目录1、电阻应变计粘贴实验2、内压薄壁容器应力测定实验3、外压容器失稳试验64、活塞式压缩机性能实验105、临界转速测量实验12146、超声波检测及等级评定实验7、着色探伤实验198、焊缝射线透照缺陷分析、判断和评定实验219、外在因素对金属腐蚀速度影响的实验232510、电涡流式传感器的特性实验11、光纤传感器实验.272912、数字式热电阻温度变送器的调校实验3213、毫伏变送器、数字调节器和执行器的调校实验3414、单回路控制系统的模型求取和非线性控制实验3715、单回路控制系统的控制参数整定实验
目 录 1、电阻应变计粘贴实验. 1 2、内压薄壁容器应力测定实验. 3 3、外压容器失稳试验.6 4、活塞式压缩机性能实验.10 5、临界转速测量实验.12 6、超声波检测及等级评定实验. 14 7、着色探伤实验.19 8、焊缝射线透照缺陷分析、判断和评定实验.21 9、外在因素对金属腐蚀速度影响的实验. 23 10、电涡流式传感器的特性实验. 25 11、光纤传感器实验.27 12、数字式热电阻温度变送器的调校实验. 29 13、毫伏变送器、数字调节器和执行器的调校实验.32 14、单回路控制系统的模型求取和非线性控制实验.34 15、单回路控制系统的控制参数整定实验. 37
电阻应变计粘贴实验一、实验目的1.了解压力容器应力的测量原理：2.了解电测法测量应变的基本方法；3.理解四臂电桥在实际测量过程中的使用：4：掌握电阻应变计的粘贴要求和方法、焊接的基本操作、电阻的测定。二、实验原理将试件表面清理光洁，然后将电阻应变计用502胶水粘贴在试件的光洁表面，待胶水干燥后，加载荷，使电阻应变计随试件表面产生的变形而变形，从而其电阻发生变化，电阻的变化经电桥放大后输入到电阻应变仪中，再将此信号转换为电流或电压以应变示值输出。三、实验仪器及有关材料压力容器材料试板、电阻应变计、万用表、电烙铁、焊锡、502瞬干胶、丙酮、砂纸、脱脂棉等。四、实验步骤1.应变计检查：检查应变计片基上有无气泡、脱层，片丝有无折皱、断裂、锈蚀，引线接头有无松脱，区分其正反面，然后用万用表测应变计的阻值（120Q）是否符合要求，阻值差别在土0.2欧以内为宜。2：清洗试件表面：首先，根据测量部位表面的粗糙程度，对贴片区分别采用砂纸、锉刀等工具除去表面的铁锈、油漆等，采用汽油或油精洗去表面的油污；其次，在贴片处打成交叉纹路，以增加粘接力；最后，再用丙酮清洗。3.划线：用硬度为H的铅笔、直尺，在贴片区预定位置上，划出贴片定位轴线X、Y，应变计的丝轴与X轴同向，X、Y交点为丝栅中心。4：贴片：在试件贴片位置表面及应变片底面涂上一层薄薄的502胶涂敷面积略比片基底尺寸大3～5毫米，注意胶水不能过多，且一定要均匀，将应变计粘贴到贴片部位上，贴片应快而准确。5.干燥固化：应变计贴上后，在其上覆盖一张聚四氟乙烯薄膜，然后用大拇指轻轻滚压，以挤出气泡和多余的胶水后按住不动，约保持三分钟即可将手松开，待胶水于燥固化后再轻轻撕去覆盖的薄膜。6.检查：在电阻计引出线下垫以绝缘胶纸，并用方用表测量电阻应变计的阻值，看是否发生大的变化，若有大变化，则贴片失败；同时还应测量1
1 电阻应变计粘贴实验 一、实验目的 1．了解压力容器应力的测量原理； 2．了解电测法测量应变的基本方法； 3．理解四臂电桥在实际测量过程中的使用； 4．掌握电阻应变计的粘贴要求和方法、焊接的基本操作、电阻的测定。 二、实验原理 将试件表面清理光洁，然后将电阻应变计用 502 胶水粘贴在试件的光洁 表面，待胶水干燥后，加载荷，使电阻应变计随试件表面产生的变形而变形， 从而其电阻发生变化，电阻的变化经电桥放大后输入到电阻应变仪中，再将 此信号转换为电流或电压以应变示值输出。 三、实验仪器及有关材料 压力容器材料试板、电阻应变计、万用表、电烙铁、焊锡、502 瞬干胶、 丙酮、砂纸、脱脂棉等。 四、实验步骤 1．应变计检查：检查应变计片基上有无气泡、脱层，片丝有无折皱、 断裂、锈蚀，引线接头有无松脱，区分其正反面，然后用万用表测应变计的 阻值（120Ω）是否符合要求，阻值差别在±0.2 欧以内为宜。 2．清洗试件表面：首先，根据测量部位表面的粗糙程度，对贴片区分 别采用砂纸、锉刀等工具除去表面的铁锈、油漆等，采用汽油或油精洗去表 面的油污；其次，在贴片处打成交叉纹路，以增加粘接力；最后，再用丙酮 清洗。 3．划线：用硬度为 H 的铅笔、直尺，在贴片区预定位置上，划出贴片 定位轴线 X、Y，应变计的丝轴与 X 轴同向，X、Y 交点为丝栅中心。 4．贴片：在试件贴片位置表面及应变片底面涂上一层薄薄的 502 胶， 涂敷面积略比片基底尺寸大 3～5 毫米，注意胶水不能过多，且一定要均匀， 将应变计粘贴到贴片部位上，贴片应快而准确。 5．干燥固化：应变计贴上后，在其上覆盖一张聚四氟乙烯薄膜，然后 用大拇指轻轻滚压，以挤出气泡和多余的胶水后按住不动，约保持三分钟即 可将手松开，待胶水干燥固化后再轻轻撕去覆盖的薄膜。 6．检查：在电阻计引出线下垫以绝缘胶纸，并用万用表测量电阻应变 计的阻值，看是否发生大的变化，若有大变化，则贴片失败；同时还应测量
电阻计对试件的的绝缘电阻，电阻值应在200～500MQ（无穷大）以上，否则出现“贴通”现象，贴片失败，7、焊接：应变计贴牢之后，用导线与应变计引出线搭焊，注意防止虚焊、假焊和焦焊。用胶布将导线焊接端紧固于试件上以防止移动导线时将应变计拉坏。再次测量电阻值五、实验记录电阻值：贴片前：贴片后：焊接后：对地：六、实验结果分析、讨论2
2 电阻计对试件的的绝缘电阻，电阻值应在 200～500MΩ（无穷大）以上，否 则出现“贴通”现象，贴片失败。 7、焊接：应变计贴牢之后，用导线与应变计引出线搭焊，注意防止虚 焊、假焊和焦焊。用胶布将导线焊接端紧固于试件上以防止移动导线时将应 变计拉坏。再次测量电阻值。 五、实验记录 电阻值：贴片前： 贴片后： 焊接后： 对地： 六、实验结果分析、讨论
内压薄壁容器应力测定实验一、实验目的1.测定受内压的薄壁容器顶盖和筒体的应力分布，从而通过应力分析了解顶盖的形状及边缘应力对薄壁容器强度的影响2.掌握电阻应变仪测定静态应变的原理和方法。二、实验原理分析薄壁壳体的应力有两种理论，一种是有力矩理论，一种是无力矩理论。后者认为壳体在承受内压时，壁内只有拉应力或压应力，不存在弯曲应力。但事实上壳体中多少还存在一些弯曲应力，只是这些弯曲应力很小，可以忽略不计。1.应力应变关系在弹性范围内，薄壁壳体上任一点的两向应力和应变有如下关系：H(e+u8,)a_=1-μE)0,=1-μ式中e1、8—任一点的经向与周向应变：一材料的泊松比，对于钢质材料，可取为0.3：E一一材料的弹性模量，对于钢质材料，可取2.1x105MPa。用电阻应变仪可以测得各点的应变量，再通过上面的关系式，便可以求出相应的应力。2.电测原理（1）电阻法根据电学知识知道金属丝的电阻和它的材料性质、尺寸的关系是：R=pLF式中R电阻，2；一电阻率，Qmm2/mpL长度，m;F横截面积，mm?。如金属丝的长度伸长或缩短了一个△L，则电阻R也就增加或减少了一个△R，即成如下正比关系：ARAL△RAL或8RLRL3
3 内压薄壁容器应力测定实验 一、实验目的 1．测定受内压的薄壁容器顶盖和筒体的应力分布，从而通过应力分析了解顶盖的 形状及边缘应力对薄壁容器强度的影响； 2．掌握电阻应变仪测定静态应变的原理和方法。 二、实验原理 分析薄壁壳体的应力有两种理论，一种是有力矩理论，一种是无力矩理论。后者认 为壳体在承受内压时，壁内只有拉应力或压应力，不存在弯曲应力。但事实上壳体中多 少还存在一些弯曲应力，只是这些弯曲应力很小，可以忽略不计。 1．应力应变关系 在弹性范围内，薄壁壳体上任一点的两向应力和应变有如下关系： 式中ε1、ε2——任一点的经向与周向应变； μ——材料的泊松比，对于钢质材料，可取为0.3； E——材料的弹性模量，对于钢质材料，可取2.1×10 5MPa。 用电阻应变仪可以测得各点的应变量，再通过上面的关系式，便可以求出相应的应 力。 2．电测原理 （1）电阻法 根据电学知识知道金属丝的电阻和它的材料性质、尺寸的关系是： 式中R——电阻，Ω； ρ——电阻率，Ω·mm2 /m； L——长度，m； F——横截面积 ，mm2。 如金属丝的长度伸长或缩短了一个△L，则电阻R也就增加或减少了一个△R，即 成如下正比关系： L L R R 或 L L R R ( ) 1 1 2 1 2 ( ) 1 2 2 2 1 F L R
电阻应变仪就是利用这一基本原理，把电阻应变计粘贴在要测量的构件表面，构件受力后，表面各点有了变形，金属电阻丝也就跟着伸长或缩短了，这样电阻丝就有了电阻的变化，为了便于测量，要求电阻变化大些，所以把电阻丝做成栅状，如图2-1所示的电阻片。AL因金属电阻丝底基连接导线=6L△R6=1所以KR式中K是比例常数，称作灵敏系数，应变计电阻丝的电阻与金属丝的横向变形、饶丝的型式、电阻丝的材料性质、尺寸等图2-1电阻应变计示意图有关，所以灵敏系数K值包含了很多因素，此值由制造厂提供。因此，只要测得电阻改变值△R即可得到应变。（2）电阻应变仪电阻应变仪是利用平衡电桥的原理来测量变形的仪器。如图2-2所示，根据电学原理，平衡电桥的四个电阻关系为：R,-R.R,-R.则A、B两点的电位相同，此时接A、B两点（调节电阻）（测定应变计N的电流计中没有电流通过，这时称为平衡电桥。如果任一电阻R变大了，则上述关系不成立电桥不平衡，A、B两点就有电位差，电流计中就有电流通过。如果R是一个可调节大小并有读数的可变电阻，当R，变化时，相应地改（补偿应变计（标准电阻）变R的大小，从而维持电桥的平衡，则可根据BR的变化确定Ri的变化。用电阻应变仪来测量电阻应变计的电阻变化，Ri就是贴在构件上的被测点，R3是贴在与图2-2电阻应变仪的电测原理被测构件相同材料而不受力的电阻应变计，称为补偿应变计，因为在测量过程中被测构件可能有温度变化，构件即使不受力，测定电阻应变计的电阻也会变化，这就造成了温度误差。补偿应变计就是为了自动地补偿温度差所造成的误差，因而温度变化时测定电阻应变计与补偿应变计的电阻是同样变化的。为了调节电桥平衡，R为连接在A点的一调节电阻，改变R的大小就可以使测定电阻应变计电阻改变所造成的电桥不平衡重新平衡。根据调节R时的方向大小，就能决定是拉应力或压应力以及应力数值的大小。为了简化测量与运算手续，可采用电阻应变仪把电阻的变化情况直接用应变指示出4
4 电阻应变仪就是利用这一基本原理，把电阻应变计粘贴在要测量的构件表面，构件 受力后，表面各点有了变形，金属电阻丝也就跟着伸长或缩短了，这样电阻丝就有了电 阻的变化，为了便于测量，要求电阻变化大些，所以把电阻丝做成栅状，如图2-1所示 的电阻片。 因 L L 金属电阻丝 底基 连接导线 所以 R R K 1 式中K是比例常数， 称作灵敏系数，应变计电 阻丝的电阻与金属丝的横 向变形、饶丝的型式、电 阻丝的材料性质、尺寸等 图2-1 电 阻应变计示意图 有关，所以灵敏系数K值包含了很多因素，此值由制造厂提供。因此，只要测得电阻改 变值△R即可得到应变ε。 （2）电阻应变仪 电阻应变仪是利用平衡电桥的原理来测量变形的仪器。如图2-2所示，根据电学原 理，平衡电桥的四个电阻关系为： 则A、B两点的电位相同， 此时接A、B两点 （测定应变计） （调节电阻） 的电流计中没有电流通过，这时称为平衡电桥。 如果任一电阻R1变大了，则上述关系不成立， 电桥不平衡，A、B两点就有电位差，电流计 中就有电流通过。如果R2 是一个可调节大小 并有读数的可变电阻，当R1变化时，相应地改 （补偿应变计） （标准电阻） 变R2的大小，从而维持电桥的平衡，则可根据 R2的变化确定R1的变化。 用电阻应变仪来测量电阻应变计的电阻变 化，R1就是贴在构件上的被测点，R3是贴在与 图2-2 电阻应变仪的电测原理 被测构件相同材料而不受力的电阻应变计，称为补偿应变计，因为在测量过程中被测构 件可能有温度变化，构件即使不受力，测定电阻应变计的电阻也会变化，这就造成了温 度误差。补偿应变计就是为了自动地补偿温度差所造成的误差，因而温度变化时测定电 阻应变计与补偿应变计的电阻是同样变化的。 为了调节电桥平衡，R2为连接在A点的一调节电阻，改变R2的大小就可以使测定 电阻应变计电阻改变所造成的电桥不平衡重新平衡。根据调节R2时的方向大小，就能决 定是拉应力或压应力以及应力数值的大小。 为了简化测量与运算手续，可采用电阻应变仪把电阻的变化情况直接用应变ε指示出 4 3 2 1 R R R R A B
来。三、实验仪器及材料工具1.DH3818-1型静态应变测量仪；2.丝式应变计（R=120Q）：导线：3.HJS02型内压容器应力测试实验台。四、实验步骤1.检查各测点的电阻应变计是否和DH3818-1型静态应变测量仪连接完毕2.接通电源，使DH3818-1型静态应变测量仪处于接通工作状态；3.测量：容器加压，当载荷加上时，按照DH3818-1型静态应变测量仪的操作流程进行操作并测量出各测点的应变值。五、实验报告1.实验目的；2.实验原理；3.实验仪器及设备；4.拟定的实验方案，布片位置讨论，补偿方法；5.列出数据记录表；6.计算各测点的实际测量经向、周向应力值；7.应力分布分析；8.实验误差分析。5
5 来。 三、实验仪器及材料工具 1．DH3818-1型静态应变测量仪； 2．丝式应变计（R=120Ω）；导线； 3．HJS02型内压容器应力测试实验台。 四、实验步骤 1．检查各测点的电阻应变计是否和DH3818-1型静态应变测量仪连接完毕； 2．接通电源，使DH3818-1型静态应变测量仪处于接通工作状态； 3．测量：容器加压，当载荷加上时，按照DH3818-1型静态应变测量仪的操作流 程进行操作并测量出各测点的应变值。 五、实验报告 1．实验目的； 2．实验原理； 3．实验仪器及设备； 4．拟定的实验方案，布片位置讨论，补偿方法； 5．列出数据记录表； 6．计算各测点的实际测量经向、周向应力值； 7．应力分布分析； 8．实验误差分析
外压容器失稳试验一、实验目的1.观察薄壁圆简形容器在外压作用下丧失稳定后的形态，从而区别及掌握容器在外压作用和内压作用下的变形和破坏的实质；2.测定薄壁圆简形容器在外压作用下失去稳定性时的临界压力，并与理论值相比较：3.观察薄壁圆筒形容器在外压作用下，轴向力对失去稳定性的影响。二、实验原理圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足而使容器失去其原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象。容器失稳时的外压力称为该容器的临界压力per，其横截面被折曲成波形，波数n可能是2、3、4、………等任意整数，如图3-1所示。n=3n=5n=2n=4图3-1圆筒失去稳定后的形状圆筒形容器的临界压力Pcr的大小主要取决于容器的几何尺寸（L、D、e）及所用材料的性质（E、u）的影响，壳体椭圆度与材料的不均匀性，能够使临界压力per的数值降低。外压圆筒根据其失效情况，可分为长圆筒、短圆筒和刚性圆筒三种。刚性圆筒一般具有足够的刚度，可不必考虑稳定性问题。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度Lcr表示，如外压圆筒的计算长度L>Lcr为长圆筒，L<Lcr为短圆筒。临界长度由下式确定：(1)L.r=1.17D/D/81.长圆筒：失稳时波数为n=2，临界压力仅与8/D有关，与L/D无关，临界压力per的计算式为：2E_()(2)Par1-μ?D。6
6 外压容器失稳试验 一、实验目的 1．观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定后的形态，从而区别及 掌握容器在外压作用和内压作用下的变形和破坏的实质； 2．测定薄壁圆筒形容器在外压作用下失去稳定性时的临界压力，并与 理论值相比较； 3．观察薄壁圆筒形容器在外压作用下，轴向力对失去稳定性的影响。 二、实验原理 圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足而使容器失去其原有形状，即 被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象。容器失稳时的外压力称为该 容器的临界压力 pcr， 其横截面被折曲成波形，波数 n 可能是 2、3、4、. 等任意整数，如图 3-1 所示。 图 3-1 圆筒失去稳定后的形状 圆筒形容器的临界压力 pcr的大小主要取决于容器的几何尺寸（L、D、 δe）及所用材料的性质（E、μ）的影响，壳体椭圆度与材料的不均匀性，能 够使临界压力 pcr的数值降低。 外压圆筒根据其失效情况，可分为长圆筒、短圆筒和刚性圆筒三种。刚 性圆筒一般具有足够的刚度，可不必考虑稳定性问题。一般长圆筒、短圆筒 之间的划分用临界长度 Lcr 表示，如外压圆筒的计算长度 L>Lcr 为长圆筒， L<Lcr为短圆筒。临界长度由下式确定： （1） 1．长圆筒：失稳时波数为 n=2，临界压力仅与δe/D 有关，与 L/D 无关， 临界压力 pcr的计算式为： （2） Lcr D D e 1.17 / 3 2 ( ) 1 2 o e cr D E p
2.短圆筒：失稳时波数为n>2，如3、4、5、..…，其波数n可近似地认为：7.06(3)n=(L/ D)(8. /D)临界压力pcr的计算公式为：ES,nt-(4-Pa=on'(n-1)(4)或用最小pcr的近似计算式计算：(5)2.59E82Pcr =LD/D/8公式（4）、（5）必须符合的条件为：圆筒器壁中所产生的周向应力0cr小于操作温度的下屈服强度ReLt，即. - DD<Rt28对于外压容器临界压力的计算，有时为了计算方便，可借助于图算法进行计算。三、实验设备及工具1.实验设备见图二2.工具：游标卡尺一把，千分卡一把，外卡一个，扳手两把。3.实验用糖瓷口缸毛坏，材料为Q235A。四、实验步骤：1.实验前测量试件有关参数：L（长度）、Se（壁厚）、D（直径）；2.按图3-2安装实验装置，先将试件9置于平顶盖4上，试件与平顶盖间用密封垫7密封，再用固定铁块8将试件压紧，然后，将平顶盖置于筒体3上，用螺栓上紧。在测试加以轴向力以抵消试件受外压时的轴向载荷时，由平顶盖孔内将心轴6装入与试件底部贴紧，最后用压板5将心轴压紧。3.开启阀门注入水压（也可预先加水），加压时务必需注意压力表的读数和试件在有心轴和无心轴时丧失稳定的情况，记下丧失稳定时的压力（即Per)。7
7 2．短圆筒：失稳时波数为 n>2，如 3、4、5、.，其波数 n 可近似地 认为： （3） 临界压力 pcr的计算公式为： （4） 或用最小 pcr的近似计算式计算： （5） 公式（4）、（5）必须符合的条件为：圆筒器壁中所产生的周向应力σcr小于 操作温度的下屈服强度 ReL t，即 对于外压容器临界压力的计算，有时为了计算方便，可借助于图算法进 行计算。 三、实验设备及工具 1．实验设备见图二 2．工具：游标卡尺一把，千分卡一把，外卡一个，扳手两把。 3．实验用搪瓷口缸毛坯，材料为 Q235A。 四、实验步骤： 1．实验前测量试件有关参数：L（长度）、δe（壁厚）、D（直径）； 2．按图 3-2 安装实验装置，先将试件 9 置于平顶盖 4 上，试件与平顶 盖间用密封垫 7 密封，再用固定铁块 8 将试件压紧，然后，将平顶盖置于筒 体 3 上，用螺栓上紧。 在测试加以轴向力以抵消试件受外压时的轴向载荷时，由平顶盖孔内将 心轴 6 装入与试件底部贴紧，最后用压板 5 将心轴压紧。 3．开启阀门注入水压（也可预先加水），加压时务必需注意压力表的读 数和试件在有心轴和无心轴时丧失稳定的情况，记下丧失稳定时的压力（即 pcr）。 4 2 ( / ) / ) 7.06 L D D n （ e ( ) ] 3(1 ) 2( 1) ( ) 8 ( 1) [ 2 2 2 4 4 2 4 D n S L D n n n D ES pcr e e cr LD D E p 2 2.59 teL e cr cr R p D 2
4.卸压，取出试件，观察失稳后试件的形状，并记下波数n。5.实验完毕，排除筒体内的积水，清理好实验设备。103-筒体；1-试压泵；2-压力表；4.平顶盖；5-心轴压板：6-心轴；7-密封垫；8-固定铁块；9-试件；10-支架；图3-2实验装置图五、实验报告1.实验目的；2.实验原理；3.实验设备及工具；4.记录整理测量到的试件几何尺寸数据（L、D、8e）：5.计算容器的临界压力与波数，并与实测值进行比较：6.讨论、分析实验结果。8
8 4．卸压，取出试件，观察失稳后试件的形状，并记下波数 n。 5．实验完毕，排除筒体内的积水，清理好实验设备。 1-试压泵； 2-压力表； 3-筒体； 4-平顶盖； 5-心轴压板； 6-心轴； 7-密封垫； 8-固定铁块； 9-试件； 10-支架； 图 3-2 实验装置图 五、实验报告 1．实验目的； 2．实验原理； 3．实验设备及工具； 4．记录整理测量到的试件几何尺寸数据（L、D、δe）； 5．计算容器的临界压力与波数，并与实测值进行比较； 6．讨论、分析实验结果
表1单位：mm-测中件1件试试2几量何序参号235平均值23平均值45数(mm)长度(L)内径(D.)外径（D。)中径(D)D= (D+D。) /2=D=(D,+D。) /2=有效厚度（e）8e=（Do-D) /2=0e=(Do-D,) /2=临界长度(Ler)圆筒长度（L）（长、短）圆筒（长、短）圆筒表2误差分析容器失稳时临界压力per与波数n试件序号实测值理论值绝对误差相对误差IPer 理~ Per 实]Per (MPa)per (MPa)nIper 理 - Per 实|nPer 理(MPa)(MPa)9
9 表 1 单位：mm 测 几 量 何 序 参 号 数 （mm） 试 件 1 试 件 2 1 2 3 4 5 平均值 1 2 3 4 5 平均值 长度（L） 内径（Di） 外径（Do） 中径（D） D=（Di+Do）/2= D=（Di+Do）/2= 有效厚度（δe） δe =（Do-Di）/2= δe =（Do-Di）/2= 临界长度（Lcr） 圆筒长度（L） （长、短）圆筒 （长、短）圆筒 表 2 试 件 序 号 容器失稳时临界压力 pcr与波数 n 误 差 分 析 实 测 值 理 论 值 绝 对 误 差 相 对 误 差 pcr（MPa） n pcr（MPa） n |pcr 理 - pcr 实| |pcr 理 - pcr 实| pcr 理 (MPa) (MPa)