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机械工程测试技术课件.ppt

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测试
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Mechanical Engineering Testing Technique,测试技术制作室,目 ? 录,,绪论信号的描述测试装置的基本特性电阻应变片测量电桥电阻应变仪记录仪器,零件应力的测量力参数的测量运动参数的测量机械振动的测量电动机电参数的测量误差分析与数据处理,绪 论,测量是指确定被测对象属性量 ? ? ? ?值为目的的全部操作。测试是具有试验性质的测量, ? ? ? ?或者可以理解为测量和试 ? ? ? ? ?验的综合。,测试的基本概念,力学参数:表明机器工作负荷状况的参数,力、 ? ? ? ? ? ? ?力矩、应力、电压等;? 运动参数:表明机械运动规律的参数,位移、速 ? ? ? ? ? ? ?度、加速度等; 电参数:表明机器工作负荷状况的参数,电流、 ? ? ? ? ? ?电压、功率等; 工艺参数:表明加工工艺条件的有关参数,如加 ? ? ? ? ? ? ?工对象的加工量、温度、几何形状等。,测量参数,测量方法的分类,机械测量法 ? 光测法 ? 电测法等等,测试系统的组成,通过测试技术的基础理论学习和实验,培养学生能正确地选用测试装置,进行各种物理量的测量;初步掌握进行动态测试的方法和技能,为以后的生产实验和科学研究打下一定的基础。,课程的目的,简述测量参数的种类。 简述测量方法有哪些?,思考题,信号的描述,第一章,Description of Signal,信号:反映被测系统的状态及特性。通过研究 ?信号的内在的规律,可充分认识被测系统的相互关系?。,信号的分类Category of Signal,静态信号:指幅值不随时间变化或变化极缓慢的信号。,动态信号:指瞬时幅值随时间变化的信号。,,周期性信号是幅值随时间作周期性重复变化,即按一定的间隔时间T不断重复的信号,数学关系式表示:,非周期信号又称作瞬变信号。是短暂的,可用数学关系式表示。,确定性信号确定性信号的波形随时间重复变化,可以用数学关系式或图表来明确描述其随时间的变化关系。,信号,非确定性信号亦称作随机信号。不能用确定的数学关系式表达,用概率和统计方法描述。,动画演示,平稳随机信号,,非平稳随机信号,动态信号的描述,根据描述信号的自变量不同可分为 ? ? ? ?时域信号和频域信号,Description of Dynamic Signal,周期信号的幅值可以用峰值、均值、有效值以及方差值来表示。峰值是指信号可能出现的最大瞬时幅值;均值是动态信号在整个时域的积分平均;方差是信号x(t)相对于其均值变化的均方值。,周期信号是按一定的间隔时间T(周期)不断重复的信号,可用数学关系式表示: ? ?x(t)=x(tnt)周期信号有很多表示形式,如周期性方波、锯齿波(三角波)……等最简单的是正弦信号。,50Hz正弦信号波形,周期信号,periodic signal,周期信号的强度,,峰值 ? :指信号可能出现的最大瞬时幅值,,,均值 ? ? ? ? :动态信号在整个时域的积分平均,,,方差 ? :信号相对于其均值变化的均方值,,有效值 ? :是反映信号功率的大小。均方值:表示信号的平均功率。,频谱是离散的。 每条谱线只出现在基波频率的整倍数上。 谐波幅值是随谐波频率的增加而减少,谐波的幅值与频率是成反比的。,周期信号的频谱特性,Frequency spectrum characteristic of periodic signal,使被测物体与传感器电极之间的极距产生变化,从而形成电容量的变化,实现位移的测量。是指不随时间变化或变化极缓慢的信号。静态不变的信号只要在被测端接上某种形式的显示仪表,由仪表指针可直接反映信号的幅值。可用数学关系式或图表来表示。,静态信号,Static Signal,动态信号的瞬时幅值是随时间变化的。确定性信号的特点是信号的波形随时间重复变化。可用数学关系式或图表来明确描述其随时间的变化关系。,动态信号,Dynamic Signal,,式中:A为振幅(最大值);k为弹簧 ?刚度;m为质量;φ0为初始相位。在此图中,φ0=0。,其位移信号X(t)可写为:,瞬变信号是确定性非周期性信号,如机械冲击、碰撞等。 随机过程有平稳随机过程和非平稳随机过程之分。,瞬变信号,Transient signal,思考题,,信号的分类。 周期信号的频谱特征。,测试系统及基本特性,第二章,Testing System and Principal Characteristic,组成,试验 ?装置,数据处理装置,测量 ?装置,记录显示,测试装置的静态特性,灵敏度:当测试装置的输入信号有微小变化时,引起 ? ? ? 输出信号发生微变量,则称它们的比值为灵敏度。,,线性度:是指测试装置的输入和输出是否保持线性关系 ? ? ?线性度=|输出的标定值-输出的理论值|/输出信号的变化范围 100%,回程误差: 在实际测试中,在同样的条件下,当输入信号大和由大减小的过程中,测试装置会出现输入同一个信号,而得到不同的两个输出信号,其最大差值称为回程误差。,,测试系统误差与灵敏度,理想测试装置的特性,叠加性 ? superpositionality 比例性 ? proportionality 频率保持性 ?frequency retentivity,传递函数: (Transfer function) ?在工程测试中,传 ? ? ? ? ? 递函数是输出信号(时域)与输入信号(时域)之比。,频率响应函数:(Frequency response function) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 在工程测试中,频率响应函数是输出信 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 号(频域)对输入信号(频域)之比。,,,,测试装置,,,,输入,输出,频率响应函数H(jw)可以用复指数来表示,复数的模为测试装置的幅频特性,复数的相角为相频特性。,幅频特性和相频特性,,Amplitude and Phase Frequency Characteristic,频率响应法测量系统特性,动画演示,一阶测试装置的频率响应 ? ? ? 一阶测试的微分方程,,,幅频特性,相频特性,,阶跃信号:,测试装置在 典型输入下的动态响应,系统的阶跃输入和响应,测试装置的幅频特性为常数。 测试装置的相频特性为线性。,实现不失真测试的条件,波形不失真复现,思考题,求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-450)通过传递函数H(s)=1/(0.005s+1)的装置后所得到的稳态响应。 把灵敏度为404x10-4pc/Pa的压电式力传感器与一台灵敏度调到0.226mV/pc的电荷放大器相接,求其总灵敏度。,第三章,电阻应变片,Resistance Strain Gage,概念 结构、组成 工作原理 种类 工作特性,电阻应变片:是将被测试件的机械量(应变)转换成电量(电阻)的一种元件。,模拟演示,覆盖层:用来保护和固定敏感栅。,组成,,,,,敏感栅:由金属电阻丝构成,能 ? ? ? ? ? 将机械应变转化成电阻变化。,基底:固定保护敏感栅一般由纸 ? ? ? ? ? 和有机聚合物成。,引线:由镍铬铝丝构成,用来从敏感栅引 ? ? ? ? 出电信号。,,机械效应:金属导线受力变形,该导线电阻值随之变化的物理现象称为应变效应。,工作原理,,,,,横向应变,纵向应变,电阻变化率与应变的关系:,工作特性,灵敏系数: 是指应变片的电阻变化率与试件 ? ? ? ? ? ?应变的比值称为应变片的灵敏系 ? ? ? ? ? ?数。,横向效应:电阻应变片由于横向缩短引起应 ? ? ? ? ? ? ? ? 变片电阻值减小,因此所测的应 ? ? ? ? ? ? 变值减小,这种现象称为横向效 ? ? ? ? ? ? 应。,温度效应:温度变化时,应变片电阻值也发 ? ? ? ? ? ? 生变化,这种现象称为温度效应。,种类,,丝式应变片 ? 敏感栅由高阻值的金属丝绕成。箔式应变片 ?敏感栅由高阻值的金属铂片经光刻腐蚀技术制成。,半导体应变片 ?由锗或硅单晶体作为敏感元件制成,,,,,,,,,基底材料的选用 敏感元件材料选用 敏感栅基长的选用 电阻值的选用 灵敏系数的选用,,应变片的选用,思考题,电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别?各有何优缺点?应如何根据具体情况选用?把一个变阻器式传感器按图接线,问它的输入量是什么?输出量是什么?在什么条件下它的输出量与输入量之间有较好的线性关系?,第四章,测量电桥,,Measurement Bridge,测量电桥的作用 ? ? ? 是将应变片的电阻的变化转换成为电压(或电流)的变化。测量电桥的分类,电桥按其电源性质的不同可以分为直流电桥(Direct Current Bridge)和 交流电桥(Alernating ?Current Bridge)。而交流电桥可以用于测量电阻、电感和电容的变化。,直流电桥,如图5.1所示。电阻R1,R2,R3,R4作为四个桥臂,在a、c两端接入直流电源ui,在b、d两端输出电压u0。电桥的平衡条件:,如图所示:电阻R1,R2,R3,R4作为四个桥臂,在a、c两端接入直流电源ui,在b、d两端输出电压u0。电桥的平衡条件:R1 * R3 = R2 * R4,电桥特性,电桥的加减特性电桥的温度补偿电桥的工作桥臂系数,交流电桥,当四个桥臂为电容或电感时,必须采用交流电桥。,电桥的平衡装置,电容平衡装置,电阻平衡装置,,,常用应力测量的布片和组桥方式:,思考题,,,测量电桥包括哪几种? ? ?什么是测量的温度补偿?,电阻应变仪,第五章,Resistance Strain Gauge,利用电阻应变片作为传感元件来测量应变的专用电子仪器称为电阻应变仪。,,电阻应变仪,Resistance Strain Meter,(按频率分类) ?静态电阻应变仪 ?静动态电阻应变仪(0~200Hz) 动态电阻应变仪(0~1500Hz) 超动态电阻应变仪(几十千赫兹),电阻应变仪分类,电桥,放大器,相敏检波器,振荡器,稳压 ?电源,低通滤波器,组成,包括信号的调制,放大和解调三个过程。既低频的应变信号通过电桥转换成频率高的交流信号,然后送到放大器进行放大,最后把放大后的交流信号输入至相敏检波器,并经滤波器输出已放大的原输入信号。,工作原理,,,,,动态电阻应变仪的原理,,ε=εmsinωt正弦波,振荡器提供高频载波电压u0,,微弱调幅波信号Δu,放大后的调幅波信号,经相敏检波后的信号,通过低通滤波器的信号,应变仪工作原理信号波形图,是指控制高频振荡的某个参数,使它随被测信号有规律的变化,以实现信号的放大与传输。,调频,调幅,调相,调制,电阻应变仪的调制,将一个高频的正弦信号与被测信号相乘,使高频信号的幅值随着被测信号的变化而变化,输入信号就存在于调幅波的包络线之中。,,调幅原理,,无应变: ?ε=0静态拉应变:Δu=KεUmsinωt/4静态压应变:Δu=KεUmsin(ωt+π)/4动态应变: Δu= sinωt(KεmUmsinΩt)/4静态叠加动态应: ? ? ?Δu=sinωt{[Kum (ε±εmsinΩt)]/4},各种应变条件下的调制情况,,测量各种应变时电桥输出的调幅波形,利用环形相敏检波器对调幅幅波进行鉴别,以便恢复被测试件的输入信号。,,电阻应变仪的解调,,电阻应变仪由哪几部分组成? 简述电阻应变仪由哪几部分组成?,思考题,第六章,记录仪器,Recording Meter,光线示波器,光线示波器的工作原理 光线示波器的结构 光线示波器的使用要点,函数记录器 函数记录器的特点,函数记录器,滑线变阻器W1由滑动触头B将电阻分为两部分,并接成直流电桥的相邻两臂。U0为电桥的供桥电压,电桥的输出端接入电表及光线示波器的振子。 ? ?这种测量方法,由于工作方法伴随着接触摩擦,会引起发热、磨损及接触不良,尤其是冲击或振动的环境下,更易引 起接触不良。但是,由于这种测量方法简单,测量装置轻便并容易制作,若参数选择恰当,还可获得较好的线性度。,采用滑线变阻器测量位移,运动参数的测量,采用滑线变阻器测量位移 电阻应变式传感器测量位移 电容式传感器测量位移,光线示波器的工作原理,动画演示,光线示波器的工作原理是利用光线来显示记录波形的仪器 ,工作原理如图:,由光源射出的光线通过聚光透镜的会聚,经光栅射到阵动子镜片上,在经振动子镜片的反射,通过聚光透镜的会聚,在记录纸上形成一个点像。镜片固定在垂直方向被拉紧的张丝上,张丝和线圈固定在一起,线圈放在恒磁场中。当被测信号电流通入线圈时,在电磁感应的作用下线圈产生偏转,即镜片产生偏转,便在记录纸上形成一条亮线。记录纸由传动装置按需要的速度往前移动,于是使光点在记录纸上形成一条与输入信号相应的且在随时间变化的波形曲线。记录纸用感光材料制成,经二次嚗光或显影、定影即可得到记录波形 返回,工作原理,光线示波器的结构,光学系统 记录纸传动系统 时间指示系统 其它部分,光学系统,光学系统由聚光透镜L、反射镜M及光栅D组成,它包括被测信号的记录光路(振子光路)、分格光路和时标光路。,光线示波器的使用要点,振动子的选择及使用选择振动子是使用光线示波器中很重要的一个问题,示波器记录误差与选用振动子是否合理有密切关系。 频率的选择根据初步估计的被测信号的频率选择振动子时,应使振动子的工作频率大于被测信号频率。为了使记录波形不失真地反映被测信号的变化,应保证,为被测信号频率,为振动子的固有频率。对于周期性的矩形波,其高次谐波的振幅,到第51次谐波时就只有基波的2%了,故必须考虑到51倍的基波频率。,对于三角波和梯形波,由于其高次谐波的振幅与谐波次数的平方成反比的减小,到第7次谐波的振幅就只有基波的2%了,故A必须考虑到7倍的基波频率对于没有很徒前沿的被测信号,一般以10倍基波频率选择振动子固有频率的依据。B 灵敏度的选择由于振动子灵敏度与其固有频率的平方成反比,因此要兼顾灵 ?敏度和频率两个方面来加以选择。C 被测信号的电流要小于振动子最大允许电流D 应保证振动子在线性工作最大允许范围内工作,且幅值大小 要合适。E 振动子的内阻必须与应变仪输出阻抗相配当使用电磁阻尼振动子时,为了保证振动子阻尼度在0.6-0.8 范围,需考虑振动子对外电阻的要求。,函数记录器,函数记录器能记录两个被测量之间的函数关系。 ? ?X-Y函数记录器是一种通用的函数记录仪器,可以同时输入两个具有函数关系的变量信号。记录时记录纸不动,记录笔按函数关系沿直角坐标系的X轴和Y轴运动,在记录纸上可描绘出两变量间的函数关系曲线Y=f(X).被测量信号输入至量限变换装置进行衰减,以适应不同的信号和量程范围。衰减后的信号送入测量电路,该被测信号电压与平衡电位计的电压相比较,如果二者不相等,则产生电压差u.由于差值电压很微小,需送入调制放大器进行放大,经解调、滤波成直流信号,并进行功率放大。将放大后的信号输入给直流伺服电机,电机转动时,通过传动机构带动记录笔运动,进行记录,另一方面电机也带动平衡电位计的触点运动,改变平衡计的电压,使差值电压u逐渐减小,直到零时,伺服电机停止转动。,函数记录器的特点,X--Y函数记录器有工作频率较低、灵敏度高,被测的信号电压范围大,且具有输入阻抗高、驱动力大、可进行大幅值记录、能直接描绘函数等特点。函数记录器可以记录两个变量间的函数关系曲线Y=f(X),多笔式的函数记录器还可以同时记录几个因变量对同一自变量的函数关系曲线,即Y1=f(x)、Y2=f(X)、Y3=f(X)……,有利于相互对比和分析。,零件应力的测量,第七章,Measurement of Stress in Machine Members,应力(stress),应力是重要的机械量,应力状况可由 某点主应力的大小和方向来表示。,测量应力可以分析研究零件、机构的受载情 ?况、负荷水平和强度能力,验证设计计算结果的正确性。,应力测试任务是正确确定零件主应力的大小、方向及分布规律。,应力测试方法采用电阻应变测量法。,主应力方向已知时的应力测量,为测量简单应力状态下的主应力方向已知的单向应力,可采用沿主应力方向粘贴电阻应变片的方法。,测量前,要求电桥处于平衡状态,无输出。测量时,电桥应愈不平衡愈好,这样可获得最大的输出信号。组桥的同时,还需考虑电桥的温度补偿。,,,纯弯曲应力的测量,若被测量零件的横截面对中性轴是对称的,则零件上下面的最大拉、压应力相等,电阻应变片可粘贴在零件的上下两个侧面,其布片,组桥的方式有单臂桥、半桥和全桥三种。,思考题,测试应力采用什么方 法? 什么是主应力方向已知时 ? ? 的应力测量?,第八章,力学参数测量,Measurement of ?Force Parameters,机械设备的基本参数是力、扭矩等。 ? 轧制力的测量 ? ?金属在轧制过程中,作用在轧辊上的压力即为轧制力,它是轧机的基本载荷参数之一。,轧制力的测量方法,,,应力测量法,传感器测量法,,应力测量法,在轧机机座中,凡直接受轧制力的零件,都产生与轧制力相对应的弹性变形,通过这些零件的弹性变形,可间接测量出轧制力。轧制时,机架的立柱产生弹性变形,其大小与轧制力成正比。,为了测的拉应力,必须把电阻应变片粘贴在立柱的中性面0-0上,这样可消除弯曲应力。,机架立柱上的布片及组成全桥的方式,防止应变片的机械损坏及油、水、蒸汽等介值质侵蚀,应变片应妥善保护。,传感器法测量,轧制力测量中,直接承受轧制力的测力传感器被广泛应用。它与应变法相比,传感器的应力水平要高10-20倍,精度及稳定性均优。 ?轧机测力传感器应安装在工作机座两侧轧辊轴承垂直载荷的传力线上,通过测量两侧的轧制分力即可得到总轧制力。轧机测力传感器有电感式、电容式、压磁式、和电阻应变片式等类型。轧机测力传感器,简称压头。电阻应变片的布片和组桥方案,应具有消除偏载、弯矩、扭转、温度等干扰的特点。,常用的电阻应变式轧机测力传感器有压缩式和剪切式两种。,压缩式传感器传感器由弹性元件、上盖及底盘组成,安装在压下螺丝和上辊轴承座之间。,为保证良好的输出特性和防止非测信号的干扰, 轧机 测力传感器的弹性元件应具有较大的径向尺寸及较小的高度。,扭矩的测量:由扭矩应变来测量扭矩,其它扭矩测量方法:,流体压力的测量 ? ? ? ? ? ? 流体压力是指气体或液体作用于单位面积上的平均法向压力,也称压强。,电阻应变式压力传感器 ? ? ? ? ?膜板式和圆筒式 ? ? 其原理是利用粘贴应变片的膜板或圆筒壁直接承受流体压力,通过所产生的应变来测量其压力。,膜板式压力传感器,结构组成,,外壳,应变花,压紧螺丝,膜板,圆筒式压力传感器 ? ? ? ? 是一个薄壁筒,在它的外表面上,沿圆周方向上粘贴应变片(工作片)。薄壁筒的顶端(实心圆柱部分)无变形,故在其外表面上,粘贴补偿片,它和工作片一起组成单臂工作电桥。,流体压力传感器可以用活塞式压力器或压力校验泵进行标定,液体压力传感器的标定,某些传动件或正在加工的丝、杆、带等工件,属于承受张力的挠性件。测量挠性件张力所采用的测力传感器,是以电阻应变式、压磁式和电感式为多。而测量方法上的基本特点,则主要体现在传感器的安装位置及传力方式上。,挠性件张力的测量,由于工作中的挠性件大多是运动的,且往往还要与辊、轮等零件接触,尤其是对于在加工的挠性工件,如轧制过程中带材张力的测量,很难直接在挠性件上设置测力传感器,在实践中大多把测力传感器安装在被挠性件所包围的辊、轮等零件的固定支承中进行间接测量。,轧制过程中带材张力的测量,思考题,弹性压力敏感元件有哪些类型? ?其敏感压力的原理是什么? 压力传感器的标定应注意什么?,运动参数的测量,,,Dynamic Parameter measurement,第九章,,电阻式传感器测量位移 ? 变阻器式传感器测量位移 ? 电感式传感器测量位移 ? 可变磁阻式传感器测量位移 ? ?电容式传感器测量位移,转速的测量 ? ? ? 转速测量方法 ? ? ? 光电脉冲法测量转速 ? ? ? 电感传感器法测量转速,位移的测量,本章内容,,位移测量时,应根据不同的测量对象选择恰当的测量点、测量方向和测量系统。,Displace measurement,第一节?位移的测量,种类:变阻器式(电位器式) ? ? ? ?电阻应变式 ? ? ? ?固态压阻式传感器,基本原理:是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化,再经相应的测量电路,显示或记录被测量值的变化。,Resistance sensor,电阻式传感器,工作原理:通过改变电路中电阻值的大小,将物体的位移转换为电阻的变化。常用电位器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等。,变阻器式传感器(电位器式传感器),测量位移、压力、速度等参量。,适用范围:,工作原理:基于电磁感应原理。它是把被测量转化为电感量变化的一种装置。,种类:自感式(包括可变磁阻式与涡流式) ? ? ? ? ? ? 互感式(差动变压器式),电感式传感器,组成:线圈、铁芯及衔铁,可变磁阻式传感器,可变导磁面积型、差动型、单螺管线圈型、双螺管线圈差动型。,可变磁阻式传感器的典型结构,当被测物体作为一个电极,有微小的振动位移量时,则就使被测物体与传感器电极间的极距产生变化,从而形成电容量的变化,实现位移的测量。,电容式传感器capacitive sensor,电容式传感器的结构较简单,能实现非接触式测量,对所测量物体不施加负载,且灵敏度高,分辨力好,能检测0.01um甚至更小的位移,动态响应性能好。当被测物体(作为一个位移)有微小的振动位移量时,则就使被测物体与传感器电极9之间的极距产生变化,从而形成电容量的变化,实现位移的测量。,电容式传感器测量位移,电阻应变式传感器测量位移,原理是在弹性元件上粘贴电阻应变片,当弹性元件受力作用时,产生弹性变行,此时应变片的阻值也随之发生变化。通过电桥及测量仪器,即可实现位移的测量。最常用的是梁式弹性元件。,位移传感器、测量电路、记录仪器,测量系统的组成,Rotational Speed Measurement,在电测中,转速的测量方法大致可以分为以转速为测量对象的直接测量和以与转速有关的某一物理量为对象的间接测量两大类。,第二节 转速的测量,机械转速表,用测速发电机测量转速,转速测量方法,光电传感器 ?optical sensor ? ?是一种将被测物理量变化转换为光量的变化,再通过光电器件转化为电量的装置。,光电器件,光源,光学元件,结构组成,光电脉冲法测量转速,旋转轴上安装一多孔圆盘即黑白光栅。轴转动时,反射光与不反射光现象交替出现,光电元件间断接收光的反射信号,并输出间断 电信号。再经过放大、整形电路输出方波信号。,测试原理,光电传感器原理图,光电效应:物体在光照射下 ?释放电子的现象。发射光纤发出的光投射到被测物体上,物体又将部分光通过接收光纤反射回光敏管上,将光信号转换成电信号输出。,带光纤式光电传感器,被测对象,传感器,测量电路,显示记录,采集处理,,,旋转单元,光电传感器,,,计数器,动态信号分析仪,输入信号,输出信号,,,光电脉冲式转速测试系统 ? ? ? ? measurement system,光电脉冲式转速测试系统,将旋转轴的转速变为相应频率的电脉冲,测出脉冲 的频率,由公式可得到转速值: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? :每秒钟产生的脉冲数 :开孔圆盘孔数,计算公式,,电感传感器 ?inductive sensor ? ? 是一种将被测非电量转换为电感量变化的装置。,电感式转速测量,,,探头(线圈),,变换器(测量电路),结构组成,电感传感器,,金属导体置于变化磁场 ?中或在磁场中运动时,内部会产生闭合的感应电流流线,像流水中的旋涡一样,故称电涡流。,工作原理,,电感式转速测量系统,在被测轴上安装一多孔圆盘,当轴转动时,传感器与金属圆盘发生电磁感应,经测量电路处理后形成与轴转速成比例的脉冲信号,再送入数字显示器或分析仪进行显示、记录。,测试原理,在零件输送线上,可对零件进行计数,转速测量的应用,,监控齿轮过低速 ? ? ? 或超高速状态,转速测量系统组装实验,试述光电传感器的工作原理。 试述电感传感器转速测量的测试原理。,思考题,第十章,机械振动的测量,Mechanical Vibration Measurement,振动三要素,幅值,相位,频率,,振动物体的基本参数的测量,振动物体的动态特性的测量,机械振动的种类,处理输入、输出和系统的动态特性三者的关系。,输入、输出和系统,振动研究的内容,振动测试系统所组成的原理方框图,简谐振动 :质量块在单自由度作无阻尼的振动。,机械振动的基本理论知识,,单自由度有阻尼的自由振动,质量块受力产生的受迫振动,作用在质量上的力所引起的有阻尼强迫振动,,基础运动产生的受迫振动,振动系统固有频率的测量振动系统阻尼度的测量振动系统质量和刚度的测量,机械振动基本参数的常用测量方法,是对试件施加某种预定要求的激振力,激起试件产生激励振动的装置。常用的激振器有电动式激振器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?电磁式激振器,,激振器,,,电动式激振器,,电磁激振器,,说明振动测量仪的工作原理。 简述测量系统固有频率的方法。,思考题,第十一章,电参数的测量,Measurement of Electric Parameters,直流电参数测量的特点,振子的端部对地具有较高电压,因此导线、开关、接线端子等都应具有可靠的绝缘。,直流电参数不能采取变压器原理进行电位隔离,测量线路又与主回路直接接通,因此将直流的高电位引入测量线路中。,交流电压、电流的测量,电表测量法 光线示波器振动子测量法 变送器测量法,由于交流电信号是随时间周期变化的电量,若用振子直接进行示波记录,则波形所占记录的纸宽为直流信号的两倍,所示的波形犹如一条宽黑带,故在测量交流电参数时,希望将交流电信号线性地转换为直流信号,然后进行波形记录。各种类型的交流变送器,能实现这个目的。,交流变送器测量法,当直流电动机的电压、电流及功率等电参数随时间迅速变化时,普通的电工仪表惯性较大,不适用。此时,常采用低惯性的光线示波器振动子来测量。,直流电机电参数的测量,直流电压、电流的测量,光线示波器振动子测量法 直流电参数测量的特点、操作要点 变送器测量法,直流电压的测量,U=0.8[I](R1+R2+r)? ?电压信号由电枢C、D两端引出。在现场可以把振子直接串接在电压表上,进行直流电压的测试。,振子记录直流电压原理图,,直流电流的测量,直流电流信号可由分流器(FL)的A、B两点引出。直流电流的测量可转化为分流器两端电压降的测量。在现场测试中,电流表是并接在分流器上的,可以把振子并接在电流表上,进行电流测试。,振子记录直流电流原理图,,直流电参数测量的操作要点,选用灵敏度较高的振子,减少限流电阻的发热。测量回路必须用测量电压大于电枢最高工作电压的兆欧表进行对地、参数间的绝缘测定。保证电压与电流振子同电位,可避免振子间的击穿。,将直流高压电位予以隔离,即在测量仪器与供电系统之间设置某种隔离环节。各类直流电压、电流变送器就是用于直流供电系统中隔离输入与输出的中间环节,以达到安全测量的目的。,直流变送器测量法,电隔离的原理:将直流信号调制成交流信号,可采用能隔离直流电位的变压器进行电隔离传输信号,从而达到电隔离的目的。,直流电压变送器,直流电压变送器原理方框图,,分压器,调制器,,,正反馈,,,放大,振荡,,,电隔离,检波器,,,输入,输出,负反馈,,分压器,调制器,,,正反馈,,,放大,振荡,,,电隔离,检波器,,输入,输出,,,由一台直流毫伏变送器将分流器上引出的微弱信号放大到伏特级后,用一台直流电压变送器进行电隔离输出。,直流电流变送器原理方框图,,直流电流变送器,,输入,分流器,,直流毫伏变送器,,调制器,振荡,,,放大,,电隔离,检波器,,,输出,正反馈,负反馈,直流电机功率测量,一般测量电动机的电枢电流I及电枢电压U,按公式计算W:,W=I×U×10-3(kW),在现场实测中,均用分压箱(应变仪配用仪器),不必计算R值,分压箱的输入端与电压互感器的次级线圈想接,其输出端直接与振子想接即可。,,光线示波器振动子测量法,交流电压测量接线图,,交流电流属于必测的电参数之一。被测的电流值很大,必须使用电流互感器TA。为使流过振子的电流小于振子的额定电流值,必须用分流电阻R,可用应变仪配用仪器的分流箱代之。,交流电流测量接线图,光线示波器振动子测量法,,被测交流电信号通过电压互感器TV降压后,采用桥式电路进行全波整流,经滤波电容C滤去输出中的交流成分,可在输出端输出1mA的电流信号和5v的电压信号。由交流电压变送器输出的直流信号,接入示波器的振子,即可进行交流电压的波形记录。,交流电压变送器,交流电流变送器原理与交流电压变送器原理大致相同,区别在于前者增加一个补偿电路。它由四个二级管及电阻组成。目的是补偿非线性误差。,交流电流变送器,动态测量交流电机的功率,可采用示波器功率振动子测量法。 交流功率变送器测量法是把被测的三相有功功率量变换成与功率成正比例的直流电流量或直流电压量,该变换器即为三相功率变送器。将直流输出信号接入示波器的振子,即可进行示波记录。,交流电机功率测量,思考题,直流电动机电参数的测量方法。 交流电动机电参数的测量方法。,第十二章,误差分析与数据处理,Error Analysis and Data Processing,误差的基本概念,测量误差:是指某被测量的实测值与其真实值的差别。,偏 ? ? ? ?差:是指测量值与平均值之差。 真 ? ? ? ?值:是指在一定条件下,某个物理量的实际值。,绝对误差:某一量所测得的值和真值之差。相对误差:表示某一量的测量值偏离真值的程度,,,误差的表示方法,,误差的分类,按原因分类,系统误差,随机误差,过失误差,精度: 高低用误差来衡量,误差小则精 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 度高,误差大则精度低。,准确度:反映测量结果中系统误差的影响程度。,精密度:反映测量结果中随机误差的影响程度。,精确度:反映测量结果中系统误差和随机误 ? ? ? ? ? ? ? ?差综合的影响程度。,系统误差的分类,按系统误差的性质分类,,按系统误差产生的原因分类,设备误差,环境误差,实验方法误差,,人员误差,固定误差,累进误差,周期性误差,变化规律复杂的误差,系统误差的消除,在测量工作之前进行 对称消除法 补偿消除法 合理选择实验方案法 校正消除法 修正消除法,随机误差的特性,在测试过程中,系统误差和过失误差一般是可以修正或在测量时给以消除。,单峰性 对称性 有界性 抵偿性,思考题,误差的概念及其种类。 随机误差的特性有哪些?,自测题,为了巩固学过的知识,进行下面的测验。,

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