發布日期：2022-10-09 點擊率：55
江西理工大學
《 機械工程測試技術 》課程實驗指導書
主審人： 主撰人：馮梅琳
前言
《機械工程測試技術》是機械設計制造及其自動化等專業的一門技術基礎課，該課程具有較強的實踐性。要想使學生學好這門課程，必須將課堂理論教學和實驗教學有機地結合起來。通過實驗課的學習，力圖使學生加深對本課程的基礎理論、基本概念的理解，培養學生的實踐動手能力和興趣，增強學生對各種不同的傳感器如何組成測試系統有直觀而具體的感性認識，并能根據不同的物理量合理地選擇測試裝置，同時在實驗的進行過程中通過信號的拾取、轉換、分析，掌握作為一個科技工作者應具有的基本操作技能、獨立思考問題的能力、綜合運用知識的能力，為以后進一步學習、研究和處理機械工程技術問題打下良好的基礎。
本實驗指導書是配合教材《機械工程測試技術基礎》（第三版）內容、南京安正振動測試系統、美國本特利轉子試驗平臺和浙江大學杭州高聯有限公司生產的“CSY系列傳感器系統實驗儀”，并根據該課程實驗大綱而編寫的。要求學生從思想上重視實驗，認真做好每一次實驗。
為了保證實驗課的順利進行，按時完成實驗內容，保證教學質量，要求學生做到以下幾點：
1、實驗前認真學習、閱讀實驗指導書及教材中的有關內容，并在實驗室里對實驗所用傳感器與儀器進行操作練習，了解傳感器與儀器的使用方法，操作規程以及使用就意事項，根據實驗的要求和目的以及所提供的儀器設備，在指導教師的指導下獨立認真地自行操作，并獲取實驗數據，進一步進行分析處理，完成實驗報告。
2、愛護儀器設備，節約實驗材料，非經指導老師準許不要動用與當次實驗無關的儀器設備。如遇儀器損壞，必須及時向指導教師報告。
3、遵守實驗規則，進實驗室不要大聲喧嘩，注意安全，嚴防觸電、烙傷、碰傷。
4、實驗完畢，將儀器、電線、元件等整理好，放回原處方能離開實驗室。
5、必須按時完成實驗報告。無正當理由拖延、不交實驗報告，按不及格計入平時成績。
目錄
第一部分 緒論 3
第二部分 基本實驗指導 5
1 機械參數綜合測試系統的組成 5
2 典型信號頻譜分析 8
3 電阻應變式傳感器的制作 11
4 金屬箔式應變片與三種測量橋路的比較 14
5 螺管型差動變壓器式電感傳感器的性能與位移測量 18
6 差動變面積式電容傳感器的特性測試 21
7 電渦流式傳感器的靜態標定 23
第一部分 緒論
本實驗指導書是根據《機械工程測試技術》課程實驗教學大綱編寫，適用于機械類各專業。
本課程實驗的作用與任務
《機械工程測試技術》是機械設計制造及其自動化等專業的一門技術基礎課，該課程具有較強的實踐性。通過本實驗課的學習，使學生加深對測試技術的感性認識，并能合理地選用測試裝置，培養學生的動手能力、獨立思考問題的能力以及綜合運用知識的能力，為學生進一步學習、研究和處理機械工程技術問題打下良好的基礎。本實驗課程基本要求如下：
1、了解測試系統的基本組成，掌握各組成環節的工作原理和作用。
2、了解測試和評價測試系統靜、動態特性的方法。
3、掌握常用傳感器的工作原理、性能、基本結構和應用，以及定標與數據處理方法。
4、掌握常用信號調理電路和記錄儀器的工作原理和性能。
5、了解信號分析的基本知識。
6、掌握應力、應變、壓力、位移、振動、噪聲等常見物理量的測試方法。
本課程實驗的基礎知識
1、機械參數綜合測試系統的組成：典型測試系統的基本組成及常用記錄儀器的工作原理和性能；計算機測試系統的組成；以等強度懸臂梁作為對象對其振動狀態（速度、加速度、振幅、轉速等）的測試和分析；常用傳感器的工作原理、性能、基本結構和應用；DRVI虛擬儀器的組成及應用等。
2、典型信號及其頻譜的識別與變換：以等強度懸臂梁作為對象，采用力錘進行激勵，對其振動狀態速度、加速度進行測試和分析；以信號發生器作為對象，采用數據采集箱獲取各類波形；以轉子試驗臺作為對象，對其振動狀態（速度、加速度、振幅、轉速等）的測試和分析。以上均采用典型的CRAS軟件進行數據采集并對其各階模態進行分析處理；
3、電阻應變式傳感器的制作：電阻應變片的認識和粘貼工藝及方法、不同的布片組橋方法對電橋輸出的影響。
4、金屬箔式應變與三種測量橋路的比較：單臂、半橋、全橋的組橋連接方法，輸出電壓和電壓靈敏度之間的關系。
5、螺管型差動變壓器式電感傳感器的性能與位移測量：差動變壓器式電感傳感器的工作原理及其性能，零點殘余電壓產生的原因及補償方法，相敏檢波電路的功能，采用該傳感器對位移進行測量的方法。
6、差動變面積式電容傳感器的特性測試：差動變面積式電容傳感器的工作原理及其性能，采用該傳感器對位移進行測量的方法。
7、電渦流傳感器特性及被測材料對其特性的影響：電渦流傳感器的結構、原理、工作特性，不同材料（鋁
實 驗 報 告
實驗項目名稱： 差動變面積式電容傳感器的靜態及動態特性 同組人
試驗時間 年 月 日，星期 ， 節 實驗室 K2，508傳感器實驗室 指導教師 高海洲 一、實驗目的
了解差動變面積式電容傳感器的原理及其特性。
二、實驗原理
電容式傳感器是將位移、壓力、振動點轉換成電容量變化的傳感器。電容式傳感器的敏感部分就是具有可變參數的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成，電極之間以空氣為價值的電容器。電容式傳感器有多種形式，本試驗儀中用的是差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝與振動態的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發生變化，極間電容也發生相應的變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定位C×1，下層定片與動片形成的電容定為C×2，當將C×1和 C×2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。
三、所需單元及部件
電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、F/V表、激振器、示波器。
有關旋鈕的初始位置：差動放大器增益旋鈕置于中間，F/V表置于2V檔。
1、STIM-01模塊、STIM-08模塊、STIM-09模塊、電容傳感器。
2、±15V電源、萬用表。
3、電子連線若干。
四、實驗步驟
（1）按圖四接線。
圖四. 電容式傳感器位移實驗接線圖
（2）F/V表打到20V檔，調節測微頭，使輸出為零。
（3）轉動測微頭，每次0.5mm，記下此時測微頭的讀數及電壓表的讀數，直至電容動片與上（或下）定片覆蓋面積最大為止。填入表1
位移（mm）
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.5
1
1.5
2.0
2.5
電壓（mv）
（4）計算系統靈敏度S。S=△V/△X（式中△V為電壓變化，△X為相應的梁端位移變化），并用坐標紙作出V—X關系曲線。
（5）卸下測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形并記錄。五、X-V曲線
六、實驗小結
指導教師批閱及成績
指導教師簽名：
年 月 日
0-2V
電壓表
實驗報告
實驗項目名稱：差動變面積式電容傳感器的靜態及動態特性同組人
試驗時間年月日，星期，節實驗室K2，508傳感器實驗室指導教師高海洲一、實驗目的
了解差動變面積式電容傳感器的原理及其特性。
二、實驗原理
電容式傳感器是將位移、壓力、振動點轉換成電容量變化的傳感器。電容式傳感器的敏感部分就是具有可變參數的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成，電極之間以空氣為價值的電容器。電容式傳感器有多種形式，本試驗儀中用的是差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝與振動態的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發生變化，極間電容也發生相應的變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定位C×1，下層定片與動片形成的電容定為C×2，當將C×1和C×2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。
三、所需單元及部件
電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、F/V表、激振器、示波器。
有關旋鈕的初始位置：差動放大器增益旋鈕置于中間，F/V表置于2V檔。
1、STIM-01模塊、STIM-08模塊、STIM-09模塊、電容傳感器。
2、±15V電源、萬用表。
3、電子連線若干。
四、實驗步驟
（1）按圖四接線。
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無法比較。
面積式電容式傳感器：是指利用構成電容的三個參數（極板面積、極板距離、介電常數）固定其中的兩個參數（如：極板距離和介電常數），另一個（如極：板面積）隨被測參數發生變化，此時電容容量隨隨被測參數發生變化，并由此反映被測量變化；
差動式電容式傳感器：是指同時制作兩個相同原理和結構，并相互關聯的電容，當被測參數變化時，使兩個電容的容量朝相反方向發生變化。這時：可以利用兩個電容受外界影響時變化一致的特點來消除外界干擾（共模抑制），利用兩個電容相同的非線性對信號進行線性化（非線性疊加），同時可以利用兩個電容變化方向的不同，擴大信號敏感程度。
所以說。差動式是電容式傳感器的一種結構，面積式是電容式傳感器的一種測量原理，兩者無法比較。
可以有差動變面積式電容傳感器。
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