材料加工试验轧制测试技术实验指导书

课程实验指导书院（系）材料与冶金工程系专业金属材料工程年级四年级课程名称轧制测试技术实验孙斌主编2008年11月17日前言实验和试验研究是理工大学生必备的知识能力，也是学习知识、掌握技能的重要环节。金属材料工程专业在本着加强理论教学的同时，大力加强实验教学，以培养学生既有深厚的理论功底，又有多方面的动手试验研究能力为目标，编写了“轧制测试技术实验”一书。本书是参照了一些国内外的有关资料，以及我们在教学和科学研究实践中的粗浅体会编写的，目的在于使学生掌握有关测试技术的基本理论和方法，并通过实际操作培养学生具有一定的实验技能。本实验主要包括：电阻应变片粘贴技术、电阻应变片的接法以及电桥的和差特性、动态电阻应变仪的使用与传感器标定、实测轧制压力、轧机扭转力矩测量等五项实验。本实验指导书是根据金属材料工程专业轧制测试技术课程等教学大纲要求编写。在编写此指导书时，得到了黄佩武老师、李康情老师的大力支持，在此表示衷心感谢！由于编者水平所限，经验不足，加之时间仓促，书中错误和不当之处在所难免，敬请读者批评指正。编者：孙斌二00八年十一月金属材料工程专业实验教学大纲课程编号：课程名称：轧制测试技术实验实验时间/学分：共10学时适用专业：金属材料工程一、实验的性质和目的金属材料工程专业实验是一项与工程实践密切联系的科学技术课程，是理论联系实际的教学活动，是本专业最重要的实践性教学环节之一。通过专业综合实验帮助金属材料工程专业学生掌握实验的基本方法，掌握实验研究的基本内容，了解金属材料加工的实验以及当代研究的新方法，掌握实验报告的写作程序和规范，以提高学生的理论功底和专业素养，培养他们的动手和操作实验的能力，提高他们的科学思维能力和分析判断能力，形成科学严谨的研究态度。二、实验基本要求1、在实验中，教师要本着准确、严谨、科学态度指导学生认识、了解各种实际问题；2、严格遵守各项规章制度、作息时间、实验安排，服从统一安排，不得无故缺席；3、注意安全用电，离岗及时断电；4、在规定实验时间内完成实验任务，不得拖延；5、要求实验内容丰富，具有实际意义；6、专业综合实验完毕后要求学生写出实验报告。三、实验内容、形式和时间安排序号实验项目名称时数形式1电阻应变片粘贴技术2讲授、现场操作2电阻应变片的接法及电桥的和差特性2讲授、现场操作3动态电阻应变仪的使用与传感器标定2讲授、现场操作4实测轧制压力2讲授、现场操作5轧机扭转力矩测量2讲授、现场操作时间安排：第7学期，10学时。四、组织实施1.专业实验不得免修，综合实验必须配备符合条件的指导教师。学生应在指导教师的指导下，认真完成综合实验的工作任务。指导教师对实训内容选择、综合实验报告的质量负有指导、监督的职责，负责对学生综合实验签署意见并给出学生综合实验的成绩。2．指导教师必须由具有本科及以上和中级（含）以上专业技术职务的专职教师担任或具有高级技术职务的专业人员担任；3．指导教师须保证投入足够时间和精力用于学生综合实验的指导。五、实验考核方式：平时成绩占总成绩的40%——对平时每次实验课结束后的实验报告成绩的综合评定；期末成绩占总成绩的60%——当场进行一项实验，要求学生在实验结束后，立即完成一份实验报告，根据实验报告完成情况来评定。整个实验成绩分为优、良、中、及格和不及格五种，成绩评定的主要依据如下：1.出勤考核占20%；2．学生独立完成任务占20%；3．实训完成情况占40%；4．总结报告占20%。5．有下例情况之一者，要酌情减分：有抄袭行为或有意给别人抄袭。损坏或丢失实验室物品，包括元器件、仪器设备和工具。（3）迟交总结报告。目录实验一电阻应变片粘贴技术……………………………………………1实验二电阻应变片的接法以及电桥的和差特性………………………4实验三动态电阻应变仪的使用与传感器标定…………………………7实验四实测轧制压力……………………………………………………11实验五轧机扭转力矩测量………………………………………………14实验一电阻应变片粘贴技术一、实验目的通过电阻应变片的粘贴实验，熟悉常温电阻应变片的粘贴工艺及粘贴后的检查工作。二、实验内容（１）电阻应变计的外观检查及阻值分选。（２）贴片工艺。（３）粘贴后的质量检查。（４）组桥接线。（５）粘贴后的防潮处理。三、实验设备和器材（１）常温电阻应变片若干片，连接导线，钢尺，划针。（２）电阻测仪表，如OJ-23型ＯＪ-24型单壁电桥或数字万用表。（３）电烙铁（20W）、镊子、放大镜等工具。（４）等强度梁、温度补偿板。（５）丙酮、石蜡、脱脂棉、纱布等。（６）100V兆欧表、万用表。四、实验步骤１.外观检查和阻值分选（１）用五倍以上放大镜检查应变片本体是否完整；有否霉点、锈斑、引线是否牢固，要求敏感栅排列整齐。（２）用万用表测量应变计是否短路、断路、再用惠斯登电桥逐片测量阻值并记录其数值。（３）配桥：要求组成电桥各臂的阻值大致相等或相对二臂之积大致相等，其最大误差限制在0.5Ω以内。２.贴片位置确定及表面清理（１）电阻应变片的粘贴位置是根据被测试件的受力情况和具体测试方法来确定的，本实验假定要测量矩形梁受载时的弯曲变形，测试方案中一般采用全桥测量。在测量截面上贴四片电阻应变片。其布片方式如图1-1所示，即上下表面各并排贴二片电阻应变片。根据电桥的和差特性，将Ｒ１和Ｒ３两片应变片贴在上表面，Ｒ２和Ｒ４两片应变片贴在下表面其组桥方式如图1-2所示。1R1R3U0UyR1R2R3R4图1-1应变片布片方式图1-2应变片组桥方式（２）对贴片表面进行机械清理，去氧化皮、油污、铁锈等。用砂纸将贴片部位打光至▽６，再交叉打磨成与应变片轴线呈45ο的交叉纹路。（３）化学清理，用镊子夹丙酮棉球（酒精棉球）清理其表面，直到所用棉球和没用过的棉球一样时为止。３.贴片用双手保持清洁，严禁手指摸清洗过的表面，或用嘴吹气，贴片前最好将贴片部位预热驱潮。用501（502）胶水涂在应变片的背面，被粘贴表面也同时涂好黏结剂，然后将应变片对准方位贴在被贴表面，此时在应变片上面放一小块聚四氟乙烯薄膜后，用拇指压紧应变片的一端，从这一端向另一端挤压数次。挤出多余的胶水和气泡，轻轻掀开薄膜，检查有无气泡、翘起脱胶、移位等现象，否则需重贴。注意：粘结剂要用得适当。过多时胶层太厚影响应变片性能；过少粘结不牢，不能准确传递变形。指压时用力要适当，防止胶液全部被挤出或压坏敏感栅。不要将胶液弄到皮肤上。４.检查粘贴质量（１）检查贴片下有没有气泡，位置准确与否，引线不能贴在试件上。（２）贴片前后，，应变片阻值不应有变化。（３）用万用表检查应变片有无断路和短路现象。（４）用低压摇表（兆欧表）检查电阻应变片与试件的绝缘电阻值。应变片与试件间绝缘电阻一般在200MΩ以上。５.组桥接线为了防止应变片使用和焊接中被撕断，最好不直接把连线与引线焊接，或把连线直接焊在应变片上，建议采用端子和胶布固定连线的办法，事先把应变片的两条引线分别弯成一个平弯焊在端子上，再从端子上焊接连线，连线排列应尽量整齐、规则，以便于检查，并用白胶布或胶带把它固定住。将应变片引线的根部用氧化锌胶布固定在试件上，再按桥路的串、并联焊接导线。注意焊锡不要过多，焊接时间不要过长，防止假焊。最好用不同颜色的导线。2６.防潮处理一般来说，轧机用测力传感器的工作环境十分恶劣，往往有灰尘、油、水和蒸汽等。故要求防潮处理，用绝缘胶布将整个桥路包好，再敷以白布带，最好用石蜡封好（桥路引线要外露）。长期使用，需涂敷专门配制的防潮剂。五、实验报告要求简述贴片、接线、检查等主要步骤。3实验二电阻应变片的接法以及电桥的和差特性一、实验目的（1）掌握单臂、双臂、四臂电桥的组桥方法；（2）熟悉电桥调平衡的线路和原理；（3）了解静态电阻应变仪的使用方法；（4）验证电桥输出公式：01234UUK1＝4。二、试验仪器和设备（１）等强度梁或悬臂梁及砝码；（２）（K=2.0）电阻应变计（已贴在等强度梁上）；（３）YJ-25静态电阻应变仪、补偿块、电桥盒三、实验原理利用悬臂梁受力弯曲，上下表面产生延伸和压缩变形的现象，在悬臂梁表面粘贴应变片。组桥后在桥路一个对角供电，另一个对角测量输出值。改变桥路中有效应变片的数量，在同样加载变形条件下测量输出值，验证电桥输出公式：01234UUK1＝4，从而理解桥臂系数的含义。设电桥为等臂电桥，即1234RRRRR。而且每个桥臂均发生变化分别为1R、2R、3R、4R时，则电桥输出电压为：01234UUK1＝4根据电桥和差特性，由上式可知电桥的输出电压与电阻变化或应变变化有关。在实际应用中可根据需要对不需测量的信号进组桥，以便消除。１、电桥单臂工作，输出电压为01UUK1＝4。２、相邻两臂工作（１）设电阻变化为异号时，输出电压为01UUK1＝2，此时的输出信号为实际单个测量信号的两倍。（２）设电阻变化为同号时，输出电压为0U＝。３、相对两臂工作（１）设电阻变化为同号时，输出电压为01UUK1＝2。（２）设电阻变化为异号时，输出电压为0U＝。4４、四臂工作四臂工作，且相邻电阻变化为异号，相对臂为同号时，电压输出为01UUK＝，电桥的输出信号为实际信号的四倍。四、实验步骤１、电桥盒的联接电桥盒内装有两个120Ω的无感线绕电阻R3和R4及一个100云母电容C0，如图2-1。半桥测量R3和R4充当电桥中的两个桥臂，全桥测量时R3和R4被断开不用，根据实验要求，联接好桥臂线路，接好电桥盒。接好仪器之间的连接线、电源线，接线如图2-1。23415678R3R4C023415678R1R223415678R1R2R3R4图2-1电桥盒接线图２、仪器使用（１）接通电源，按下电源开关；（２）按下“基零”开关，调节“基零”电位器，使显示为±０时，则按下“粗”；（３）按下“测量”开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为±０，这时将“粗/细”开关置于“细”，并调零，若调零无法调到±０时，则按下“粗”；（４）调整灵敏系数盘，使指示“2.00”；（５）将后面板“标定”档开关打置“电桥盒”档；（６）反复调节平衡，为了提高测试精度，若测试条件允许，每隔一段时间，校对一下平衡和标定值读数（在无载荷情况下）；（７）再次按下“测量”开关，仪器即可开始测量。5３、加载实验按实验要求进行加载，将测量值填入表2－1中。表2－1载荷接法１Kg２Kg３Kg４Kg５Kg电桥单臂工作相邻两臂工作异号相邻两臂工作同号相对两臂工作同号四臂工作五、实验报告分析四种组桥方案的实验数据，并加以讨论。6实验三动态电阻应变仪的使用与传感器标定一、实验目的（１）熟悉动态电阻应变仪的原理、结构。（２）掌握动态电阻应变仪的使用、调试方法。（３）掌握动态电阻应变仪的标定方法。二、实验仪器与设备（１）YD-21型动态电阻应变仪。（２）等强度梁或矩形梁及砝码。（３）ＳＤ－７Ｓ低频信号发生器。（４）SC-16型示波器或EMC-2000型-Ａ瞬态波形存储记录仪三、实验步骤（一）YD-21型动态电阻应变仪的使用１.电桥盒的联接半桥测量时，按图3-1（b）接线，Ｒ１为工作片Ｒ２为补偿片，全桥测量时按图3-1（c）接线,Ｒ１和Ｒ３为工作片，Ｒ２和Ｒ４为补偿片。在使用联接导线时用同一型号，同规格的金属导线。23415678R3R4C023415678R1R223415678R1R2R3R4abc图３－１电桥盒的联接２.仪器的联接（１）将电桥盒另一端的插头插入应变仪后面板下部的“输入”插座内，并将插头旋紧。（２）将输出线一端的二芯插头，分别插入应变仪后面板上的“低阻输出”插口中，另一端的接线叉分别接到EMC-2000型-Ａ瞬态波形存储记录仪或ＳＣ－１６型示波器相应的输入中。7（３）检查仪器各开关的初始位置，电源开关在“关”，衰减开关在“０”，标定开关在“断开”，ＳＣ－１６型示波器电源开关在“关”位置。（４）接通电源（220V、52HZ）。３.YD-21型动态电阻应变仪平衡调整（１）指示电表的机械零位调整，用螺丝刀使电表指针指零（在无信号时进