河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院機(jī)械工程測試技術(shù)第6章典型機(jī)械工程參數(shù)測試第一頁，共100頁。

了解機(jī)械振動、位移、壓力和流量等工程參數(shù)的基本測量方法及相應(yīng)的測試裝置，重點(diǎn)掌握機(jī)械系統(tǒng)的力學(xué)模型、機(jī)械振動的概念與種類、慣性式測振傳感器的工作原理及它們的結(jié)構(gòu)。通過查閱資料，對其他工程參數(shù)的測試也要有一定的了解。機(jī)械振動的測試。重點(diǎn)難點(diǎn)機(jī)械振動的測試。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)第二頁，共100頁。6.1機(jī)械振動的測試6.2位移的測試6.3流體壓力的測試6.4流量的測試主要學(xué)習(xí)內(nèi)容第三頁，共100頁。6.1機(jī)械振動的測試TestandMeasurementforMechanicalVibration機(jī)械振動是工程技術(shù)中常見的物理現(xiàn)象。除了利用振動原理進(jìn)行工作的機(jī)械以外，振動都是有害的。振動能破壞機(jī)械的正常工作，加快機(jī)械的失效，降低其壽命。振動本身以及由它引起的噪聲，對人體的健康也是有害的。通過對機(jī)械設(shè)備振動的測量，可以對其工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，進(jìn)行故障診斷，還可以為改進(jìn)其動態(tài)特性提供依據(jù)。第四頁，共100頁。1.機(jī)械振動的概念機(jī)械振動（簡稱振動）：一種特殊的運(yùn)動形式，指的是機(jī)械系統(tǒng)的某些物理量（如振幅、振動速度、振動加速度等）在一定數(shù)值附近隨時(shí)間變化的關(guān)系。2.振動測試的工作內(nèi)容●振動系統(tǒng)基本振動參數(shù)的測試●振動系統(tǒng)動態(tài)特性的測試●振動信號的分析6.1.1概述第五頁，共100頁。3.機(jī)械振動的分類■按產(chǎn)生振動的原因分■按振動參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律分■按振動自由度分●自由振動●受迫振動●自激振動●確定性振動（周期振動、非周期振動）●非確定性振動（隨機(jī)振動）●單自由度振動●多自由度振動第六頁，共100頁。4.機(jī)械系統(tǒng)的力學(xué)模型

對于一般的機(jī)械系統(tǒng)來說，其力學(xué)模型通?？山茷橐粋€(gè)二階的“質(zhì)量-彈簧-阻尼”系統(tǒng)?！百|(zhì)量-彈簧-阻尼”系統(tǒng)固有頻率第七頁，共100頁。5.機(jī)械系統(tǒng)的受迫振動■由作用在質(zhì)量上的力所引起的受迫振動振動方程為——振動加速度——振動速度振動系統(tǒng)動態(tài)特性測試的理論基礎(chǔ)！——振幅第八頁，共100頁?！鲇苫A(chǔ)運(yùn)動所引起的受迫振動振動方程為——基礎(chǔ)相對大地（慣性參照系）的絕對運(yùn)動——質(zhì)量塊相對大地的絕對運(yùn)動——質(zhì)量塊相對基礎(chǔ)的相對運(yùn)動慣性式測振傳感器測振的理論基礎(chǔ)！第九頁，共100頁。1.慣性式測振傳感器的工作原理●加速度計(jì)——當(dāng)時(shí)，與被測振動的加速度成正比?！粶y振動的振動位移——傳感器相對殼體的位移響應(yīng)——傳感器相對大地的位移響應(yīng)6.1.2測振傳感器●速度計(jì)——當(dāng)時(shí)，與被測振動的速度成正比；●振幅計(jì)——當(dāng)時(shí)，與被測振動的振幅成正比；第十頁，共100頁。第十一頁，共100頁。2.磁電式速度計(jì)第十二頁，共100頁。第十三頁，共100頁。慣性式振動速度傳感器第十四頁，共100頁。3.應(yīng)變式加速度計(jì)

第十五頁，共100頁。4.壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)形式第十六頁，共100頁。壓電式加速度計(jì)常用的固定方式

壓電式加速度計(jì)的幅頻特性曲線

第十七頁，共100頁。壓電式加速度計(jì)第十八頁，共100頁。電容式加速度計(jì)第十九頁，共100頁。力平衡伺服式加速度傳感器第二十頁，共100頁。剪切式壓電加速度計(jì)三向加速度計(jì)微型加速度計(jì)第二十一頁，共100頁。1.常用激振方法●穩(wěn)態(tài)正弦激振——分點(diǎn)頻激振和掃頻激振，常用磁電式激振器、電液式激振器實(shí)現(xiàn)。●隨機(jī)激振——用白噪聲信號、偽隨機(jī)信號或在實(shí)際工況記錄下來的隨機(jī)信號作為激振的信號源?！袼矐B(tài)激振——分快速正弦掃描激振、脈沖激振和階躍激振，其中以使用脈沖錘產(chǎn)生脈沖激振力的脈沖激振最為常用。6.1.3振動的激勵(lì)第二十二頁，共100頁。2.脈沖錘第二十三頁，共100頁。3.電動式激振器第二十四頁，共100頁。4.電磁激振器第二十五頁，共100頁。5.電液式激振器第二十六頁，共100頁。

阻抗頭內(nèi)有兩個(gè)傳感器——一個(gè)是力傳感器，用來測量施加在被測物體上的激振力；另一個(gè)是加速度計(jì)，用來測量激振點(diǎn)處的響應(yīng)。

測定機(jī)械點(diǎn)阻抗。激振器通過它對被測物體施加激振力，同時(shí)也用它測量激振力和被測物體在激振點(diǎn)處的響應(yīng)。1.作用2.組成6.1.4阻抗頭第二十七頁，共100頁。阻抗頭第二十八頁，共100頁。阻抗頭第二十九頁，共100頁。1.轎車的乘坐舒適性試驗(yàn)6.1.5振動測試的應(yīng)用示例第三十頁，共100頁。2.機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷車床主軸箱實(shí)時(shí)振動監(jiān)測系統(tǒng)第三十一頁，共100頁。減速機(jī)實(shí)時(shí)振動監(jiān)測系統(tǒng)及振動測點(diǎn)布置圖第三十二頁，共100頁。3.激振實(shí)驗(yàn)（動剛度實(shí)驗(yàn)）第三十三頁，共100頁。

位移是線位移和角位移的統(tǒng)稱。位移測量在工程中應(yīng)用很廣，在工程中不僅經(jīng)常要求精確地測量零部件的尺寸、形狀和位置，而且扭矩、力、速度、加速度、壓力、流量等許多參量的測量也是以位移測量為基礎(chǔ)的。6.2位移的測試TestandMeasurementforDisplacement第三十四頁，共100頁。6.2.1直線位移（位置）的測試常見的直線位移測量主要是用電感式（包括渦流式）傳感器、電容式傳感器、感應(yīng)同步器、光柵式傳感器、磁柵式傳感器、容柵式傳感器、激光干涉儀來實(shí)現(xiàn)。1.幾種常用的直線位移傳感器第三十五頁，共100頁?！鲭娮钁?yīng)變式位移傳感器

用于小位移測量（0.1μm~0.1mm）測量精度優(yōu)于2%線性度0.1%~0.5%第三十六頁，共100頁?！鲭姼惺轿灰苽鞲衅鞒Ｓ糜谖⑿∥灰频木軠y量，其測量范圍一般為幾毫米分辨率和測量精度可達(dá)0.1μm~0.01μm線性度一般優(yōu)于0.5%差動變壓器第三十七頁，共100頁。差動螺線管電感傳感器及測微儀線路第三十八頁，共100頁。電感測微儀第三十九頁，共100頁。渦流測微測振儀第四十頁，共100頁?！鲭娙菔轿灰苽鞲衅鞣墙佑|測量，動態(tài)響應(yīng)好精度高，分辨率最高可達(dá)0.1nm，精度最高可達(dá)1nm線性好，優(yōu)于0.5%變極距式電容傳感器（非接觸式）

差動式電容傳感器（接觸式）

第四十一頁，共100頁。電容測微儀第四十二頁，共100頁。掃描頭（與移動部件固定）光柵尺可移動電纜■光柵式位移傳感器數(shù)字式，測量范圍大，通過細(xì)分分辨率可達(dá)1μm甚至更高。

第四十三頁，共100頁。■磁柵傳感器磁尺靜態(tài)磁頭去信號處理電路固定孔第四十四頁，共100頁。磁頭與磁尺相對運(yùn)動時(shí)的輸出波形演示第四十五頁，共100頁。磁柵與光柵的分辨率、精度相當(dāng)，但磁尺與磁頭接觸，使用壽命不如光柵，數(shù)年后易退磁。磁柵測量系統(tǒng)第四十六頁，共100頁。■容柵傳感器

容柵式傳感器是在變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳感器。它在具有電容式傳感器優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又具有多極電容帶來的平均效應(yīng)，而且采用閉環(huán)反饋式等測量電路減小了寄生電容的影響、提高了抗干擾能力、提高了測量精度(5μm)、極大地?cái)U(kuò)展了量程(可達(dá)1m)，是一種很有發(fā)展前途的傳感器，已廣泛應(yīng)用于量具、量儀和機(jī)床數(shù)顯裝置。角位移容柵傳感器已在電子數(shù)顯千分尺及機(jī)床分度盤中應(yīng)用。線位移容柵傳感器已在電子數(shù)顯卡尺、數(shù)顯深度尺、數(shù)顯高度尺、機(jī)床數(shù)顯標(biāo)尺中應(yīng)用。第四十七頁，共100頁。數(shù)顯電子卡尺第四十八頁，共100頁。數(shù)顯電子卡尺第四十九頁，共100頁。數(shù)顯電子卡尺第五十頁，共100頁。數(shù)顯千分尺第五十一頁，共100頁。數(shù)顯千分尺第五十二頁，共100頁。數(shù)顯百分表、千分表第五十三頁，共100頁。量程750mm

分辨率0.001mm

示值誤差0.0075mm

示值重復(fù)性0.002mm(3σ)

測量力1~3N可調(diào)

測量滑架的最大速度1米/秒底座測頭數(shù)顯高度尺第五十四頁，共100頁。第五十五頁，共100頁。6.2.2角位移（位置）的測試1.角度基準(zhǔn)角度塊規(guī)多面棱體

精度：±0.5"～±1"第五十六頁，共100頁。多齒分度盤

精度：±0.1”圓光柵

精度：±0.2”第五十七頁，共100頁。光電編碼器圓感應(yīng)同步器第五十八頁，共100頁。2.角度的測量精密測角儀（分辨率±0.01”）第五十九頁，共100頁。光源準(zhǔn)直透鏡工作臺物鏡CCD攝像機(jī)零件影像測量儀第六十頁，共100頁。激光干涉小角度測量儀自準(zhǔn)直儀第六十一頁，共100頁。自動尺寸分選系統(tǒng)6.2.3位移測試案例第六十二頁，共100頁。自動分選機(jī)第六十三頁，共100頁。電感式仿形銑床第六十四頁，共100頁。物位的測量第六十五頁，共100頁。電容式液位計(jì)第六十六頁，共100頁。超聲波液位計(jì)第六十七頁，共100頁。射頻電容式物位限位開關(guān)超聲波液位開關(guān)智能型射頻電容物位計(jì)射頻電容物位計(jì)雙聯(lián)式液位計(jì)磁浮式液位計(jì)第六十八頁，共100頁。軸承外圈直徑測量

第六十九頁，共100頁。數(shù)控機(jī)床上的光柵第七十頁，共100頁。數(shù)顯表數(shù)控機(jī)床上的光柵第七十一頁，共100頁。防護(hù)罩內(nèi)為直線光柵光柵掃描頭被加工工件切削刀具角編碼器安裝在夾具的端部安裝有光柵等位移傳感器的數(shù)控機(jī)床的工況第七十二頁，共100頁。6.3流體壓力的測試TestandMeasurementforFluidPressure

流體壓力的測量通常是以間接測量的形式進(jìn)行的，即先把壓力通過彈性元件轉(zhuǎn)換成位移（變形），然后再對位移進(jìn)行測量從而得到壓力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些利用材料物理性質(zhì)的新型物性型壓力傳感器逐漸出現(xiàn)，為壓力的測試提供了新的手段。第七十三頁，共100頁。6.3.1彈性壓力敏感元件第七十四頁，共100頁。第七十五頁，共100頁。普通壓力表的結(jié)構(gòu)

第七十六頁，共100頁。

1.應(yīng)變式壓力傳感器6.3.2壓力傳感器第七十七頁，共100頁。2.壓阻式壓力傳感器第七十八頁，共100頁。壓阻式絕對壓力傳感器壓阻式壓力傳感器擴(kuò)散硅壓力變送器壓阻式高壓傳感器濺射薄膜壓力傳感器第七十九頁，共100頁。3.電容式壓力傳感器

電容式差壓傳感器第八十頁，共100頁。高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器第八十一頁，共100頁。各種電容式壓力傳感器第八十二頁，共100頁。各種電容式壓力傳感器第八十三頁，共100頁。各種電容式壓力傳感器第八十四頁，共100頁。4.霍爾式壓力傳感器

第八十五頁，共100頁。6.4流量的測試TestandMeasurementforFluidFlow流量計(jì)的基本工作原理是通過某種中間轉(zhuǎn)換元件或機(jī)構(gòu)，將管道中流動的液體流量轉(zhuǎn)換成壓差、位移、力、轉(zhuǎn)速等參量，再按一定的關(guān)系換算成流量。常見的流量計(jì)有容積式、面積式、速度式、節(jié)流式、電磁式等。流量的精確測量是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。流動的介質(zhì)可以是液體、氣體、顆粒狀剛體，或是它們的組合形式。液流可以是層流或紊流、穩(wěn)態(tài)的或瞬態(tài)的。流體特性參數(shù)的多樣性決定了對它的測量方法的多樣性。第八十六頁，共100頁。1.轉(zhuǎn)子（浮子）流量計(jì)

第八十七頁，共100頁。智能型轉(zhuǎn)子流量計(jì)雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)第八十八頁，共100頁。2.差壓流量計(jì)

第八十九頁，共100頁。3.橢圓齒輪流量計(jì)

第九十頁，共100頁。智能型橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)第九十一頁，共100頁。4.渦輪流量計(jì)

——傳感器輸出信號的頻率

——流量計(jì)常數(shù)第九十二頁，共100頁。智能渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)第九十三頁，共100頁。5.彎管流量計(jì)

第九十四頁，共100頁。第九十五頁，共100頁。第九十六頁，共100頁。6.其他流量計(jì)

電磁流量計(jì)翅片式流量計(jì)第九十七頁，共100頁。多普勒超聲流量計(jì)第九十八頁，共100頁。

機(jī)械振動的測試具有比較典型