工程测试技术实验实验一 电桥加减特性一、实验目的：1. 熟悉各种方式的组桥方法。

2. 通过实验，验证电桥加减特性和补偿特性。

3. 对不同方式组桥得出的输出值进行比较并分析误差。

二、实验原理：当电桥四臂分别产生电阻变化为△R 1、△R 2、△R 3、△R 4时，电桥的电压输出为△U =(40U =∆-∆+∆-∆)44332211R R R R R R R R 40UK （4321εεεε-+-）1. 电桥的输出与电阻变化或应变变化的符号有关（ ε 的符号：拉为“+”，压为“—”）即对臂同号相加，对臂异号相减； 邻臂异号相加，邻臂同号相减。

2. 电桥的输出与桥臂系数n 有关。

△U =4U K εn 当一臂工作（受力）时，n = 1；当两臂工作时，n = 2；当四臂工作时，n = 4。

提高桥臂系数可增大电桥输出。

三、实验装置及仪器：1． 等强度梁2． 静态电阻应变仪四、实验要求：本实验是进行实测所必须熟练掌握的最基本的技能训练，要求人人动手、动脑，独立思考，操作完成。

五、实验步骤：1. 检查仪器情况（见静态电阻应变仪使用方法）。

2. 一切无误后开始组桥。

分别按下列方式组桥，然后仪器调平衡（见静态电阻应变仪使用方法）后加载，将数据填入表格。

每次组桥后都要重复以上步骤。

(1) 半桥接法，单臂工作。

即应变片R1 受力，应变片R2作温度补偿片。

（见①）(2) 全桥接法，两臂工作。

即两片应变片R1、R2邻臂同号受力，两应变片R3、R4作温度补偿片。

（见②）(3) 全桥接法，两臂工作。

即两片应变片R1、R2邻臂异号受力，两应变片R3、R4作温度补偿片。

（见③）(4) 全桥接法，两臂工作。

即两片应变片R1、R3对臂同号受力，两应变片R2、R4作温度补偿片。

（见④）(5) 全桥接法，两臂工作。

即两片应变片R1 、R3对臂异号受力，两应变片R2、R4作温度补偿片。

（见⑤）（6）全桥接法，四臂工作。

既四片应变片四臂异号受力。

（见⑥）组桥方式记录项目 单臂 工作两臂工作 四臂工作邻臂同号 邻臂异号 对臂同号 对臂异号 四臂异号 加载重量 （ kg ） 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 输出 （μ ）桥臂系数（实测值，取 小数点后三位）14. 结果分析（1）结合电桥输出公式及实验原理，解释实验结果，得出结论。

（2）分析实验数据误差及原因。

六、思考题：1. 直流电桥的平衡条件是什么？① ② ③④⑤⑥2. 为了增大电桥的输出，可以采取哪些组桥措施？3. 用组桥方式（6）获得的测试结果是否是梁的实际应变值？若要获得该值，应该如何处理数据？4. 心得体会实验二梁的振动测试一. 实验目的：1. 了解激振、测振系统的基本组成及使用。

2. 以简支梁为对象，掌握用比较法测振动频率，用共振法测固有频率以及振动参数的测试方法。

二. 实验原理：振动测试是机械工程中最常见的测试工作，振动传感器及仪器种类繁多。

现以压电式加速度计作为接触式传感器的典型，用以测量简支梁的振动。

系统方框图如下：利用共振法可测出系统的固有频率：当信号发生器发出的激振频率与系统的固有频率相同时，系统振幅为最大。

此时，信号发生器上的频率指示即为系统的固有频率。

三. 实验仪器及装置：1. 简支梁振动实验台2. 精密信号发生器3. 功率放大器4. 激振器5. 加速度计6. 电荷放大器7. 示波器四. 实验步骤：1. 将激振、测振系统连接、调试好。

2. 由信号发生器发出的一个正弦信号，从示波器屏幕上得出振动加速度a（或振动速度、位移）、频率，并记录数据。

3. 调节标准信号发生器的频率，到示波器屏幕上出现椭圆为止。

此时，标准信号发生器上的频率指示即为未知信号的振动频率f ，并记录数据。

4. 由信号发生器发出的一个正弦信号，当该信号的频率与简支梁的固有频率相同时，将发生共振现象。

此时，可从示波器屏幕上读出振动加速度的最大值a n，并记录数据。

从信号发生器的频率指示上读出简支梁的固有频率。

此时，也可调节标准信号发生器的频率，到示波器屏幕上出现椭圆为止,标准信号发生器上的频率指示即为系统的固有频率fn，并5. 作系统的幅频特性曲线，纵坐标为系统的输出与输入幅值之比（B / A），横坐标为振动频率与固有频率之比（f / f n）。

五1．叙述压电式传感器的工作原理。

2．叙述系统幅频特性的定义；总结该系统的特点。

3．实验中存在的问题及心得体会。

实验三 扭矩标定一. 实验目的：1. 通过实验，掌握扭矩标定常用的方法—模拟小轴标定法。

2. 建立扭矩标定曲线, 确定扭矩标尺, 写出扭矩标定方程。

二. 实验原理测试系统方框图做一个比实测轴直径小Q 倍﹑材质相同的小轴。

在小轴上贴片，要求应变片性能、贴片工艺、组桥方法、测量仪器以及导线等，均与实测轴的测试条件完全一样, 然后将小轴放在加载支架上，加载并做出标定曲线。

对模拟小轴施加已知扭矩标M , 得 标τ=32.0d M 标对实测轴为 测τ=32.0D M 测式中：标τ与测τ ——小轴与大轴贴片处的剪切应力；d 与D ——小轴与大轴贴片处直径。

1. 当两轴的测试条件、输出值（光点高度）相同时，则表示两轴产生的剪切应力相等（标τ = 测τ），即32.0d M 标=32.0D M 测测M =标M (3)dD实际应用上式时，模拟小轴的扭矩标定曲线可作为实测大轴的扭矩标定曲线，只是将标M 乘以（D/d ）3 即为测M 。

2. 当两轴的输出值（光点高度）不相同时，可根据模拟小轴的扭矩标定曲线得出扭矩模拟标定小轴ε标定系数（标尺）K m 。

m K =标标S M （ N ·m / mm ）（取小数点后三位）扭矩标定方程测M =m K ·m S （3)dD （N ·m ）式中：标S — 标定扭矩的光点高度（mm ）m S — 实测扭矩的光点高度（mm ）三． 实验装置及仪器：1．模拟小轴装置 2. 动态电阻应变仪3. 光线示波器或数据采集系统四. 实验要求：本实验是实测前重要的准备工作，要求从组桥、仪器联接到平衡调试、加载记录，每个步骤都做到正确操作，认真完成，数据准确。

五. 实验步骤：1. 弄清模拟小轴上的应变片粘贴位置和方向（小轴直径d = 30mm ），正确判断应力状态。

2. 将小轴上四个应变片以全桥形式正确接入电桥盒。

3. 按照动态电阻应变仪，光线示波器或数据采集系统的使用说明，将仪器联接好、调试好。

4. 对小轴加卸载（轴的力臂长1米），拍摄、记录。

将标定扭矩的光点高度用尺子量好填入实验数据表内。

5. 根据记录数据建立扭矩标定曲线，纵坐标为模拟小轴标定扭矩标M （N ·m ），横坐标为标定扭矩的光点高度标S （mm ），并求出扭矩标定系数m K =标标S M （ N ·m / mm ）（取小数点后三位），写出扭矩标定方程：测M =m K ·m S （3)dD （N ·m ），并将K m ·d 的数值代入扭矩标定方程（其中m S 、D 未知）。

6. 实验数据0 9.8 19.6 29.4 39.2 加载 卸载六. 思考题：1. 测轴的扭矩时，为什么要在与轴线成45○方向贴片？2. 若扭矩的标定系数为你本次实验所得，已知被测轴直径90mm ，光线示波器实测扭矩的光点高度为45mm ，求被测轴的扭矩。

3. 实验中存在的问题及心得体会。

实验四 动态应变测量一、实验目的：1． 掌握动态应变测量系统的基本组成及使用。

2． 以悬臂梁为对象，掌握应变、频率、周期、阻尼比的测试方法。

二、实验原理：当悬臂梁的端部获得一外力时，梁便产生上、下振动。

贴在梁上的应变片的阻值也会相应地产生变化，经电阻应变仪放大后，由光线示波器或数据采集系统记录下这个按正弦规律变化的信号，其周期、频率与悬臂梁应变（应力）的变化周期、频率相一致，应变（应力）的大小可通过有关比值得出。

测试系统方框图三、实验装置及仪器：1． 动态应变梁2． 动态电阻应变仪荷载（N ·m ）光高（mm ） 方式光线示波器 或数据采集系统 △I △U ε3. 光线示波器或数据采集系统四、实验要求；本实验是一个综合性实验。

要求从组桥、仪器联接及使用，到标定、记录及整理实验数据，每个步骤都清楚，会操作，并正确得出测试结果。

五、实验步骤；1. 将动态应变梁上的一枚工作片与补偿块上的一枚温度补偿片，以半桥形式接到电桥盒上。

2. 按照动态电阻应变仪、光线示波器或数据采集系统的使用说明，将仪器联接、调试好。

3. 先用动态电阻应变仪进行应变标定，然后用手给动态应变梁加一外力，使其产生振动，并用光线示波器或数据采集系统记录波形。

4. 实验数据标定应变标ε= 200标定光高标h =221h h +=标定系数B K =标标h ε=最大振幅 H 1 =H 2 =最大应变 H ε=B K ﹒1H =振动周期 T =f1= 振动频率 f =T1= 阻尼比 21ln 21H H πξ≈= 六、思考题：1． 实验所得的振动波形是什么形式的振动？实验所得的振动频率是否是动态应变梁的固有频率？为什么？2． 获取动态信号的频率有哪些方法？试比较我们做过的两种动态（振动）信号测试方法的特点。

3. 实验中存在的问题及心得体会。