第五章 典型机械工程参数的测试

机械工程学院TestandMeasurementforTypicalMechanicalEngineeringParameters机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试了解机械振动、位移、压力和流量等工程参数的基本测量方法及相应的测试装置，重点掌握机械系统的力学模型、机械振动的概念与种类、惯性式测振传感器的工作原理及它们的结构。通过查阅资料，对其他工程参数的测试也要有一定的了解。学习目标学习重点与难点机械振动的测试。重点难点机械振动的测试。机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试学习内容★第一节位移的测试★第二节机械振动的测试★第三节流体参量的测试机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试第一节位移的测试一、概述位移是线位移和角位移的统称。位移测量在工程中应用很广，在工程中不仅经常要求精确地测量零部件的尺寸、形状和位置，而且扭矩、力、速度、加速度、压力、流量等许多参量的测量也是以位移测量为基础的。测量位移时要注意传感器的敏感方向应与被测位移方向一致，否则将带来二次的测量误差。常见的位移测量传感器主要是电感式（包括涡流式）、电容式、光栅式、感应同步器、激光传感器等。机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试二、常用的位移传感器1.电阻应变式位移传感器用于小位移测量（0.1μm~0.1mm）测量精度优于2%线性度0.1%~0.5%机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试2.电感式位移传感器常用于微小位移测量，其测量范围一般为几毫米分辨率和测量精度可达0.1μm~0.01μm线性度一般优于0.5%差动变压器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试差动螺线管电感传感器及测微仪线路机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试电感测微仪机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试涡流测微仪机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试3.电容式位移传感器非接触测量，动态响应好精度高，分辨率最高可达0.1nm，精度最高可达1nm线性好，优于0.5%机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试电容测微仪机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试三、位移测试实例1.自动尺寸分选系统机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试圆柱（锥）滚子自动分选机机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试电感式仿形铣床2.仿形测量机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试3.物位的测量机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试电容式液位计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试超声波液位计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试射频电容式物位限位开关超声波液位开关智能型射频电容物位仪射频电容物位计双联式液位计磁浮式液位计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试4.轴承外圈直径测量涡涡涡涡涡涡A/D涡涡涡涡涡涡涡涡LED涡涡涡涡涡0RaRABG机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试第二节机械振动的测试一、概述1.机械振动的概念机械振动（简称振动）：一种特殊的运动形式，指的是机械系统的某些物理量（如振幅、振动速度、振动加速度等）在一定数值附近随时间变化的关系。2.振动测试的工作内容●振动系统基本振动参数的测试●振动系统动态特性的测试●振动信号的分析机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试3.机械振动的分类■按产生振动的原因分■按振动参数随时间的变化规律分■按振动自由度分●自由振动●受迫振动●自激振动●确定性振动（周期振动、非周期振动）●非确定性振动（随机振动）●单自由度振动●多自由度振动机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试4.机械系统的力学模型mkcz涡涡涡涡涡涡涡涡涡涡对于一般的机械系统来说，其力学模型通常可近似为一个二阶的“质量-弹簧-阻尼”系统。“质量-弹簧-阻尼”系统机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试5.机械系统的受迫振动mkcz22dtzdm)(tf)(tfkzdtdzcm■由作用在质量上的力所引起的受迫振动振动方程为)(22tfkzdtdzcdzzdmdtdzz22dtzdz——振动加速度z——振幅——振动速度振动系统动态特性测试的理论基础！机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试■由基础运动所引起的受迫振动mkc1z202dtzdmkzdtdzcm0z振动方程为21222dtzdmkzdtdzcdtzdm10zzz1zz0z——基础相对大地（惯性参照系）的绝对运动——质量块相对大地的绝对运动——质量块相对基础的相对运动惯性式测振传感器测振的理论基础！机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试二、测振传感器涡涡涡涡m1z0zzck1.惯性式测振传感器的工作原理●振幅计——当时，与被测振动的振幅成正比；●速度计——当时，与被测振动的速度成正比；●加速度计——当时，与被测振动的加速度成正比。1zznnnzzz——被测振动的振动位移——传感器相对壳体的位移响应0z——传感器相对大地的位移响应机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试2.磁电式速度计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试惯性式振动速度传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试3.应变式加速度计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试4.压电式加速度计压电式加速度计的结构形式机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试压电式加速度计常用的固定方式压电式加速度计的幅频特性曲线机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试压电式加速度计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试电容式加速度计5.其他测振传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试力平衡伺服式加速度传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试微型加速度计三向加速度计剪切式压电加速度计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试三、其他测振设备1.激振器常用激振方法：●稳态正弦激振——分点频激振和扫频激振，常用磁电式激振器、电液式激振器实现。●随机激振——用白噪声信号、伪随机信号或在实际工况记录下来的随机信号作为激振的信号源。●瞬态激振——分快速正弦扫描激振、脉冲激振和阶跃激振，其中以使用脉冲锤产生脉冲激振力的脉冲激振最为常用。机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试■脉冲锤机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试■电动式激振器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试■电磁激振器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试■电液式激振器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试2.阻抗头阻抗头内有两个传感器——一个是力传感器，用来测量施加在被测物体上的激振力；另一个是加速度计，用来测量激振点处的响应。测定机械点阻抗。激振器通过它对被测物体施加激振力，同时也用它测量激振力和被测物体在激振点处的响应。作用：组成：机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试阻抗头机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试四、振动测试实例1.机械设备运行状态监测及故障诊断车床主轴箱实时振动监测系统机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试减速机实时振动监测系统及振动测点布置图机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试2.激振实验（动刚度实验）机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试第三节流体参量的测试一、压力的测量1.弹性压力敏感元件机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试普通压力表的结构机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试2.应变式压力传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试3.压阻式压力传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试压阻式绝对压力传感器溅射薄膜压力传感器压阻式压力传感器扩散硅压力变送器压阻式高压传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试4.电容式压力传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试电容式压力、差压传感器智能型电容式压力变送器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试5.霍尔式压力传感器机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试二、流量的测量1.转子（浮子）流量计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试智能型转子流量计双转子流量计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试2.椭圆齿轮流量计nVQ04机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试智能型椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试/fQ——传感器输出信号的频率3.涡轮流量计——流量计常数f机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试智能涡轮流量计涡轮流量计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试4.其他流量计电磁流量计翅片式流量计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试多普勒超声流量计机械工程测试技术之典型机械工程参数的测试本章小结机械振动的测试具有比较典型的意义。几乎所有的机械系统都可以看成是二阶的“质量—弹簧—阻尼”系统。机械振动的测试以受迫振动为基础，惯性式测振传感器就是根据传感器感受被测振动后的受迫振动而工作的。惯性式测振传感器的结构参数满足不同的条件，可分别用来测量振动的加速度、速度、振幅。除本章介绍的测试方法外，对于各种工程参数的测试，现在已越来越多地使用一些现代新型传感器来实现，如激光式位移传感器、光栅式位移传感器、超声波流量计、红外测温计、CCD三维轮廓扫描仪等。应该注意的是，许多测试都是以间接的方式（二次甚至多次测量变换）实现的。