机械安全课程实验报告汇总.docx
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机械安全课程实验报告汇总
《机械安全与测试》课程
实验报告
班级：
02211001
姓名：
何敏杰
学号：
1120100305
北京理工大学机电学院
实验一内压容器应力实验
1.实验目的
1）测定薄壁容器承受内压作用时，圆筒体及各种封头上的应力分布；
2）比较在不同压力情况下实测应力的分布情况。
3）了解“应变电测法”测定容器应力的基础原理和测试技术。
2.实验仪器设备
压力容器
应变仪
示波器
3.实验原理
由中低压容器设计的薄壳理论分析可知，薄壁回转容器在承受内压作用时，在离开与封头连接缘处的器壁厚度上将产生径向（轴向）和周向（环向）主薄膜应力σφ、σθ相应的主薄膜应变为εφ、εθ，当它们达到或超过材料的极限强度时，就导致容器的破坏或大面积的屈服；另一方面，当圆筒与封头连接的边缘地区，由于几何形状不连续而造成附加的弯曲应力，与薄膜应力叠加会产生比薄膜应力大得多的边缘应力。
这种应力具有局部性，一离开边缘就很快地衰减。
边缘应力对疲劳失效和断裂失效有很大影响，其大小与容器结构形式。
制造质量和操作条件有关，因此常常需要通过理论计算或实验方法测定其数值大小和分布状况。
对于应变，在材料力学实验中已知道，是通过测量应变片电阻R的电阻变化率ΔR来确的，其关系为
式中K为应变片的灵敏系数，应变ε为无量纲，测试时应注意应变仪上正确读数。
电阻片的电阻变化率通过应变仪直接变为应变的读数。
又根据弹性理论的胡克定律可知：
或
式中E弹性模量，本实验容器材料为不锈钢，E=2.0×105MPa，泊松比
=0.3。
因此，通过“应变电测法”测得容器中某结果部位的应变后，根据以上应力和应变的关系，就可确定部位的应力。
4.实验步骤
第一步粘贴应变片；
笫二步连接应变仪；
第三步压力容器加压1，2，3，4大气压，并分别记录各个位置的应变值；
第四步泄压。
5.实验注意事项
1）严格控制容器压力，不允许超过4大气压。
表1实验记录表
应变仪电压灵敏度4v/1000με
试验压力/Bar
各个应变片输出电压/v
应变片1
应变片2
应变片3
应变片4
2
0.041
0.295
0.408
0.209
3
0.108
0.475
0.663
0.329
4
0.185
0.603
0.835
0.408
1.实验结果分析计算
表2压力容器各个位置应变
试验压力/Bar
各个应变片应变值με
应变片1
应变片2
应变片3
应变片4
2
10.25
73.75
102
52.25
3
27
118.75
165.75
82.25
4
46.25
150.75
208.75
102
5．实验结论
薄壁回转容器在承受内压作用时，在离开与封头连接缘处的器壁厚度上将产生径向（轴向）和周向（环向）主薄膜应力σφ、σθ相应的主薄膜应变为εφ、εθ，当它们达到或超过材料的极限强度时，就导致容器的破坏或大面积的屈服；另一方面，当圆筒与封头连接的边缘地区，由于几何形状不连续而造成附加的弯曲应力，与薄膜应力叠加会产生比薄膜应力大得多的边缘应力。
这种应力具有局部性，一离开边缘就很快地衰减。
边缘应力对疲劳失效和断裂失效有很大影响，其大小与容器结构形式。
制造质量和操作条件有关，因此常常需要通过理论计算或实验方法测定其数值大小和分布状况。
《机械安全与测试》课程
实验报告
班级：
02211001
姓名：
何敏杰
学号：
1120100305
北京理工大学机电学院
实验二HS6298型多功能噪声分析仪机械故障噪声检测分析
1.实验项目
HS6298型多功能噪声分析仪噪声检测分析
2.实验方法
实验仪器如图所示
3.实验步骤：
1．打开电源开关选择适当的档位H或L；
2．可选择F（快速）读取即时的噪音值，S（慢速）键读取平均噪音值；
3．将开关置于A、C位置，可分别测量A、C计权噪音值。
5．．手持噪音计以麦克风距离机械故障原约1-1.5m距离测量，分析噪声显示结果。
6．本次实验全部结束后关闭电源开关，整理实验仪器。
4.思考题
1、80dB（A）和80dB（C）有何不同，所表示的意义有何差别？
2、Lp、Leq、L5、L10、L50、L90、L95各代表含义？
答：
1、A计权网络是模拟人耳对40方纯音的响度，当信号通过时，其低、中频段（1000Hz以下）有较大的衰减。
B计权网络是模拟人耳对70方纯音的响度，它对信号的低频段有一定衰减。
而C计权网络是模拟人耳对100方纯音的响度，在整个频率范围内有近乎平直的响应。
2、Lp：
测定功能噪音等级。
Leq：
对于起伏的或不连续的噪声，很难确定A声级的大小。
为此提出了用噪声能量平均的方法来评价噪声对人的影响，这就是时间平均声级或等效连续声级，用Leq表示。
L5：
相当于峰值平均噪声级。
L50：
相当于平均噪声级，又称中央值
L95：
相当于背景噪声级（或叫本底噪声级）。
如果测量是按一定时间间隔（例如每5s一次）读取指示值，
L10：
表示有10%的数据比它高。
L50：
表示有50%的数据比它高。
L90：
表示有90%的数据比它高。
《机械安全与测试》课程
实验报告
班级：
02211001
姓名：
何敏杰
学号：
1120100305
北京理工大学机电学院
实验三无损探伤实验
1.实验项目
无损探伤实验
1）学习使用磁粉探伤仪以及超声波探伤仪，熟悉他们的原理、结构。
2）掌握磁粉探伤、超声波探伤仪的使用方法、并利用这两种工具对压力容器、管道以及钢缆等试件进行检测和定位。
2.实验仪器设备
1）磁粉探伤仪
CDX-II型多用磁粉探伤仪是具有多种磁化方式的磁粉探伤设备。
仪器采用可控硅作无触点开关，噪音小、寿命长、操作简单方便、适用性强，工作稳定。
是最近推出的新产品，它除具有便携式机种的一切优点，还具有移动机种的部分长处，扩展了用途，简化了操作，还具有退磁功能。
该机型属于非接触式超小型检测仪器。
具有旋转磁场、磁轭交流等多种磁化方式。
是一种简单可靠、轻便、实用而高效的便携式多功能磁粉探伤仪器。
可配A、D、Ec、O四种型号探头（随机配A、D、Ec三种）。
（1）马蹄式探头（A型）：
它可以对各种角焊缝，大型工件的内外角进行探伤；
（2）电磁轭探头（D型）：
它配有活关节，可以对曲面、平面工件进行探伤；
（3）旋转磁场探头（Ec型）：
它可以对各种焊缝、各种几何形状的曲面、平面、管道、锅炉、球罐等压力容器进行一次性全方位探伤，可检查工件表面全方位的缺陷和伤痕；
（4）磁环式线圈（O型）：
它可以满足所有工件能放入线圈的周向裂纹的探伤，用它来检测工件的疲劳痕（疲劳痕均垂直于轴向）极为方便，用它还可以对工件进行远离法退磁。
2）超声波探伤仪
超声波特性：
声音是质点的振动，在介质中，如果波源所激发的波频率在20－20000HZ引起人耳的听觉，称为声波，频率超过20000HZ为超声波，频率低于20Hz的为次声波。
超声波探伤常用500KHZ－10MHz的频率。
因为它的波长短，即使小缺陷引起的反射也比较大。
由于超声波探伤方法具有灵敏度高，设备比较简单，对人体无伤害，检测费用低，易于实现自动化等优点，因此使用极为广泛。
（1）超声波探伤所用的波长短，因此具有较高的指向性，频率愈高波长愈短，则指向性愈好
（2）超声波在介质中传播时，在不同介质的界面上将会产生反射、折射和波型变化。
根据这一特性，可以在一定条件下实现波型转换，获得探伤中所需要的波型。
（3）超声波传播能量大，但是探伤中需要的超声波功率不大，因此，超声波探伤仪的结构和产生超声波的方法就比较简单。
（4）超声波在大多数介质中都能传播，而且在固体超声波传播损失小，因此探测深度大。
在某些金属中甚至可达数米远。
超声波探伤仪分类：
按显示方法来分：
（1）型显示探伤仪：
它属于波幅显示。
通过反射波显示缺陷有无和位置，并从波幅高低来确定缺陷的大小。
这是目前使用最广泛的一种探伤仪。
（2）B型显示探伤仪：
它属于图像显示，可以显示出工件内部缺陷侧面图形。
（3）C型显示探伤仪：
它属于图像显示，它可以显示出缺陷横断面的图形，但不能显示缺陷的深度。
按声波的通道来分：
（1）单通道探伤仪：
由一个（或一对）探头单独工作。
（2）多通道探伤仪：
由多个（或多对）探头交替工作。
一般用于自动化探伤。
3.实验原理
1）磁粉探伤仪
如图所示是该仪器的电路原理图，图中F为保护主电路变压器的保险丝，V1为双向可控硅作为无触点开关，C1、R1为主电路吸收回路，L1、L2、L3、L4为探头线圈，T1为该仪器的主变压器，它将220V交流电压降为2×36V的安全电压，提供探头所需的工作电源，面板上的V6、V7为电源指示灯，V8、V9为旋转磁场或电磁轭的充磁指示灯，S1为“电源”开关，S3为“充磁”按钮开关；H1为探头照明灯，V为220V电压指示表，T2为电源控制变压器，电源输出的12V电压，提供继电器J1、J2的吸合电压，V2～V5为向电磁轭提供直流电压的桥式整流装置，当按下“充磁”按钮开关S3时，继电器J2吸合，触发电路和双向可控硅V1导通，主电路工作，T1的付边输出2×36V电压，若用A、D型探头，则只用了主变压器的一组36V电压，这时向探头提供一路交流磁化电流；若用Ec型探头，由于C2的移相，使两路输出激磁电流的相位差约90度，从而在探头两组线圈中形成一定相位差的交流磁场，即旋转磁场。
当用探头去检测工件时，被探工件平面上各个方向缺陷都能产生漏磁通吸附磁粉，清晰地显示缺陷状态，所以说，旋转磁场探伤仪对工件探伤能全方位清晰显示缺陷的位置和大小。
铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小，如下图所示。
2）超声波探伤仪
超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在缺陷上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来。
目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是A扫描方式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。
当电源接通以后，同步电路产生同步脉冲信号，同时触发发射电路和时基电路．发射电路被触发以后产生高频电脉冲作用于探头，通过探头中压电晶片的逆压电效应（某些晶体材料受到交变电压作用时产生交变应变的现象．这时电能转变为声能）将电信号转换为声信号发射超声波。
超声波进入工件后在工件中传播，在传播过程中遇到缺陷或底面等异质界面后发生反射，反射波被探头接收，通过探头压电晶片的正压电效应（某些晶体材料在交变拉压应力作用下，在其表面产生交变电压的现象，这时声能转变为电能）将声信号转换为电信号送至放大电路放大检波，然后加到示波管垂直偏转板上，形成重叠的缺陷波F和底波B时基电路被触发后产生锯齿波：
加到示波管水平偏转板上，形成一条时基扫描亮线，并将缺陷波F和底波B按时间展开，由于示波屏上波高与声压成正比，扫描光点的位移与时间成正比，因此可以根据A型探伤仪示波屏上缺陷波的幅度和位置对缺陷进行定量和定位。
其原理图如下。
4.实验步骤
1）磁粉探伤仪
（1）CDX-II型多用磁粉探伤仪的面板说明：
（2）S1—电源开关；V6、V7—电源指示灯；F—电源保险丝；V—电压表；V8、V9—充磁电流指示灯；X1—电源输入插座（三芯航空插座）；X2—电流输出插座（五芯航空插座）；
（3）将电源电缆的圆形插头插入仪器“电源输入”的三芯插座内，电源电缆的另一头插入交流220V的电网配电板插座内，打开电源开关S1，电源指示灯V6、V7亮，整机电源接通。
（4）将探头电缆上的五芯插头插入仪器“电流输出”的五芯插座内；
（5）探头磁极面应和被探工件表面接触，方可按动手把上的“充磁”按钮S3，这时“充磁指示”灯V8、V9亮，表明被探工件已被磁化；
（6）手持探头对准贴有试片（或试块）的工件，喷洒磁悬液。
按下探头上的按钮开关，工件被磁化，试片上的裂纹磁痕能清晰显示；
（7）旋转磁场探头的四磁极与工件接触的最佳气隙约0.5～1mm，调整探头上的滚轮支架夹角，可改变旋转磁场探头对工件的气隙大小，气隙调的过小行走不便，调的过大又可能影响灵敏度；
（8）仪器面板上的旋钮开关切勿在充磁时调整，否则易损坏器件；
（9）旋转磁场与磁轭转换开关
（10）旋转磁场可使用探头：
旋转磁场探头磁轭可使用探头：
电磁轭探头、马蹄探头、磁环；
（11）做旋转磁场探头吸力试验时，铁板必须平整，四只滚轮滚动自如；做电磁轭探头吸力试验时，也应将活动关节螺钉放松，保证二磁极紧贴试块表面；做马蹄探头吸力试验时，应有和探头面吻合的特殊试块，做磁环试验时，线圈内应放入工件充磁，感觉是否有吸力；（磁环不宜空载，否则电流太大易烧主变压器及元器件）。
（12）探头的转动部分须定期注入少量润滑油；
（13）仪器为断续工作制。
如使用过程中发生过热，应停止工作一段时间，待冷却后方可再次使用。
（14）在探头离开被探工件表面时，应及时松开探头手把上的按钮开关，防止空载时电源过大而损坏仪器。
（15）仪器停用时，应关断电源开关S1，在电网配电板上拨下仪器电缆插头。
2）超声波探伤仪
（1）准备好待测工件；
（2）将探头电缆线插头插入主机的上方的插座中，旋紧插头；
（3）选择好工作电源，按一下<开关键>，开机；
（4）程序加载及开机自检；
（5）开机时正常情况下，自动进入上次关机时的状态。
仪器参数与上次关机时一致，但上次关机时的波形不显示。
当开机白检不正常时，可以先行关机再重启动，如果仍然自检不通过，可以强制复位至仪器出厂时状态。
（6）检查电池电压，电池电量检测电量不足，则在报警铃响过1分钟后自动关机；
（7）是否需要校准仪器及绘制DAC或AVG曲线，如果需要，专业技术人员进行相关操作；
（8）调出相应探伤通道的参数设置；
（9）测量；
（10）对需要保存的数据进行存储；
（11）关机；
5.实验注意事项
1）仪器到用户手里，开箱后，应首先通读使用说明书1－2遍，基本撑握仪器原理，使用方法，接着按照装箱单检查设备附件是否安全，再检查仪器是否完好，量好电网配电板的电压是否为220V，一切检查无误后，再插电源插头，打开电源开关K1，电源指示ZD3灯亮，说明仪器正常。
2）探头应和被探工件接触时（不充许空载通电）探头上的开关K2才才能打开，对工件磁化，否则探头线圈中电流很大，易烧坏保险线BX1和双向可控硅V，或烧坏探头线圈。
3）探头灵敏度的检验，在正式探伤前，首先是检验探伤灵敏度，将（15/50）A型标准试片置于被探工件表面上，并用透明窄胶带粘牢试片的边缘，然后用手压紧探头移动使试片置在探头中心部位、按探头上的K3开关，通电磁化喷洒磁悬液在标准试片上显示清晰，则表明探伤灵敏度各磁悬液的配制均符合要求。
4）包括声速、探头零点在内的仪器标定工作应完成，测量方式可选择前沿方式与峰值方式。
测量的波幅为闸门内波幅最高的回波波幅。
在前沿测量方式下，测量的声程为闸门内回波的前沿（回波波形曲线的上升线）处声程值。
因此，选择前沿方式时，对闸门内回波波幅的测量值受到闸门阈值（高度）的影响。
5）声程测量只有闸门开启时才能测量，在测量前首先选择测量方式：
边沿方式、峰值方式。
然后选择单双闸门方式。
单闸门方式下，测量值为闸门内回波前言或峰值处的声程值。
双闸门方式下：
测量值为起始于A闸门内回波终止于B闸门内回波之间的声程值。
6.思考题
1．超声波无损探伤的实验原理是什么？
超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在缺陷上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来。
2．什么是DAC曲线？
它的作用是什么？
DAC曲线是距离-波幅曲线的德文简称！
是根据相同大小缺陷以不同声程，反映回波波幅大小的曲线。
做DAC曲线是在测量探头前沿，K值、零点后做出的，起作用就是以一个基准来判定缺陷，缺陷分区及定量。
实际上是有一组曲线即：
评定线、定量线、判废线。
3．耦合剂的作用是什么？
耦合剂是一种水溶性高分子胶体，它是用来排除探头和被测物体之间的空气，使超声波能有效地穿入被测物达到有效检测目的。
4．磁粉探伤仪的原理是什么？
铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。
5．标准试片的作用是什么？
标准试片主要用于检验磁粉检测设备、磁粉和磁悬液的综合性能，了解被检工件表面有效磁场强度和方向、有效检测区以及磁化方法是否正确。
《机械安全与测试》课程
实验报告
班级：
02211001
姓名：
何敏杰
学号：
1120100305
北京理工大学机电学院
实验四加气站监测预警系统综合模拟实验
1.实验项目
加气站监测预警系统综合模拟实验
2.实验方法
用稀释的乙醇溶液代替对人体有一定危害的甲烷气体，将乙醇溶液放置在靠近可燃气体探测器附近，乙醇气体溶液中挥发出来，探测器检测到乙醇气体后，经过监测系统将会在显示模块显示实时数值。
3.实验步骤：
1．打开电源开关为上述个模块进行供电；
2．由于甲烷气体属于易燃易爆危险品，且易对人体构成危害，出于安全考虑，改用乙醇溶液作为实验试剂。
将少量无水乙醇加入到纯净水中，根据当时的温度，风速，配置适当比例的乙醇溶液。
（这两个环境会影响乙醇气体的挥发）
3.将配好的溶液试杯靠近可燃气体探测器SP-1102，同时注意风向和风速；
3．观察MiniView701t显示器上各个传感器数值变化。
4.超过预定值后，监视器模块上对应的绿色模块会变成红色，同时上位计算机会发出报警声音；
5．如果没有报警，则重新配置乙醇溶液，加大乙醇配比；
6．重复上述步骤，直到报警动作发生。
同时记下风向风速、环境温湿度等环境信息，以利于课后分析。
4.思考题
1、可燃性探测器除了催化燃烧式，还有红外吸收式、气敏半导体式，这两种的探测原理是什么？
2、该模拟监测系统主要有哪几部分构成、各个组成部分的功能是什么？
1答：
对于电阻型半导体，气敏元件（常用）被加热到某一稳定状态，气体接触气敏元件表面被物理吸附，失去其运动动能，一部分蒸发，剩余被吸附，同时发生电子转移，从而引起气敏元件的电阻发生变化。
红外吸附式主要是对具有两种或两种以上原子组成的气体分子敏感，该分子具有永久性偶极矩，具有永久性偶极矩的分子能够吸收特定的红外光线。
工作原理是利用红外光源发出红外光，通过滤光器件滤除能产生共吸收干扰的红外线后，剩下只能被待测气体吸收的红外线，其穿过被测气体时部分被吸收，透过的红外线由接收器转化为电信号，透射光强度与入射光强度具有朗博-比尔定律，因此通过测定吸光度就能够测定气体浓度。
2答：
整个监测系统由环境传感器（温湿度传感器、风速传感器、可燃气体检测器）、数据变换采集模块、数据通信传输模块、显示模块、上位机构成。
可燃气体探测器、温湿度传感器、风速传感器等传感模块实时感受作业周围环境的变化。
数据变换采集模块对信号进行整理、放大、滤波、AD转换后成为数字信号，再由通信端口送入到数据通信模块。
数据通信模块作用是将收到的信号按照网络通信TCP-IP的格式要求进行数据打包，最后通过网络送入到计算机上。
计算机对采集数据进行实时显示，并具有控制、报警功能。
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