然后每隔 0.2mm 讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結(jié)果列入表 3-1。 表 3-1 X（mm） Uo（V） 5. 根據(jù)表 3-1 數(shù)據(jù)，畫出 Uo- X 曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測量時的最佳工作點(diǎn)，并計(jì)算量程為 1mm，3mm，5mm 時的靈敏度和線性度（可以用端點(diǎn)法或其它擬合直線） 。 6. 將鐵圓盤平放到振動梁最左端的位置，根據(jù)圖 3-1 安裝電渦流傳感器，注意傳感器端面與被測物體 （鐵圓盤） 之間的安裝距離即為線形區(qū)域。 （來自實(shí)驗(yàn)31 中的特性曲線） 7. 將電渦流傳感器連接線接到模塊上標(biāo)有“”的兩端，模塊電源用連接導(dǎo)線從主控臺接入+15V 電源。實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆私邮静ㄆ鳌⑿盘栐吹摹暗皖l輸出 Us2”接到振動源的“低頻輸入”端， “低頻調(diào)頻”調(diào)到最小位置， “Us2幅度調(diào)節(jié)”調(diào)到中間位置，打開主控臺電源。 8. 調(diào)節(jié)“低頻調(diào)頻”旋鈕，使振動梁有微小振動。從示波器觀察電渦流實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出波形，記下 Vp-p 值，同時利用前面的結(jié)果求出該微小振動的變化范圍Xp-p 值和振幅。 9. 變化振動源的頻率和幅值， 提高振動振幅， 用示波器觀察輸出波形有失真現(xiàn)象，這說明電渦流式傳感器的振幅測量范圍是很小的。 五、實(shí)驗(yàn)報告： 根據(jù)步驟 4、步驟 5 和步驟 8 的實(shí)驗(yàn)要求，撰寫實(shí)驗(yàn)報告。 六、思考題： 有一個振動頻率為 19kHz 的被測體需要測其振動參數(shù)， 你是選用壓電式傳感器還是電渦流傳感器或認(rèn)為兩者均可？ 13實(shí)驗(yàn)四 壓電加速度式傳感器 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解壓電加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)儀器： 振動源、壓電傳感器模塊、壓電傳感器、移相器/相敏檢波/低通濾波模塊 三、實(shí)驗(yàn)原理： 壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器（發(fā)電型傳感器） 。壓電傳感元件是力敏感元件，在壓力、應(yīng)力、加速度等外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量的電測。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1. 觀察壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)：壓電陶瓷片、慣性質(zhì)量塊等組成。 2. 將壓電傳感器安裝在振動梁的圓盤上，如圖4-1 所示。 圖 4-1 振動源安裝示意圖 3. 將信號源的低頻輸出 Us2 接到振動源的低頻信號輸入，并按下圖 4-2 接線，合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻調(diào)幅到最大、低頻調(diào)頻到合適位置，使振動梁的振幅逐漸增大。 4. 將壓電傳感器的輸出端接到壓電傳感器模塊的輸入端 Ui1，Uo1 接 Ui2，Uo2接低通濾波器輸入端Ui，輸出Uo 接示波器，觀察壓電傳感器的輸出波形Uo。 14 圖 4-2 壓電傳感器振動實(shí)驗(yàn)接線圖 五、實(shí)驗(yàn)報告 改變低頻輸出信號的頻率，記錄振動源不同振動幅度下壓電傳感器輸出波形的頻率和幅值。并由此得出振動系統(tǒng)的共振頻率。 振動頻率（Hz） 56 7 8 9 101112131415182022 24 26 30Vp-p（V） 15實(shí)驗(yàn)五 電子秤設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識以及對傳感器實(shí)驗(yàn)裝置上的各種傳感器及其測試電路的了解和掌握，完成要求的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。 二、實(shí)驗(yàn)儀器： 自選 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1利用實(shí)驗(yàn)室傳感器綜合實(shí)驗(yàn)裝置上的傳感器及其測試電路設(shè)計(jì)一個用于稱重的電子秤。 2獲取所設(shè)計(jì)的電子秤的輸入輸出關(guān)系曲線。 3線性化處理，并計(jì)算電子稱的靈敏度和非線性誤差。 四、實(shí)驗(yàn)報告 包括電子稱設(shè)計(jì)原理、實(shí)驗(yàn)儀器清單、電子秤的輸入輸出關(guān)系曲線、靈敏度和非線性誤差等。