过程装备与控制工程专业实验指导书

1、目 录1、过程设备测试技术课程实验实 验 一 简谐振动幅值测量1实 验 二 振动系统固有频率的测试52、过程装备腐蚀与防护课程实验实 验 三 极化曲线和极化图的测定（恒电流法）93、过程设备设计课程实验实 验 四 内压薄壁容器应力测定实验16实 验 五 外压薄壁圆筒形容器失稳实验22实 验 六 厚壁圆筒爆破及测试实验274、过程装备制造与检测课程实验实 验 七 射线检测33实 验 八 超声波检测43实 验 九 磁粉检测52实 验 十 渗透检测565、过程流体机械课程实验实 验 十一 柔性转子临界转速的测量57实 验 十二 离心泵特性曲线测定试验63实 验 十三 压缩机指示功率和排气量的测定67

2、实验一 简谐振动幅值测量一、 实验目的1、 了解振动位移、速度、加速度之间的关系；2、 学会用压电传感器测量简谐振动位移、速度、加速度幅值。二、 实验装置简图1、简支梁 2、加速度传感器 3、接触式激振器三、实验仪器简介（1）、ZJY601型振动教学实验仪ZJY601型振动教学实验仪前面板1、4、功能选择开关 2、5、9、显示器3、6、输出增益选择开关 7、扫频自动/手动选择开关8、扫频时间调节电位器 10、功率输出恒压/恒流选择开关11、输出信号幅值调节电位器 12、17、测量/灵敏度调节选择开关13、18、灵敏度调节电位器 14、19、加速度传感器输入插座15、20、速度传感器输入插座 1

3、6、21、电涡流传感器输入插座22、输出频率微调电位器 23、输出频率调节电位器24、输出波形监视调节电位器 25、功率输出A输出插座ZJY601型振动教学实验仪后面板1、信号波形监视插座 2、功率输出B输出插座 3、外部信号输入插座4、内部 / 外部信号源选择开关 5、功率波形监视插座 6、功率输出A/功率输出B选择开关7、交流电源开关 8、220V交流电源输入插座 9、通道2前置器24V电源10、通道2电压输出插座 11、通道1电压输出插座 12、通道1前置器24V电源13、通道2电涡流传感器输入插座 14、通道1电涡流传感器输入插座（2）、INV306DF5120信号采集处理分析仪信号采

4、集处理分析仪面板1、电源指示灯 2、信号输入插座 3、电源开关4、打印机接口 5、计算机接口（信号输出） 6、接地7、直流12V电源接口 8、交直流电源选择开关 9、交流220V电源接口注意：分析仪采用交流220V电源供电，所以在打开电源开关3之前，务必先确认交直流电源选择开关8已拨至“交流”，否则打开电源后将烧毁分析仪。确认开关8拨至“交流”后打开电源3，此后切勿拨动开关8，否则也会烧毁分析仪。四、实验原理由简谐振动方程：简谐振动信号基本参数包括：频率、幅值和初相位，幅值的测定主要有三个物理量，位移、速度、加速度，可采用相应的传感器来测量，也可通过积分和微分来测量，它们之间的关系如下：根据简

5、谐振动方程，设振动位移、速度、加速度分别为x、v、a，其幅值分别为x0、v0、a0:式中：振动角频率 初相位所以可以看出位移、速度和加速度幅值大小的关系是：， 公式（1）振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度传感器进行测量，还可以采用具有微积分功能的放大器进行测量。在进行测量时，传感器通过换能器把加速度、速度、位移信号转换成电信号，经过放大器放大，然后通过数据采集处理分析仪进行模数转换成数字信号，采集到的数字信号为电压变化量，通过软件在计算机上显示出来，这时读取的数值为电压值，通过标定值进行换算，就可以算出振动量的大小。五、实验步骤1、将接触式激振器固定

6、在支架基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过顶杆上的红线标志），将激振器接口连接在振教仪背面功率输出B输出插座。把加速度传感器放置在简支梁的中部，输出信号接到振教仪前面板（编号14）通道1加速度传感器输入接口，将（编号1）功能选择开关拨至“加速度计”的“a加速度”档。2、打开振教仪电源开关（编号7），再打开信号采集处理分析仪前面板上电源开关（编号3）预热20分钟。3、然后将振教仪测量/灵敏度调节选择开关（编号12）拨到灵敏度适调，用螺丝刀转动灵敏度调节电位器（编号13）输入传感器灵敏度值。例如加速度传感器的灵敏度为4.86 PC/ms-2 ，那么就转动灵敏度调节电位器把显示器

7、（编号2）中的数字调节为48.6。调节完毕后把选择开关拨回到“测量”。4、打开电脑点击桌面上 Coinv Dasp 2005 工程版软件快捷图标进入软件主界面，点击工具栏上“示波采样”按钮打开“信号示波和采样窗口”。在信号示波和采样窗口左侧选中“波形”和“工程单位”选项。5、点击窗口上部“设置”按钮打开DASP采样参数设置窗口。输入标定值，设定工程单位，采样频率，程控倍数。6、将振教仪背面板上的功率输出A/功率输出B选择开关（编号6）拨至B，然后调节前面板上输出频率调节电位器（编号22、23）调节激振器的频率为40Hz左右（观察显示器9）使梁产生共振。7、点击窗口上部“示波”按钮显示振动波形，

8、调节参数设置取得适合波形。8、在“自定义显示内容”里选择显示“最大值”。9、在波形显示窗口上部读取最大值。10、改变档位至、档进行测试记录。11、更换速度和电涡流传感器分别测量、。六、实验报告要求实验报告需写出以下内容：1、 实验日期、指导教师、同组实验人员；2、 实验目的；3、 实验装置简图；4、 主要仪器名称及型号；5、 实验步骤；6、 实验数据记录表。 实验所测数据中，测得的加速度值为峰值，速度值为有效值，位移值为峰峰值。所以实验数据要按照公式2处理后填入实验表格。峰值·有效值峰峰值2 公式2振动角频率计算公式：。7、 由涡流传感器测得的位移值，根据指导书中的公式1计算速度及加

9、速度值。8、 由加速度传感器测得的加速度值，根据公式1验算所测速度及位移值。9、 由速度传感器测得的速度值，根据公式1验算所测加速度及位移值。10、 写出计算过程。11、 问题与讨论（1）、以加速度传感器为例说明振动信号是如何转换为电信号的？（2）、加速度传感器和速度传感器测得的共振频率有何不同？为什么？实验二 振动系统固有频率的测试一、 实验目的1、 学习振动系统固有频率的测试方法；2、 学习共振动法测试振动固有频率的原理与方法二、 实验装置简图图1 1、简支梁 2、加速度传感器 3、接触式激振器三、实验仪器简介请参照实验简谐振动幅值测量内介绍。四、实验原理1、幅值判别法在激振功率输出不变的

10、情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过示波器可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。这种方法简单易行，但在阻尼较大的情况下，不同的测量方法得出的共振频率稍有差别，不同类型的振动量对振幅变化敏感程度不一样，这样对于一种类型的传感器在某阶频率时不够敏感。2、相位判别法相位判别法时根据共振时特殊的相位值以及共振前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为敏感的方法，而且共振时的频率就是系统的无阻尼固有频率，可以排除阻尼因素的影响。激振信号为： 位移信号为：速度信号为： 加速度信号为：1

11、）位移判别共振将激振信号输入到采集仪的第一通道（即X轴），位移传感器输出信号或通过振教仪积分档输出量为位移的信号输入到第二通道（即Y轴），此时两通道的信号分别为：激振信号为：位移信号为：共振时，X轴信号和Y轴信号的相位差为，根据莉萨如图原理可知，屏幕上的图形将是一个正椭圆。当略大于或略小于时，图像都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如图2所示。因此图像由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。 图2 用位移判别共振的莉萨如图形2）速度判别共振将激振信号输入到采集仪的第一通道，速度传感器输出信号或通过振教仪积分档输出量为速度的信号输入到第二通道（即Y轴），此时两通道的信号分别为：激振信号为：速

12、度信号为：共振时，X轴信号和Y轴信号的相位差为，根据莉萨如图原理可知，屏幕上的图形将是一条直线。当略大于或略小于时，图像都将由直线变为椭圆，其变化过程如图3所示。因此图像由斜椭圆变为直线的频率就是振动体的固有频率。 图3 用速度判别共振的莉萨如图形3）加速度判别共振将激振信号输入到采集仪的第一通道，加速度传感器输出信号输入到第二通道（即Y轴），此时两通道的信号分别为：激振信号为：加速度信号为：共振时，X轴信号和Y轴信号的相位差为，根据莉萨如图原理可知，屏幕上的图形将是一个正椭圆。当略大于或略小于时，图像都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如图4所示。因此图像由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固

13、有频率。 图4 用加速度判别共振的莉萨如图形五、试验步骤（一）幅值判别法1、将接触式激振器固定在支架基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过顶杆上的红线标志），将激振器接口连接在振教仪背面功率输出B输出插座。把加速度传感器放置在简支梁上，输出信号接到振教仪前面板（编号14）通道1加速度传感器输入接口，将（编号1）功能选择开关拨至“加速度计”的“a加速度”处。2、打开振教仪电源开关（编号7），再打开信号采集处理分析仪前面板上电源开关（编号3）预热20分钟。3、然后将振教仪测量/灵敏度调节选择开关（编号12）拨到灵敏度适调，用螺丝刀转动灵敏度调节电位器（编号13）输入传感器灵敏度值

14、。例如加速度传感器的灵敏度为4.86 PC/ms-2 ，那么就转动灵敏度调节电位器把显示器（编号2）中的数字调节为48.6。调节完毕后把选择开关拨回到“测量”。4、打开电脑点击桌面上 Coinv Dasp 2005 工程版软件快捷图标进入软件主界面，点击工具栏上“示波采样”按钮打开“信号示波和采样窗口”。在信号示波和采样窗口左侧选中“波形”和“工程单位”选项。5、点击窗口上部“设置”按钮打开DASP采样参数设置窗口设置参数。6、点击窗口上部“示波”按钮显示振动波形。7、将振教仪背面板上的功率输出A/功率输出B选择开关（编号6）拨至B，然后调节前面板上输出频率调节电位器（编号22、23）调节激振

15、器的频率，由零开始逐渐升高，观察示波器中波形变化（此时可以调节振教仪上“输出增益”旋钮或在“设置”中改变程控倍数以获得适合波形，但注意不要过载），记录振幅最大时的振动频率。继续升高频率可得到高阶振频。（二）相位判别法1、将激励信号源输出端“信号波形监视”接入采集仪第一通道（X轴），加速度传感器输出信号经振教仪后接入采集仪第二通道（Y轴）。加速度传感器放在距离梁端1/3处。2、用DASP2005软件“双通道”中的莉萨如图示波，调节激振器的频率，观察图像的变化情况，分别用振教仪“加速度计”的a、v、d档进行测量，观察图像，根据共振时各物理量的判别法原理，来确定共振频率。3、可通过振教仪“输出增益”

16、旋钮调节传感器测试通道信号的大小，调节“波形监视调节”旋钮调节信号源输出信号的幅值大小。六、实验报告要求实验报告需写出以下内容：1、 实验日期、指导教师、同组实验人员；2、 实验目的；3、 实验装置简图；4、 主要仪器型号及名称；5、 实验步骤；6、 实验数据记录表；实验三 极化曲线和极化图的测定（恒电流法）一、 实验目的：1、 通过实验初步掌握极化曲线和极化图的恒电流法测试技术；2、 加深对极化曲线、极化图以及析氢、好氧腐蚀机理的理解。二、 实验原理：图1 金属极化曲线ab活性溶解区； b临界钝化点；bc过渡钝化区；cd稳定钝化区de超(过)钝化区1、极化曲线和极化图是研究金属电化学腐蚀的重

17、要手段，被广泛地用来研究腐蚀机理、测定腐蚀速度、判断添加剂的作用机理、评选缓蚀剂以及研究金属的钝态和钝态破坏等等。此外，极化曲线的测定在电化学基础研究、化学电源、电镀、电冶金、电分析等方面也有很重要的意义。测量腐蚀体系的极化曲线，就是测量在外加电流作用下，金属在腐蚀介质中的电极电位与外加电流密度之间的函数关系。在研究可逆电池的电动势和电池反应时电极上几乎没有电流通过，每个电极或电池反应都是在无限接近于平衡下进行的，因此电极反应是可逆的。当有电流通过电池时，则电极的平衡状态被破坏，此时电极反应处于不可逆状态，随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。在有电流通过电极时，由于电极反

18、应的不可逆而使电极电位偏离平衡值的现象称作电极的极化。根据实验测出的数据来描述电流密度与电极电位之间关系的曲线称作极化曲线如图1所示。金属的阳极过程是指金属作为阳极时，在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：MMn+ne 此过程只有在电极电位大于其热力学电位时才能发生。阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大。这是正常的阳极溶出，但当阳极电位正到某一数值时，其溶解速度达到一最大值。此后阳极溶解速度随着电位变正，反而大幅度的降低，这种现象称为金属的钝化现象。曲线表明，电位从a点开始上升(即电位向正方向移动)，电流密度也随之增加，电位超过b点以后，电流密度迅速减至很小，这是因为在金属表面上生成了

19、一层电阻高、耐腐蚀的钝化膜。到达c点以后，电位再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的很小的数值上，电位升到d点时，电流又随电位的上升而增大。2、极化曲线的测量测定极化曲线可以采用恒电位或恒电流两种不同的方法。恒电位法与恒电流法。恒电位法:将研究电极上的电位维持在某一数值上，然后测量对应于该电位下的电流。由于电极表面状态在未建立稳定状态之前，电流会随时间而改变，故一般测出来的曲线为“暂态”极化曲线。恒电流法:将研究电极的电流恒定在某定值下，测量其对应的电极电位，得到的极化曲线。恒电流法所得到的阳极极化曲线只能近似地估计被测电极的临界钝化电位和高铁()及氧的析出电位，不能完全描绘出碳钢的溶解和钝化

20、的实际过程。本实验是用恒电流法测量碳钢和铂电极分别在盐酸和NaCl溶液中的阴、阳极极化曲线。三、 实验内容和要求：1、 分别测出Fe 1mol/LHCL Pt电池中，Fe与Pt的电极电位随电流强度（或电流密度）变化的关系，绘出极化图；2、 测出Fe 3%NaCl Pt电池中Fe与Pt的电极电位与电流的关系，绘出极化图；3、 绘制铂电极在上述两种溶液内的阴极极化曲线，进行分析比较；4、 详细讨论实验结果，并对实验中观察到的现象进行分析讨论。.四、 仪器简介：1、 UJ33D-3型数字电位差计。（见图1）图 1表1 电位差计表盘各部名称序号名称功能说明1保护端钮屏蔽层接线端，必要时接信号低端2电流

21、量程转换开关电流量程切换：02 mA：020 mA3电压功能转换开关电压测量、输出、调零、校准功能选择4导电片信号采样端联接，必须旋紧。四端钮输出方式时松开5信号端钮（C+、P+、P-、COM）电压输出；（VX、COM）电压测量；（I+、I-）电流测量、输出。6LCD显示器数字直读显示电流值7温度直读开关开关向上拨则显示电流值8LCD显示器数字直读显示电流值9RS-232接头指示针座通讯接口10发光指示管mV、选择发光指示11电压量程转换开关电压量程切换：02V、0200mV、020mV12分度号选择开关选则热电偶分度号：K、E、J、S、T、B、R、N13电压细调旋钮电压输出精细调节14电压粗

22、调旋钮电压输出粗调节15调零旋钮20mV檔调零16电压倍率开关电压量程倍率选择：X 1、X 2.517电流细调旋钮电流输出精细调节18电流粗调旋钮电流输出粗调节19外接电源插座供外接6V直流稳压电源20外接电源插座供外接6V直流稳压电源21电流功能转换开关电流测量、输出、24V电压提升功能选择本实验选择“信号端钮（序号5）”中的P-、COM、VX 端钮进行电压测量，接线方式如图（2）将“电压量程转换开关（序号11）”旋至020mV文件，“电压倍率开关（序号16）”旋至“X 1”文件，“电压功能转换开关（序号3）”旋至“调零”，调节“调零旋钮（序号15）”使数字显示为零。在进行电压测量时需将“电

23、压功能转换开关（序号3）”旋至“测量”图 22、 YJ110型毫安直读校验仪该校验仪具有三种功能：作为信号源，最大可提供范围为022mA 的电流信号；作为双线仿真器时可调制外接电源为020mA，可用在1050V直流电压的任何回路中；作为测量仪时，可测量最大为22mA的电流值，本实验使用该仪器的测量仪型态。测量前，要正确连接校验仪的正负极，如接错测量时读数将停留在0.00mA上，此时调转接线即可。正确接线后，将功能开关拨至“READ”处，量程开关置于“0 TO 20mA”，顺时针旋转“DIAL”旋钮至最大位置，将电源开关拨至“ON”处，校验仪开始工作。3、 ZX25a型变阻箱（见图3）图 31、

24、接地 2、接线柱 3、变阻旋钮该变阻箱型号为ZX25a，最大阻值为11111.11欧姆。在实验前，将阻值设定为最大。4、 SY1501型直流稳压稳流电源（见图4）图 41、输出电压表 2、电压表校零 3、输出电流表 4、电流表校零 5、工作状态指示6、电压主调 7、电压微调 8、电流主调 9、电源开关 10、输出负极11、接地片 12、输出接地极 13、输出正极本电源即可作为稳压电源使用，也可做为稳流电源使用。按照本实验要求，电源需设定为稳压状态。五、 实验装置（见图5）：图5 恒电流法测定极化曲线装置图1、电极Fe 2、电极Pt 3、1mol/LHCL或3%NaCl溶液 4、饱和KCl溶液

25、5、饱和甘汞电极6、盐桥 7、开关K1 8、电池 9、变阻箱R1 10、开关K2 11、毫安表 12、电位差计六、 注意事项：1、 本实验采用饱和甘汞电极作参比电极E甘=244mV(S.H.E.)；2、 饱和甘汞电极使用前要拨出橡胶塞，弹出头部气泡，并数值浸入溶液中；3、 铁电极的浸入深度约10mm；4、 实验采用直流电源，注意分清电源正负极和直流毫安表的正负极后方可进行接线；5、 在测量完初始电极电位（步骤1）之后，K1要始终保持闭合状态；6、 改变不同电流值测定电极电位时，必须待电极电位稳定以后才读数；7、 实验后溶液倒入废液桶中，切勿倒回试剂瓶。七、 实验前的准备工作：1、 了解实验装置

26、的原理，并按装置示意图接好线路；2、 了解数字电位差计的工作原理和使用须知；3、 电极处理：用细砂纸打磨碳钢电极表面，除去锈层并研磨光亮，用浸酒精的棉球除去油污，再用滤纸吸干后备用；4、 将铂电极和处理好的碳钢电极装入极化池（盛有1mol/LHCL或3%NaCl溶液的烧杯）中，将电极的引出线接入线路；5、 实验装置安装连接完毕，经教师检查认可后，方可开始实验。八、 实验步骤：1、 打磨金属电极表面至光亮。2、 清洗所有与实验溶液有接触的实验用具。3、 按照实验装置图正确连线，并在实验指导教师确认后方可进行实验。4、 断开开关K1，将开关K2合向a点或b点，分别测出在外加电源断开的情况下，碳钢电

27、极、铂电极在1mol/LHCL溶液中的初始电极电位（开路电位）。测量完毕后断开K2.5、 在确定开关K1、K2都是断开的情况下，首先调节变阻箱R1的阻值为最大值，合上开关K1，减小R1的电阻值，将电流调至0.5mA，等待数分钟（建议等待2分钟以上）待反应稳定后，将开关K2分别合向a点和b点，依次测出该极化电流下，碳钢和铂的电极电位；6、 按上述步骤逐步加大电流（注意：每次变更电流时必须断开开关K2，并等待数分钟，待反应稳定后）（建议每次增加0.5mA），测出不同电流值下所对应的碳钢和铂的电极电位。7、 上述测量完成后，取出电极，打磨至光亮，用清水酒精洗净，滤纸吸干后备用。8、 按上述相同步骤测

28、定在3%NaCl溶液中，碳钢和铂的电极极化曲线。9、 实验结束后，清洗实验用具，填写仪器设备使用情况记录本，清理现场。九、 实验报告要求实验报告需写出以下内容：1、 实验日期、指导教师、同组实验人员；2、 实验目的；3、 实验装置简图；4、 主要实验仪器型号及名称；5、 实验步骤；6、 数据记录表；7、 绘制Pt、Fe电极在HCl溶液中的极化图；8、 绘制Pt、Fe电极在NaCl溶液中的极化图；9、 绘制Pt电极在两种溶液的阴极极化曲线，绘制在同一张图上。10、 问题与讨论（1） 实验中观察到什么现象？试分析原因。（2） 通过比较铂电极在两种溶液中的阴极极化曲线，得出什么结论？实验四 内压薄壁

29、容器应力测定实验一、 实验目的1、 了解电阻应变片测量压力容器应力的基本原理与测试技术；2、 测定内压薄壁容器筒体及各种封头上的应力大小；3、 比较实测应力与理论计算应力，分析它们产生差异的原因。二、 实验设备和仪器1、 HJSO2型内压容器应力测试实验台如图1，装置测试压力为015kgf / cm2 ；图 1 应力测试实验台1、电源信号灯 2、电机开关按钮 3、容器（5）进出口节流阀 4、左压力表5、球形、椭圆形容器 6、油泵压力表 7、锥形与平盖容器 8、右压力表9、容器（7）进出口节流阀 10溢流阀 11、电源控制箱 12、电机油泵油箱装置主要参数如图2、3， 图 2 图 3筒体及封头使

30、用材料： Q235钢封头形式：锥形封头、平盖、半球封头、标准椭圆封头材料弹性模量： E2.06×105Mpa 泊松比：0.3锥形封头的锥顶角：260°±1°2、 YJ33型静态电阻应变仪和YZ22型转换箱YJ33型静态电阻应变仪使用前开机预热30分钟，对“灵敏系数”、“通道选择”、“检测通道”、“通讯方式”等参数进行设定，然后进行仪器的“标定”。YZ22型转换箱的面板见图2。“序号拨盘开关（1）”可将序号在0099之间任意设定，每台转换箱都有两个该开关，无论使用单台或是多台转换箱，序号都不得重复。本实验的应变片采用半桥接线，所以将“全桥、半桥选择开关（2

31、）”拨至半桥。应变片与转化箱连接方式见图3。图 2 YZ22转换箱面板1、序号拨盘开关 2、全桥、半桥选择开关 3、测定点指示器 4、接线柱 5、接线柱 6、接地7、控制讯号连接插座 8、桥压讯号输出插座图 3 半桥单片（公共补偿）应变仪与转换箱的连接方式见图4图 4 应变仪与转换箱连接示意图3、 其它实验用具应变片、502快干胶、电烙铁、活性锡丝、松香、万用表、螺丝刀、绝缘胶布、丙酮、脱脂棉、镊子、玻璃纸、钢尺、蜡烛、剪刀、纱布。三、 实验原理轴对称薄壁容器在内压作用下，器壁呈平面应力状态，在弹性变形范围内，其主应力与主应变分别为呈轴向和周向的两向应力状态，且遵循广义虎克定律。即： （1）

32、（2）式中：、径向应变和周向应变；、径向应力和周向应力，单位Mpa；E材料的弹性模量，E2.06×105 Mpa；材料的泊松比，取0.3.图 5 丝绕式电阻应变片本实验采用的是两个敏感栅成90°的双轴应变花，其单个敏感栅的结构如图5所示，B为敏感栅宽度，L为敏感栅长度。其工作原理是利用金属丝的电阻随其变形而变化的电阻应变效应而工作的。由物理学可知，电阻丝的电阻R和其长度L，截面积F及电阻率有下列关系：当电阻受到拉伸变形时，如图6，长度、截面积、电阻率分别改变了L、F、，因而电阻也改变了R，由数学分析可近似得到图 6 电阻丝的拉伸变形其中，那么上式整理简化得：KS 为电阻丝的

33、灵敏系数。因受粘结剂、基底、横向布置的电阻丝的变形等的影响。将其综合表达为：K为电阻应变片的灵敏系数，一般由厂家给出，其范围在1.73.6之间。因此只要在测点沿轴向与周向贴上应变片，将温度补偿片贴在一块与容器材料相同的铁片上并放置在实验台上以消除温度效应影响，然后按图3将应变片与转换箱连接，并按图4将应变仪与转换箱正确连接，对容器进行加、卸压，在应变仪或电脑上读出各测点的应变值，代入公式（1）及公式（2）中即可求得该点的实测应力值。图 7本实验在测量应变时采用的是半桥接线法，如图7所示，温度补偿采用补偿片补偿的方式。电阻R3、R4在转换箱内部，也是阻值为120的标准电阻。在转换箱外只使用了由工

34、作片R1、补偿片R2 组成的半个电桥，因而称半桥法。补偿片R2是与工作片R1类型、阻值、灵敏系数完全相同的应变片，它与工作片R1处于相同温度下，且粘贴在与被测构件相同材质的一块材料上。当温度变化时，工作片的阻值发生改变R，而补偿片阻值同样改变R，由于相邻电桥相互抵消，那么工作片由温度变化引起的应变值将由补偿片抵消，所以应变仪所显示的只是被测构件因受力引起的应变值。四、 实验步骤1、 熟悉实验设备及原理，接通YJ33应变仪电源，打开应变仪，预热30分钟。2、 贴片：1） 选10个测点，一般封头各选4点，筒身2点，测点尽量在同一纵向的通过筒体轴线的竖直截面上；2） 用砂轮机或锉刀清除表面油漆，氧化

35、皮，污垢；3） 用砂纸在与应变片长度方向成45°的方向交叉打磨测点直至表面无明显缺陷，打磨面积应为应变片的35倍；4） 用钢尺及划针，划出十字现确定测点位置；5） 测量测点至筒身最高点得垂直距离；6） 用棉花蘸酒精或丙酮对测点表面进行清洁，直至棉球无黑迹为止；7） 取出应变片检查是否完好，然后在应变片粘贴面均匀涂上502胶水，一手捏住引线放到测点，并覆盖上一层玻璃纸，另一手拇指或食指轻轻滚压应变片，切勿旋转或错动，不要用力过大，一面应变片移位或是引线被拉断，这样挤出气泡和多余的胶水；8） 按住直至应变片粘紧，等待一段时间至胶水干燥固化，需要注意的是应变片的粘贴方向应该一致，便于布线，

36、减少接线错误；9） 在应变片引线测粘贴接线端子，并将应变片引线焊接在端子上；10） 检查应变片贴合是否良好、位置是否正确、有无气泡；11） 检查应变片有无断路，用万用表检查应变片电阻值是否有变化，用兆欧表检查应变片绝缘是否良好。3、 接线：1） 导线编号。导线两端应贴上相同号码的标签，避免连接时接错线；2） 将单号（或双号）全部与轴向应变片对应焊接固定，将双号（或单号）全部与周向应变片对应焊接固定，便于数据记录；3） 用锡焊按图3所示连接转换箱与应变片，待焊锡冷却凝固后，轻轻扯动导线检查是否焊接牢固，如有虚焊或脱焊现象应重新焊接；4） 检查焊接顺序是否正确，应变片的引线是否在焊接后有脱落现象，

37、如有脱落需按前述步骤重新贴片。4、 测试：经教师检查贴片及接线正确后，方可以进行测量。1） 确定应变仪充分预热后，设定参数及标定值；2） 将转换箱“全桥、半桥选择开关”拨至“半桥”。如仅用一台转换箱，则将“序号拨盘”设定为00、01；如同时使用多台转换箱，则按顺序将“序号拨盘”设定为00、01、02、03依次类推。注意：序号不可重复。3） 接通实验台电源，打开溢流阀5与出油阀1、4。如图8。图 8 液压控制原理图4） 启动油泵，调节溢流阀5将总管压力升至1Mpa以上，打开进油阀2、3，调节出油阀1、4，将容器压力升至0.8Mpa以上，保持一段时间，以排空管道及容器内空气；5） 调节溢流阀5，对

38、容器及管路增、卸压数次，压力应大于0.8Mpa；6） 打开电脑，双击桌面上“YJ33接口软件”快捷图标打开接口软件，设置系统参数及通讯参数，选择自动保存，建立自己的文件夹；7） 将容器压力降为零点击接口软件中“运行”按钮，在弹出窗口中点击“通讯”按钮进入联机通讯状态；按动应变仪的方向键，选择液晶屏中“联机通讯”，按“确定”按钮；8） 点击软件窗口中“调零”按钮调零；9） 点击“测量”按钮，待显示出数据后记录，这些数据为初始值初；10） 将容器压力升至0.2MPa，点击软件窗口“测量”按钮，记录所示数据加；11） 再将容器压力降为零，点击软件窗口“测量”按钮，记录所示数据卸；12） 按照步骤9、

39、10、11测量三次该压力下的应变值；13） 按照步骤9、10、11、12，测量并记录容器压力分别为0.5 MPa，0.8 MPa时的应变值初、加、卸；14） 将溢流阀5、出油阀1、4全开卸压，关闭油泵，关闭实验台电源；15） 点击软件窗口“结束”按钮，退出联机通讯，点击“关闭”按钮关闭运行窗口，退出软件，关闭电脑；16） 关闭应变仪电源，清理现场。五、 实验数据处理1、 实测应力大小的求取见实验原理部分；2、 筒体和各封头的理论应力计算是根据中低压容器的薄壳理论和平盖理论，公式见教材；3、 误差计算：应力的绝对误差 应力的相对误差 六、 实验报告要求701、 实验日期、指导教师、同组实验人员；

40、2、 实验目的；3、 主要实验仪器型号及名称；4、 布片图；5、 实验步骤；6、 实验原始数据记录（如报告表1）；7、 计算过程举例；8、 计算结果列表（如报告表2）；9、 分析、讨论与建议。实验五 外压薄壁圆筒形容器失稳实验一、试验目的：1. 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。2. 测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。二、试验原理：圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足使容器失去原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象，容器失去稳定性时的外压力，成为容器的临界压力，用 表示。圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数可能是1，2，3，4，等任

41、意整数,如图一所示。图一 圆筒形容器失去稳定后的形状容器承受临界值的外压力而失去稳定性，决非是由于容器壳体本身不圆的缘故，即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。当然如壳体不圆（具有椭圆度）容器更容易失稳，即它的临界压力值会下降。根据外压容器筒体的长短，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。但长圆筒，短圆筒必须进行稳定性计算，它们的临界压力值大小主要与厚壁()，外直径()，长度（）有关。亦受材料弹性模数()，泊桑比()影响。所谓长圆筒，短圆筒之分，并不是指它们的绝对长度，而是与直径壁厚有关的相对长度。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度表示。如容器长度

42、>为长圆筒，反之为短圆筒。临界长度由下式确定： 长圆筒：长圆筒失稳时的波数=2，临界压力仅与有关，而与无关。值可由下式计算： 短圆壁：短圆筒失去稳定性时，波数>2,如为3，4，5，其波数可近似为： 临界压力可由下式计算：对于外压容器临界压力的计算，有时为计算简便起见，可借助于一些现成的计算图来进行。三、实验装置： 图二 外压圆筒失稳装置实验1-横梁 2-压紧螺母 3-密封螺母 4-压紧法兰 5-垫片6-外压圆筒 7-心轴 8-圆筒底垫块 9-透明容器 10-工作台四、实验步骤及注意事项：1. 测量试件的有关参数：壁厚()，直径()，长度（）。用千分卡测壁厚，用游标卡尺测内直径（便于

43、精确测量）和长度，外直径由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两到三次，计算时取平均值。2. 按图二所示安装实验设备，先用手摇泵将透明容器内的水升至容器的约三份之二处;将外压圆筒试件6置于平板顶盖上，试件与平顶盖间用垫片5密封（试件折边上下各放一垫片）；用压紧法兰4通过四个密封螺母2将试件压紧到平板顶盖上。3. 将圆筒底垫块8 (一大一小) 置于外压圆筒底部，把用心轴7置于圆筒底垫块的中心孔中,再将横梁1压在心轴7上，通过两个压紧螺母2上紧 (用手旋紧既可)；以此抵消试件承受的轴向载荷。4. 用手摇泵缓慢升压至试件破坏为止（试件破坏时有轻微的响声），记下容器的失稳压力（即有轻微响声时的瞬间压力,此

44、压力为临界压力）。失稳后不可再升压。5. 打开手摇泵的开关卸压，待压力为零后取出试件，观察失稳后试件的形状并记下波纹数。6. 关上手摇泵的开关，清理好实验备件和工具。五、实验报告：1. 列出测量所得的试件几何尺寸数据。2. 验算波纹数n。3. 计算容器的临界压力并与实测值进行比较。4. 讨论、分析试验结果，分析误差原因。实验六 厚壁圆筒爆破及测试实验一、试验目的1.测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值；2.测定圆筒破坏时的爆破压力，并通过计算验证理论公式；3.了解过程装备控制专业数据自动采集测量系统基本单元的原理。二、试验原理1 屈服压力值的理论计算：（1） 屈服压力 （2） 全始屈服压力

45、（材料为理想弹塑性）2 爆破压力值的理论计算：承受内压的高压筒体，其爆破压力计算方法有如下几种：（1） 公式：（2） 中径公式： （3） 最大主应力理论 （4） 最大线应变理论（5） 最大剪应力理论（6） 最大变形能理论 以上式中符号意义详见现教材“过程设备设计” 教材和王志文主编的“化工容器设计”以及余国宗主编的“化工容器及设备”。 压力与流量变化的关系3爆破试验原理过程：塑性材料制造的压力容器的爆破过程如右图所示，在弹性变形阶段（线段），器壁应力较小，产生弹性变形，内压与容积变化量成正比，随着压力的增大，应力和变形不断增加；到点时容器内表面开始屈服，与点对应的压力为初始屈服压力；在弹塑性变

46、形阶段（线段），随着内压的继续提高，材料从内壁向外壁屈服，此时，一方面因塑性变形而使材料强化导致承压能力提高，另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降，但材料强化作用大于厚度减小作用，到点时两种作用已接近，点对应的压力是容器所能承受的最大压力，称为塑性垮塌压力；在爆破阶段（线段），容积突然急剧增大，使容器继续膨胀所需要的压力也相应减小，压力降落到点，容器爆炸，点所对应的压力为爆破压力。三、实验装置与工作原理1实验装置本仪器中的液体介质油的吸入、压缩与排出是通过活塞腔容积的周期性变化而实现的。电机接入电源后进入正常运转，通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块，活塞柱通过滑快与导向杆相连（导向杆在导向套

47、内）做往复运动，当缸内处于低压状态时吸入介质油，活塞杆压缩时，泵内高压流体经过止回阀向爆破试件中输送，使爆破试件中内压不断升高。2 工作原理本系统的压力增升原理图1所示，活塞杆9在缸内作往复运动，介质油通过进口单向阀5吸入缸内，活塞柱向缸内推进时，进口单向阀5关闭，介质油通过出口单向阀6流进爆破试件中。压力表4下面装有单向阀7，目的是为了在试件瞬间爆破时保护压力表（试件爆破后压力表数值仍旧保持）压力信号由压力传感器12通过接口13传送至计算机。四、试验操作步骤及注意事项：1了解试验装置的结构（包括高压爆破教学试验台操作方法、压力传感器、 数据采集卡、转换器等计算机硬件接口以及测试软件的位置和功

48、能）。2 测量尺寸：在爆破试件的上、中、下不同圆周方向上，测量外径三次；内径为已知值（试件材料为42×3的20号无缝钢管加工而成，根据不同的理论公式计算可得到不同的理论爆破值。）3操作步骤：（1） 关闭卸荷阀10与11（即面板上左右支阀），观察仪器面板上的油标，看油缸中是否有足够的介质油，若油缸中油不足，可从导油杯2中直接加油（一般机油即可）。（2） 启动电机前，须对试验机的十字头滑块、活塞杆等运动磨损件加油润滑；开机后待爆破试件接口3处有油溢出，再关闭电机。（3） 将测量好欲爆破的厚壁圆筒试件预先灌满油（必须排除里面的空气），在出口上贴上一层薄纸（ 防倒转后漏油），倒转后快速旋到爆

49、破试件接口上，用管子钳上紧，罩好保护罩。（4） 打开计算机，点击桌面“ ”进入随机信号与振动分析系统；再点击“数据采集及处理”，进入“”界面。（5） 点击“作业”在文件名编辑栏输入要创建的新文件名，见图3，然后点击“打开”图3 创建的新文件名的界面 （6） 点击“参数设置”，弹出“参数设置”对话框，选项“采样频率”选择1280；“工程单位”选择；再选择“校正因子”，见图4。图4 设置各参数的界面（7） 确定上述选项后进入“趋势图”菜单，在它下面有“时间设置”、“趋势采集”、“趋势显示”和“设置截距”四个子菜单。在“设置时间”对话框有“请输入总时间”，单位是秒，输入估计此次实验所用总时间；“间隔

50、记录时间（200ms），单位是毫秒，选200的倍数，一般输入“200”；在“设置截距”中的每个通道对应的零工程单位对应的毫伏数为“1000”，对应通道数为“1”，如图五。图五 趋势图菜单设置各参数的界面（8） 确认完上述参数后，点击“趋势采集”子菜单，此时打开实验机的泵电源，微机将跟踪爆破试件整个实验过程的压力变化直至爆破。（9） 试件爆破后关闭电源，将计算机中本次实验创建的新文件名存盘，打印出整个实验过程曲线和有关记录；将爆破后的厚壁圆筒试件拆下。五、实验报告：1 讨论分析试件破坏的情况；2 将实测的爆破压力和各种理论公式的计算结果进行比较，并进行分析讨论。无损检测概 述现代化检测手段是现代

51、工业生产和使用过程中必不可少的一个重要环节,检测手段的先进性是工程质量和产品质量的主要保证。而目前现代化检测手段是多种多样的，无损检测技术就是其中之一。无损检测是在不破坏或损伤原材料和工件受检对象的前提下，测定和评价物质内部或物理和力学性能，并包括各类缺陷和其它技术参数的综合性应用技术。现代无损检测技术不但要探测缺陷的有无，而且还要给出材质的定量评价，包括对缺陷的定量测量，如缺陷的大小，形状，位置和性质等。目前，在设备制造和在役使用检测过程中，使用的最普遍的工业用无损检测技术是射线检测、超声波检测、磁粉检测和渗透检测。实验七 射线检测一、 实验目的1、掌握X射线检测的基本原理和方法；2、了解射线检测的特点和适用范围；3、了解射线检测缺陷等级的评定。二、 实验设备器材1、XXQ2005携带式变频充气X射线探伤机本机由控制器和管头（X射线发生器）及电源电缆、连接电缆等组成（控制器面板和管头结构分别如图一、图二所示）。控制器采用可控硅单相桥式整流电路，整流后的电压经LC滤波回路滤波后变为平滑的直流电压，该电压经可控硅变频回路斩成频率可变的单向脉冲，送至高压脉冲变压器作为管头的电源。毫安稳定单元可以随X射线管灯丝电压的提高或降低改变单向脉冲的频率，以保证X射线管电流的稳定。千伏调节单元可以连续调节管电压，以适用不同厚度材料的拍片要求。数字计时器为预置数字电子式，可按