实验台设计（精选12篇）
实验台设计 篇1
碳酸盐岩油藏最突出的问题是其非均质性、易变的润湿性和双孔隙网络特征, 其储集空间多样, 裂缝及溶蚀作用形成了极其复杂的孔隙连通系统。
通过研究多孔介质内两相流的流动性质, 进而探讨油、水、气两相流或多相流在油藏狭缝中的流动特点, 包括流型, 压降及截面含气率等, 这对碳酸盐岩型油藏的开发、油气井及集输管路的设计、发展新的测井技术及开发在线多相流测量技术等均具有十分重要的意义。
电容层析成像 (Electrical Capacitance Tomography简称ECT) 技术可视为目前研究最为广泛的一种过程层析成像技术。其测量原理是多相流体各分相介质具有不同的介电常数, 当各相组分浓度及其分布发生变化时, 会引起多相流混合体等价介电常数的变化, 从而使得测量1电容值随之发生变化, 电容值的大小反映多相流介质相浓度的大小和分布状况。
1 可视化实验装置的设计思路
对多孔介质两相流可视化实验装置的设计既要考虑到压力控制问题和防渗漏问题, 又要实现动态流动过程的检测。设计实验的主要目的是能够得到油水两相流体在多孔介质中流动时的较好质量的图像。因此, 采用通过在多孔介质前后两侧设置阀门来控制测量段流体压降的压力控制方法;同时根据动态流体检测要求, 采用ECT测量系统来完成对这一过程的监测。
2 整体实验设计方案
实验设施 (如图1) 包括:进口压力控制装置、一定容积的水箱和油箱 (分别都有两个接入口和一个输出口) 、微流量计、出口控制阀门、前段控制阀门、油水混和箱、电磁搅拌器、加热装置、多孔介质样品及其固定装置、测量系统及成像计算机、后段控制阀门和收集池。设计的实验流程是:首先将水箱和油箱的出口控制阀门保持在全关位, 之后将样品水与样品油通过样品水进口和样品油进口分别注入到水箱和油箱中, 关闭样品水进口和样品油进口;打开前段控制阀门和后段控制阀门至一定开度;打开水箱和油箱出口控制阀门, 启动进口压力控制装置;当油水进入混和箱时启动电磁搅拌器和加热装置;测量系统开始工作, 成像计算机进入状态;通过实验测量段的油水两相混合流体最后流入到收集池, 回收利用。
在整个实验设计中, 最为关键的两部分是实验测量段的压降控制方案和测量系统的选择和布置方案。流体在多孔介质中的流动可能受到多种效应的控制, 其影响因素不仅有流体的组成, 物性及相态, 空隙大小和形状, 流通通道尺寸及弯曲程度等, 还有温度和压力。另外, 多孔介质许多参数的测量和计算, 如渗透率和空隙率, 都与压降有关。达西定律的表达式:
也与压降有着密切的关系, 式 (u 1=) -中nkdp为流动方向上的压力梯度。因此, 我们强调了对压力的控制, 并采取了阀门控制和调节压力的方法, 见图1中压力控制装置、前段控制阀门、后段控制阀门。
测量系统采用电容层析成像法, 其具有快速、安全、非侵入、廉价等特点, 由于多孔介质中的两相流动是一个非线性的动态过程, 对动态过程的检测有灵敏度和准确度的要求, 电容层析成像技术对这种过程具有很好的检测效果和高质量的成像图像;另外在实验中采用的多孔介质样品是圆柱形的, 利用电容层析成像测量系统可以很好地布置测量极板, 减少干扰, 增加实验结果的准确性。
3 结论
本设计基于碳酸盐岩油藏中两相流或多相流的背景, 研究设计了多孔介质中油水两相流的可视化实验装置。过程中按照可行性、实用性和准确性的原则设计了完成实验所需的各个组成部分, 并说明了它们的工作原理及其在整个设计装置中担当的角色。本文首先展示了整体实验方案的设计理念和设计中的难点及重点, 其次将整体实验设计方案分解成预处理段、试验段和回收段, 分别阐述了各自的组成和作用;绘制了整体设计方案和分解设计方案的平面图和三维立体图对设计进行补充说明;对于设计中较为关键的压力控制方案和测量系统作了仔细解释说明。
参考文献
[1]罗平.中国海相碳酸盐岩油气储层特征.中国石油勘探开发研究院, 2007.
[2]雷兢.多相流的电容层析成像图像重建研究.中国科学院工程热物理研究所博士论文, 2008.
实验台设计 篇2
DCS-Ⅱ 型实验台
0.2 0.25 0.5 1 0.4 0.5 1.0 2 0.6 0.75 1.5 3 0.8 1.0 2.0 4 1.0 1.25 2.5 5 1.2 1.5 3.0 6 1.4 1.75 3.5 7 1.6 2.0 4.0 8 1.8 2.25 4.5 9
F(N)
ε
5.0 2.5
(%)
η
90 80 70 60 50 40 30 20 10
(%)
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
2.0 1.0 0.5
100
4.5 2.25 1.8 0.9 0.45 4.0 2.0 1.6 0.8 0.4
3.5 1.75 1.4 0.7 0.35 3.0 1.5 1.2 0.6 0.3
2.5 1.25 1.0 0.5 0.25 2.0 1.0 0.8 0.4 0.2
1.5 0.75 0.6 0.3 0.15 1.0 0.5 0.4 0.2 0.1
0.5 0.25 0.2 0.1 0.05
0 0 0 0
1 0.5 0.25 0.2
2 1.0 0.5 0.4
3 1.5 0.75 0.6
4 2.0 1.0 0.8
5 2.5 1.25 1.0
6 3.0 1.5 1.2
7 3.5 1.75 1.4
8 4 2.0 1.6
9 4.5 2.25 1.8
10 5.0 2.5 2.0
F(N)
实验台设计 篇3
一、充分利用多媒体手段增加演示实验的可见度
有的演示实验效果明显，学生易于观察到实验现象，从而总结结论或验证所学知识，如在做“探究压力作用效果的影响因素”实验时，实验器材直观，现象明显，学生可根据实验现象直接得出结论。但是，有的演示实验现象细微，教师只能在讲桌上进行演示，后排学生看不清楚实验现象，这就增加了学生在理解过程中的难度，直接影响教学效果。利用投影器将演示现象放大，使其在银幕上清晰地显示出来。这样既有利于学生观察思考，又缩短了观察时间。如在做“磁体周围存在磁场”的实验时，将磁体和小磁针放在实物投影上，学生通过大屏幕就可观察到小磁针的指向发生了偏转，从而认识空间磁场的存在和分布情况。有的演示实验在特定的条件下不能完成，如在做光的色散实验时，在没有自然光的前题下，就可以用多媒体的幻灯机作为光源，将色散后的光谱投到大屏幕上。
二、利用已有经验创造性地设计实验
在教材中有的教学内容没有配套的演示实验，教师可根据生活经验自己创造性的设计实验，还可以用自制儀器模型增强演示效果，增大演示可见度。例如，在进行“分子间存在引力和斥力”的教学时，可用调配好的肥皂水吹泡泡，在自制的铁圈上缠上绵线浸肥皂水演示分子间存在引力，用乒乓球和弹簧自制教具演示分子间的作用力和分子间的距离等。在学习“潜水艇的工作原理”内容时，教师就可以利用身边的物品如药瓶、软胶管、口服液吸管、铁块和502胶，自制一个潜水艇模型，演示其工作原理。
三、将实验有机结合再重组
中学物理实验教学从其教学组织形式来说，可分为教师的演示实验、学生边学边实验、学生分组实验和课外小实验四种类型。各种类型的物理实验，具体形象地展示了物理知识的形成和发展过程，为学生的学习提供了丰富的感性材料。弄清各类实验的特性和作用，并把它们有机结合起来，使它们在培养学生能力上发挥最佳功能。因此，可以创造性地将演示实验变为边学边实验，使每一个学生都参与到实验中来，体验实验带给我们的收获。例如，在学习“物质质量”时，就可以把天平发给学生，使其认识天平的结构，知道天平的使用方法，会使用天平测物质的质量。在学习“平面镜成像”的内容时，可以用现有的实验室器材，自制底座和支架，学生分组进行实验，增加实验的可操作性和直观性。学生边学边实验。
物理是一门以观察、实验为基础的自然科学，物理规律都是在观察和实验的基础上，认真总结和思考得来的。教师要尽一切可能，在物理课堂上为学生展现出丰富多彩的物理现象和活生生的物理情景，不仅可提高物理教学效果，还可提高学生的实验素质，有助于培养学生的创造性学习能力。在实验探究活动中，让学生通过实验得出的结论所产生的效果是不能用语言来替代的，所以说实验是最丰富的语言。
实验台设计 篇4
1 系统设计
1.1 系统组成
本系统是基于Lab VIEW的传动实验台系统, 通过控制电机的转动和加减载, 并实时采集不同情况下的输入、输出的转速和转矩, 界面手动记录不同情况下的数据, 最后将记录的数据生成声称曲线图和报表。由硬件结构和上位机系统组成上位机软件用Lab VIEW编程软件和NI DAQx模块编写, 上位机与下位机通过USB线连接, 从而采集信号和控制传动实验台。硬件结构由传动实验台, NI ELVIS变频电机、电脑等组成。
1.2 硬件结构
硬件结构主要由1个变频器、1个变频电机、2个转速转矩传感器、1台NI ELVIS II、1个磁粉制动器, 1种传动机构, 1台电脑、1个电器控制柜组成。变频电机控制电机的转动, 是传动实验台的动力系统, 磁粉制动器控制制动装置加减载, 以模拟现实中的载荷;转速转矩传感器采集一路转速信号和一路转矩信号, 传动机构可以根据需要更换, 常见的有:斜齿圆柱齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗杆减速器、V型带传动。
1.3 上位机软件设计
上位机软件通过接收NI ELVIS设备采集的转速转矩信号, 通过数据处理得到即时的转速和转矩, 并通过编写的数据记录程序将数据记录下, 通过报表功能可生成检测报表。
1.3.1 运动控制
上位机PC通过USB接口与NI ELVIS仪器连接, 使用DC POWER SUPPY+25电压端输出电压经过sc-400变频器处理后输入给三相电机, 从而达到稳定地改变三相电机的远动状态;DC POWER SUPPY+6电压端输出0-8A的稳定电流, 从而稳定地达到CZ-5控制磁粉制动器的制动效果。
1.3.2 数据采集
数据采集是NI ELVIS设备与转速转矩连接并将采集数据上传到PC端, PC端通过信号处理得到即时转速转矩的过程。两个传感器共产生4路数据信号:2路转速和2路转矩。PC端将接收的信号通过中值滤波器处理得到稳定的数据波形, 通过测量波形的周期映射为频率。通过下面3条公式测出即时转速和转矩:
其中, Mp:正向转速, Mr:反向转速, N:转矩满量程, f0:转速零点输出频率值 (k Hz) , fp:正向满程输出频率值 (k Hz) , fr:反向满程输出频率值 (k Hz) , f:实测转矩输出频率值 (k Hz) 。
其中, N:转速 (r/min) , f:实测转矩输出频率值 (k Hz) , Z:传感器测速盘齿数。
1.3.3 报表生成
传统的实验数据人们利用纸和笔来记录数据, 传统的方式效率不高又容易错误。本系统在数据记录完后可以通过生成报表功能将记录的数据生成word报表, 报表包含实验数据、实验操作员、实验时间、实验报告等信息。
1.3.4 系统界面
在完成数据采集与控制和各部分功能后, 需要将各部分功能结合起来整合成系统, 这里系统合成所用的结构是消息队列结构, 消息队列结构可以有效的将个部分功能运行独立运行, 充分有效的利用系统资源, 防止系统冲突和系统资源使用过大, 影响其他功能的使用。同时, 消息队列结构可以方便后期添加对应的功能。
2 总结
本系统在传动性能测试方面有广泛的应用, 并且有很强的适应性。对于不同的传动机构, 只需更换对应的传动机构模块就可继续使用, 系统无需重大修好, 上位机不需要修改。后期可通过远程操作, 为厂商提供远程升级服务, 以适应新的生产活动, 大大减低了调试时间和难度以及人员的调动。
参考文献
[1]董玉红, 徐莉萍.机械控制工程基础[M].北京:机械工业出版社, 2013, 5.
实验台设计 篇5
学校名称：滦南县方各庄镇三甲庄完全小学实验题目：光的直线传播
参评教师姓名：杨香敬
光的直线传播
一、实验目的：
1．科学概念：知道光沿直线传播这一属性;2．过程与方法：能用实验方法研究光沿直线传播；
3．情感态度与价值观：通过分析能知道光沿直线传播，不能绕过物体的特点，体会到获取证据，用证据来检验推测的重要性。
二、实验材料：激光笔，直尺，打好孔的卡纸2张，卡纸1张，夹子，吸管2根。
三、实验方法的改进和创新
1、充分利用小学生好奇心强的特点，让他们亲自动手试验，寻找证据，整个实验过程充满新奇和挑战，漂亮的卡纸和吸管可以增强小学生对实验的兴趣，同时综合了知识的运用。
2、笔直的空管管径能够形象地体现出光线的直线路径；
3、实验过程所需器材简单，制作方便，容易操作。从多个角度观察光的直线传播，学生理解更为透彻。既拓展了孩子们的研究空间，又解放了学生的思想，把课堂延伸到了课余。
四、实验原理：
1、实验
（一）设计思路：当空管未受力时，它的管径是笔直的，我们通过空管的管径能够看到蜡烛的火光，这表明蜡烛的火光能够沿着笔直的管径传播到我们的眼睛里，而被我们所看见。如果用手给空管施加一点力，使空管发生弯曲，那么我们就看不到蜡烛的火光，这是因为蜡烛的火光不能够通过弯曲的管径传播到我们的眼睛里，所以我们就看不见了。
2、实验
（二）设计思路：当我们将手电光正对着空管照射时，手电光可以沿直线管径穿过，在光屏上形成一个明亮的光斑；如果是斜对着空管照射，由于手电光没有与空管管径在同一直线上，所以不会在光屏上形成明亮的光斑。
五、实验过程
第一个实验：点燃蚊香，用一支激光笔对着烟射过去，空中出现了笔直的红色光线。形象地说明了光线是沿直线传播的。
第二个实验：。另1张纸板用夹子夹住也横立在桌上。用手电筒正对第1张纸板的小孔照射空管，就会在卡纸屏上观察到红色的光斑。
把另1张带孔的卡纸让空管穿过这张卡纸板上的小孔，将卡纸打开一定角度，放在桌子上如果用手电筒斜对空管，则不能在白纸屏上形成明亮的光斑。由于手电光是直线传播的，光线不能转弯通过空管而照射到白纸屏上。老师又相机利用光的直线传播原理要学生解释为什么会有影子。
七、实验效果与自我评价
1、实验操作更顺利，学生能更清楚、直观的看到光的传播路径；
2、学生更容易理解光的直线传播的原理；
3、实验器材简单易得，既节省了实验准备时间，又满足了学生动手操作的欲望，符合节能环保的理念。
能被磁铁吸引的物品进行分类，并分析这两类物品各自的共同特点，最终得出结论——能被磁铁吸引的物品都是铁制的，不能被磁铁吸引的物品都不是铁制的。
四、实验创新点：
五、实验步骤：
1、填写实验记录表“猜测”栏。
2、用磁铁靠近不同材料，观察现象，然后填写实验记录表“验证”栏。
3、利用实验记录表格，引导学生思考：能被磁铁吸引的物体和不能被磁铁吸引的物体有什么不同的特点？根据实验结果，磁铁可以吸引什么样的物体？实验结果与我们原来的观点是一致的吗？通过这一系列的问题，让学生从一个个具体的测试结果中抽离出一个具有概括性的抽象的结论：磁铁可以吸铁，并且适时的告诉学生，磁铁的这一性质叫做磁性。
附：实验记录表格
磁铁能吸引哪些物体？
学校：班第（）组试验步骤：
1、猜测：用打“√”的方法表示能被磁铁吸引的物体。
2、验证：领取一块条形磁铁，依次验证各种物体，记录实验结果。
3、观察、讨论：
（1）仔细观察这些能被磁铁吸引的物体有什么共同点？（2）结论：磁铁能吸引什么材料做的物体？（）板书：磁铁能吸引铁制物品的性质叫做磁性。
（设计意图：这个试验的魅力就在于让学生亲自去尝试，去体验，去感悟，让学生切身体会科学研究的过程，这个过程正是从特殊到一般的归纳的过程，也是学生的感性经验上升到理性认识的过程，是学生的认知结构发生改变的关键环节。在讨论过程中紧紧抓住能被磁铁吸引的物体和不能被磁铁吸引的物体有什么不同的特点这个问题，促进
实验台设计 篇6
一、实验装置
实验装置如图1所示。
二、实验操作步骤及现象
1.将少量过氧化钠固体包在棉花中，用一根棉线
将其系在铁架台上。
2.在棉花的正下方放置一烧杯，向烧杯中加入少
量开水，此时，水蒸气上升至棉花处，过一会儿，棉花燃烧，掉落至烧杯中，说明Na2O2与水反应放出O2同时反应放热。待反应结束后，向烧杯中滴入1滴～2滴酚酞溶液，溶液变红，证明NaOH的生成。
3.同样利用上述装置，在烧杯中加入稀盐酸，再放几块大理石，待产生的CO2气体上升至棉花周围，同样可以看到棉花着火。这也证明了Na2O2与CO2反应时放出O2并放出热量。
三、实验优点
1.不论是水蒸气还是CO2气体，本来是用于灭火的，但在实验中却将棉花点燃，很好地增强了实验的趣味性。
2.同样一套装置可用于做两个实验，填补了教材中Na2O2与CO2反应实验的空白，并且操作简单，现象明显，也可用于学生分组实验。
（收稿日期：2015-01-26）
存的是（ ）。
A.pH=1的溶液中：Na+、K+、MnO-4、CO2-3
B.c（H+）=1×10-13mol/L的溶液中：Mg2+、Cu2+、SO2-4、NO-3
C.0.1 mol/L NH4HCO3溶液中：K+、Na+、NO-3、Cl-
D.0.1 mol/L FeCl3溶液中：Fe2+、NH+4、SCN-、SO2-4
解析A选项中已知溶液pH=1，说明溶液呈强酸性，CO2-3与H+不能共存，A不正确；B选项中已知c（H+）=1×10-13mol/L，根据Kw=1×10-14，可得c（OH-）=1×10-1mol/L，即溶液呈强碱性，Mg2+、Cu2+与OH-不能共存，B不正确；D选项中Fe3+与SCN-会生成
难电离的Fe（SCN）3而不能共存，D不正确。
答案：C
例2 （2013年江苏高考化学第3题）常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（ ）。
A.使甲基橙变红色的溶液：Mg2+、K+、SO2-4、NO-3
B.使酚酞变红色的溶液：Na+、Cu2+、HCO-3、NO-3
C.0.1 mol·L-1 AgNO3溶液：H+、K+、SO2-4、I-
D.0.1 mol·L-1 NaAlO2溶液： H+、Na+、Cl-、SO2-4
解析A选项中已知溶液中加入甲基橙变红色，说明溶液呈酸性，即溶液中存在大量H+，溶液中的四种离子都能大量共存，A正确；B选项中溶液中加入酚酞时显红色，说明溶液呈碱性，其中Cu2+、HCO-3与OH-不能大量共存，B不正确；C选项中除了四种离子外还加入了AgNO3溶液，其中Ag+与I-不能共存，C不正确；D选项中附加了溶液中含有AlO-2的条件，而AlO-2与H+不能大量共存，D不正确。
答案：A
总之，离子共存问题的解决，需要我们将离子间发生反应的类型和发生反应的条件（即生成沉淀、气体或难电离物质，或是离子间发生氧化还原反应）熟练掌握，在问题解决时特别注意题中的各类附加条件，以免发生遗漏而导致错误的发生。
（收稿日期：2015-01-02）
径向波箔气体轴承实验台设计 篇7
实验研究波箔气体轴承是分析波箔气体轴承特性的重要方法和手段,同时也是检验理论分析是否正确的唯一方法。本文主要阐述了径向波箔气体轴承实验台的搭建,并对测量系统进行了测试,为进一步实验分析研究径向波箔气体轴承的特性奠定基础。
1 实验台功能
实验台旨在实现波箔型动压气体轴承的静、动特性测量和启停性能实验研究。包括测量不同尺寸的波箔型动压气体轴承的承载能力;测量轴承在启动过程的摩擦力,从而分析获得轴承的起飞转速;测量波箔气体轴承运转过程中的润滑气膜温度场分布;动特性测量实验,测量激振频率对轴承动态刚度系数和动态阻尼系数的影响;启停实验,分析不同箔片材料和镀层的摩擦学性能,以及镀层对轴承的运转性能和使用寿命的影响。
2 实验原理
实验台由实验台本体、润滑冷却模块、测试模块三大部分组成。实验台本体包含驱动模块、加载模块和转子。实验台润滑采用油雾润滑,并能起到一定的冷却效果。测量模块采用电涡流传感器测量转子的相对位移,拉力传感器测量摩擦力矩,热电偶测量温度场分布,并配备相应的数据采集设备采集数据。实验台的原理如图1所示。
3 实验台组成及结构
3.1 实验台本体
实验台本体设计是整个实验系统设计的核心设计之一,如图2所示,将待测轴承放置于轴的端部,与文献[2,3]的实验台相比,本实验台具有结构简单,气体轴承装卸方便等特点;设计一组轴套相配合,可用于不同内径大小的波箔轴承实验,大大提高实验台的利用率。实验台是由铸铁底座、4SD75高速电主轴、变频器、柔性联轴器、转轴、轴承座、角接触陶瓷轴承、测试轴承、加载模块等组成。在铸铁底座上加工有‘⊥’型槽,便于固定电动机座、轴承座和加载、测量框架;同时,铸铁底座加工有定位槽,保证安装后电动机与轴的同心度,降低安装引起的轴心扰动。电主轴通过变频器进行驱动,加速快、调速方便,最高转速可达75 000 r/min。加载模块是通过滑轮--绳索组合,用砝码进行载荷施加,载荷方向和重力同向。
1—电主轴;2—柔性联轴器;3—角接触陶瓷轴承;4—转轴;5—轴承基座;6—滑轮;7—砝码;8—波箔轴承
3.2 润滑冷却模块
实验时,压缩机压缩空气形成高压气体,经油雾器粗过滤、干燥、精过滤、雾化、调压后送入电主轴和两个角接触陶瓷轴承进行润滑,润滑油采用的是N7主轴润滑油,对陶瓷轴承同时起到润滑和冷却的作用。冷却系统是由潜水泵向电主轴供应冷却水,流量不小于5 L/min。
3.3 测试模块
3.3.1 位移测量装置
位移测量装置主要由两个电涡流传感器(6600系列),精度为7.87 V/mm,凌华PCI-9114数据采集卡及计算机组成。测量原理如图3所示。在轴承安装处垂直和水平方向分别安装一个电涡流传感器,并使探头中心线与轴心线正交,调节探头与轴的初始距离,用于测量转轴转动时的相对位移。测量数据经前置器转换为电压信号后,采用32通道的凌华l6位采集卡以特定的采样频率进行采集,并进行存储分析。
3.3.2 摩擦力测量装置
摩擦力测量装置主要包括拉力传感器、放大器、滤波电路、32通道的凌华16位数据采集卡、PC机及相应的采集程序,测量原理如图4所示。
实验时,将贴有应变片的弹性梁固定在框架上,重物通过钢丝绳对弹性梁施加预载荷,在轴承基座上通过螺纹连接一个扭矩臂,通过钢丝绳将力传递到拉力传感器上。应变片在沿轴线方向受均匀单向应力作用时,应变片的电阻变化率在一定范围内与试样的应变成正比,其比例常数即为灵敏系数K,经标定,本拉力传感器的灵敏系数为489.8 mv/ N。由于波箔型气体轴承的摩擦力很小,应变对应的测量电压变化也将很小,所以信号从拉力传感器输出后要经过信号放大并滤波处理后进行采集存储。
3.3.3 温度测量装置
温度测量装置主要包括热电偶、XJY-160智能快速巡检仪、计算机及相应的采集程序,测量原理如图5所示。
热电偶选择铜-康铜热电偶,该类型具有灵敏度高、稳定可靠、抗震抗摔、互换性好、价格低廉、适用于远距离测温等优点,并且在(-35～100) ℃温度范围内的线性及一致性都较好,是目前实验室测量中最常用的热电偶类型。为了解轴承的工作情况,更准确地测量轴承气膜的实际温度,在轴承座和波箔的中分面上沿圆周方向上打5个通孔,使热电偶探头能穿过波箔,处于平箔与波箔之间。与文献[4,5]的测量方法相比,该种测量方法测量的温度能较为快速精确地反应出波箔轴承中气体的温度。
4 实验台调试及测量
4.1 位移测量结果
4.1.1转子位移频谱分析
将转速为30 000 r/min时测量的轴端位移信号进行FFT变换,水平方向和垂直方向的频谱如图6所示。其一阶振动频率为500 Hz,频谱分析结果显示水平方向和垂直方向的位移均以一倍振动频率为主,2、3倍频对应的振幅较小,说明转轴不平衡质量小,安装的对中精度较高[6]。
4.1.2轴心轨迹提取方法
为了提取转轴的轴心轨迹,先采用FFT来实现将转轴x方向和y方向的振动信号分解成若干个不同频率的振动分量,再将若干个感兴趣的振动频率进行叠加,合成轴心轨迹进行分析[7]。为了说明问题,以x方向为例,设有限长振动信号样本x(t),样本长度为t,经过A/D采样后,形成离散数据列x[nΔt], Δt为采样间隔,样本的数据点数为N,则归一化的离散形式可写为:
undefined(1)
其第k个数据可写成如下形式:
undefined(2)
在满足采样定理的条件下,可以表示x(t)中频率为K/T的简谐分量xk(t),表示为:
xk(t)=xAkcos(2πkt/T+φxk) (3)
其中,undefined为幅值,φxk=arctg(XIk/XRk)为相位角。因此,x(t)可以写成简谐函数形式:
undefined(4)
同理,y(t)用简谐函数形式表示为:
undefined(5)
其中,undefined为幅值,φyk=arctg(YIk/YRk)为相位角。
4.1.3 轴心轨迹
测量转速分别为18 000 r/imn和36 000 r/imn时轴端的相对位移。水平和垂直方向的电涡流传感器采样频率均为10 000 Hz,符合采样频率条件。通过数据采集卡采集后按上述实验数据分析方法进行分析,并将振幅最大的3个简谐分量叠加,其轴心轨迹如图7所示。结果表明转轴在高速转动情况下仍保持良好的轴心轨迹,并且轴端的振动幅度较小。
4.2 摩擦力测量结果
摩擦力的大小通过力传感器进行测量,测得启动过程的摩擦力如图8所示。转轴在刚启动时,由于转轴与平箔直接接触,因此,转轴和轴承之间发生干摩擦,摩擦力将随着转速的升高而升高。当转速起飞转速时,在轴颈与平箔之间形成润滑气膜,摩擦状况从之前的干摩擦转变为气体润滑,摩擦力大大减小,并且在气体润滑时的摩擦力处于一个相对稳定的值。启动过程中的最大摩擦力为0.32 N,形成润滑气膜后,摩擦力为0.077 N,摩擦力降幅达到75.9%。从启动到摩擦力矩最大所需时间为1.57 s,变频器的加速时间为9.5 s,即表示在9.5 s内转轴将从0 Hz线性加速到500 Hz,经过换算,本实验用的波箔气体轴承起飞转速为4 983.2 r/imn。
4.3 温度场测量结果
轴颈转速为30 000 r/imn,在轴运转过程中,逐次增加载荷,载荷大小分别为1.168 kg,2.148 kg,2.673 kg和3.218 kg,波箔轴承中分面处沿圆周方向的温度分布如图9所示。从测量结果可以看出,轴承中的温度随着载荷增加而增高,当载荷较大是,增加单位载荷引起的温度升幅也增大;沿圆周方向,温度先升高后降低,温度在轴承承载区达到最大,轴承自由端温度略低于负压区的温度。
5 结论
1) 设计的实验台将待测轴承安放在轴的端部,结构简单,装卸方便;
2) 在重力的作用下,垂直方向的振幅大于水平方向,轴心轨迹清晰,近似于椭圆。轴的最大振动幅度不超过5 μm,振动幅度远小于设计的半径间隙,满足了波箔气体轴承的实验要求。
3) 波箔轴承启动力矩、温度场测量装置精度高、响应快,满足实验要求。
参考文献
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[2]Tae Ho Kim,Luis San Andrés.Thermohydrodynamic Model Pre-dictions and Performance Measurements of Bump-Type Foil Bear-ing for Oil-Free Turboshaft Engines in Rotorcraft Propulsion Sys-tems[J].ASME,J.of Tribology,2010,132:011701-1-11.
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[4]Tae Ho Kim,Luis San Andrés.Thermohydrodynamic Model Pre-dictions and Performance Measurements of Bump-Type Foil Bear-ing for Oil-Free Turboshaft Engines in Rotorcraft Propulsion Sys-tems[J].ASME,J.of Tribology,2010,132:011701-1-11.
[5]刘立强,熊联友,候予,等.透平膨胀机气体轴承多功能实验台[J].真空与低温,1998,4(2):100-103.
[6]陈长征,胡立新,周勃,等.设备振动分析与故障诊断技术[M].北京:科学出版社,2007.
实验台设计 篇8
关键词：发动机,电控系统,故障模拟实验台,维修技能
0 引言
随着汽车电子化、智能化和集成化的发展,汽车发动机电控技术在给发动机带来精确性、稳定性、经济性和环保性的同时,也使发动机故障诊断的难度增加了,维修人员单凭经验进行故障诊断已难以满足当前的实际需求,这就要求借助发动机电控系统故障模拟实验台对故障进行有效诊断及控制,以提高对汽车发动机故障处理的准确性和有效性。
1 发动机电控系统结构及实验台总体设计
1.1 发动机电控系统结构
发动机电控系统通常由传感器、电控单元(ECU)以及执行器组成,其结构如图1所示。传感器的功用是采集各种信息;ECU负责分析处理传感器采集的各种信号,并向执行器发出控制指令;执行器的功用是根据ECU的指令完成具体操作动作。
1.2 实验台设计思路
目前,我国的发动机电控系统故障模拟实验台主要是开关控制式。开关直接设置在电控发动机通往各传感器、执行器、电源和接地的线路中,通过切断线路来设置故障。一般的开关式故障实验台具有故障率低和修复简单的优势,但其功能较少,模拟故障现象个数有限,且影响故障真实感。因此,在设计发动机电控系统故障模拟实验台时,考虑将发动机技术与单片机控制技术相结合,借助发动机实物,外加一个控制系统进行故障的设计和模拟,其中,故障模拟机构、单片机、控制键盘和数码显示器共同构成了控制系统。该故障模拟实验台可实现对维修手册中所列故障的维修,同时还可对行车过程中传感器常见的故障进行分析和模拟,接近于行车实际。此外,故障模拟实验台还增加了电路原理图检测板,并在单片机的作用下实现了在线编程,进而实现了对实验台控制参数的有效检测。
1.3 设计要求
在汽车发动机电控系统故障模拟实验台的设计中,要保持发动机的性能不变,实验台需保证与原车线路相同的电阻值,要选择具有良好绝缘性能的导线接头,以免其在运行过程中出现短路;要对频率和振幅较大的线路进行必要的屏蔽,以免各线路间出现相互干扰现象;要能提供相应的数据支持,以便对发动机进行相应的故障定量分析;要能将发动机的电控系统结构呈现在实验台上。
2 模拟实验台故障的实现
为了实现对进气压力传感器故障的模拟,通过串联在传感器端子间的继电器开关实现信号线开路故障的模拟,这样在断开开关的情况下即可模拟信号不准的故障。在开关以及人工调节的可变电阻的帮助下,可实现进气压力传感器输出信号的模拟,这样就形成了一个类似传感器模拟仪的设备。冷却液温度传感器故障的模拟也是借助串联在冷却液温度传感器端子之间的继电器开关控制信号线开路来实现的。即在断开开关以后,可以实现对冷却液温度信号不良故障的模拟,而人工连续调节可变电阻器,可实现冷却液温度信号的连续模拟。本设计中的发动机电控系统故障模拟实验台可以实现数十种故障的模拟和设置,并且故障模拟实验原理类似、操作简单。
3 发动机电控系统故障模拟实验台控制电路的设计
3.1 控制电路的硬件设计
对系统进行分析和研究,需要设计合理的电路原理图。实验台控制电路主要由键盘输入电路、键盘扫描译码控制电路、故障编码显示电路、故障码线路选择控制电路及继电器驱动电路组成。
键盘输入电路由10个数字键以及“确认”和“复位”键组成;键盘扫描译码控制电路由4线-16线译码器、8反向线驱动器等多个元件组成;故障编码显示电路包括1个译码器和2个锁存器,单片机根据键盘输入的故障码进行译码,结束后将其传送给显示器进行数据锁存,而进行锁存的故障码数据都是LED数据;故障码线路选择控制电路是由4线-16线译码器和8反向线驱动器共同组成,在通过键盘输入故障码以后,进行数据的转化运算并输出控制参数,然后借助译码器进行译码处理,再经过反向电流放大后将其传送给继电器的驱动电路;继电器驱动电路主要由2个驱动器组成,并且该驱动器具有高电压和大电流的特点,继电器线圈主要负责控制电平的转换以及驱动电流的放大等任务,同时,在多个继电器的作用下实现对整个控制系统线路的切换,从而完成发动机的故障设置。
3.2 控制电路的软件设计
就软件设计而言,当开机上电复位默认的电路处于正常运作状态时,其故障码为00,这时开关处于全部闭合的状态。为了确认是否有键按下,并确定被按的键,需要借助循环扫描检测方式。在电控系统中,抗干扰能力是整个系统运行的关键,在实验台中需要进行按键识别的延时消抖动处理,以确保按键识别的可靠性。由于是2位数的故障码显示,因此在软件中以设置“10位数标志”的方式进行键盘输入数字位数的识别,以完成故障码的正常合成以及显示。
软件设计是发动机电控系统故障实验台设计的关键,对故障的设定起着关键作用,因此,需要根据系统的特点,采取合理的软件设计方案,进而为系统的正常运行创造有利的条件,实现系统的高效稳定运行,以最大限度地提高其故障分析和诊断的准确性。
4 结语
在完成发动机电控系统故障模拟实验台的设计后,需要进行相应的安装和调试工作,以直观显示和检测各种故障对发动机的影响。使用该实验平台进行故障设置和诊断分析,能准确把握发动机电控系统传感器、执行器以及ECU的工作情况,并可观察故障现象。通过记录实验数据,可实现对相似故障的控制,从而为各种故障的处理提供可靠的实验依据,进而为电控系统的可靠运行奠定坚实的基础。
参考文献
[1]李立斌,赵文龙,赵昨喜.电控发动机故障模拟实验台实验分析[J].小型内燃机与摩托车,2009(4)
[2]解梅,黄银娣,张振军.电控发动机故障模拟实验台的设计与实验研究[J].汽车电器,2005(7)
实验台设计 篇9
一、充分利用多媒体手段增加演示实验的可见度
有的演示实验效果明显, 学生易于观察到实验现象, 从而总结结论或验证所学知识, 如在做“探究压力作用效果的影响因素”实验时, 实验器材直观, 现象明显, 学生可根据实验现象直接得出结论。但是, 有的演示实验现象细微, 教师只能在讲桌上进行演示, 后排学生看不清楚实验现象, 这就增加了学生在理解过程中的难度, 直接影响教学效果。利用投影器将演示现象放大, 使其在银幕上清晰地显示出来。这样既有利于学生观察思考, 又缩短了观察时间。如在做“磁体周围存在磁场”的实验时, 将磁体和小磁针放在实物投影上, 学生通过大屏幕就可观察到小磁针的指向发生了偏转, 从而认识空间磁场的存在和分布情况。有的演示实验在特定的条件下不能完成, 如在做光的色散实验时, 在没有自然光的前题下, 就可以用多媒体的幻灯机作为光源, 将色散后的光谱投到大屏幕上。
二、利用已有经验创造性地设计实验
在教材中有的教学内容没有配套的演示实验, 教师可根据生活经验自己创造性的设计实验, 还可以用自制仪器模型增强演示效果, 增大演示可见度。例如, 在进行“分子间存在引力和斥力”的教学时, 可用调配好的肥皂水吹泡泡, 在自制的铁圈上缠上绵线浸肥皂水演示分子间存在引力, 用乒乓球和弹簧自制教具演示分子间的作用力和分子间的距离等。在学习“潜水艇的工作原理”内容时, 教师就可以利用身边的物品如药瓶、软胶管、口服液吸管、铁块和502胶, 自制一个潜水艇模型, 演示其工作原理。
三、将实验有机结合再重组
中学物理实验教学从其教学组织形式来说, 可分为教师的演示实验、学生边学边实验、学生分组实验和课外小实验四种类型。各种类型的物理实验, 具体形象地展示了物理知识的形成和发展过程, 为学生的学习提供了丰富的感性材料。弄清各类实验的特性和作用, 并把它们有机结合起来, 使它们在培养学生能力上发挥最佳功能。因此, 可以创造性地将演示实验变为边学边实验, 使每一个学生都参与到实验中来, 体验实验带给我们的收获。例如, 在学习“物质质量”时, 就可以把天平发给学生, 使其认识天平的结构, 知道天平的使用方法, 会使用天平测物质的质量。在学习“平面镜成像”的内容时, 可以用现有的实验室器材, 自制底座和支架, 学生分组进行实验, 增加实验的可操作性和直观性。学生边学边实验。
物理是一门以观察、实验为基础的自然科学, 物理规律都是在观察和实验的基础上, 认真总结和思考得来的。教师要尽一切可能, 在物理课堂上为学生展现出丰富多彩的物理现象和活生生的物理情景, 不仅可提高物理教学效果, 还可提高学生的实验素质, 有助于培养学生的创造性学习能力。在实验探究活动中, 让学生通过实验得出的结论所产生的效果是不能用语言来替代的, 所以说实验是最丰富的语言。
实验台设计 篇10
液压泵、马达作为液压系统的动力元件和执行元件,是整个液压系统的心脏,其性能直接影响着整个液压系统的性能。因此,对液压泵、马达进行精确的性能测试,是辨别产品优劣、改进结构设计、提高工艺水平、保证系统性能和促进产品升级的重要手段。但是液压泵、马达性能测试设计的参数多、精度要求高,并且有些参数需要间接处理,另外测试过程中还有很多相关条件需要保障,传统的测试方法很难满足性能测试越来越高的要求。因此,近年来液压泵、马达性能测试逐步淘汰了传统的仪表加人工的测试方法,转向运用新型的液压泵、马达计算机辅助测试方法,即液压泵、马达CAT(Computer Aided Testing)系统。液压泵、马达计算机辅助测试系统结合了最新的液压技术、测试技术、可靠性技术、最先进的计算机技术,以及数字信号处理方法和现代控制理论。
1 液压检测实验台的设计
1.1 系统组成
本实验台主要用于检测BM系列液压马达在不同负载下的转速和转矩。液压马达的加载测试系统如图1所示。各元件的选型可以根据被试的具体液压马达型号确定。
1.2 工作原理
该实验台系统共包括3个子系统,其工作原理如下:
1)马达的供油系统。工作时,被试马达的油液由液压站高压柱塞泵(比例泵提供,在控制室内调节比例泵控制器即可对高压柱塞泵进行变量控制,采用比例泵的作用是为了满足不同被试液压马达的流量需要电磁换向阀用于改变马达的进油方向,电磁比例溢流阀用于改变马达的工作压力。
1.比例泵2.被测试液压马达3.转速转矩仪4.加载马达5.整流阀组6.电磁比例控制阀7.辅助泵8.定量辅助泵9.电磁换向阀10.电磁溢流阀
2)马达的加载系统。液压马达的加载由液压马达实现。不同的加载值由加载泵不同的输出流量和不同的加载压力完成,调节电磁比例溢流阀的电流即可调节系统的加载压力。由于液压马达的旋转方向要求能够改变,因此采用加载马达。节流阀组的作用是不论液压马达如何改变旋转方向,都可以通过辅助泵向加载马达的低压侧供油。
3)信号采集系统。系统的传感器测出液压马达的输出转速、输出扭矩、输出功率。同时,由相应的传感器测得马达的工作压力、加载压力、各种流量和温度信号。上述各种传感器测得的信号,一路发送给二次仪表进行数字显示;一路通过相应的接口电路输送给计算机,由专用软件进行处理,并自动打印液压马达的测试报表。
1.3 液压元件的选型与计算
被测马达的技术参数,如表1所示。
1.3.1 液压泵的选择
在整个检测实验台中液压泵主要是给被测试液压马达供油,所以必须满足表1中的被测试液压马达的技术参数要求。
1)确定液压泵的最大工作压力。在本液压系统中,液压泵的系统压力应小于液压泵的最大工作压力PP与液压泵出口到液压执行元件的总压力损失之和,则
式中P—液压系统的压力(MPa);
∑∆P—液压泵出口到液压执行元件的总压力损失(MPa)。
∑∆P的精确计算要待元件选定并绘制出管路图后才能进行,初算时可按经验数据选取。
2)确定液压泵的流量。在本液压系统中,被测试液压马达的最大流量Qmmax应小于液压泵的流量PQ,即
式中k—系统泄漏系数,一般取k=1.1~1.3,这里取1.1;
Q—液压系统的流量(L/min)。
3)确定液压泵的规格。为使液压泵具有一定的压力储蓄,所选择液压泵的额定压力应比求得的液压泵的最大工作压力大25%~60%,这里按25%计算,则系统中所使用的液压泵的额定压力P0为P0≥1.25PP。根据液压泵的流量范量PQ和液压压力P0,并结合本液压系统的特点,可选用A7V78MA型斜轴式轴向柱塞泵/马达。A7V78MA型斜轴式轴向柱塞泵/马达具有柱塞侧向力小、缸体摆角较大、配油盘分布圆直径小、转速高、自吸能力强、耐冲击好、效率高、易于实现多种变量型式等优点。辅助泵和定量辅助泵主要是在加载马达转速在200~100r/min低速加载时,对加载马达进行供油,并结合本液压系统的特点,可选用25SCY14-1B型斜盘式轴向柱塞泵和25MCY14-1B型斜盘式轴向柱塞泵。这两种液压泵具有结构简单、体积小、质量轻、效率高、自吸能力强等特点。
1.3.2 液压泵驱动电动机的选择
液压泵驱动电动机的选择是根据液压泵的驱动功率进行选择的液压泵、辅助泵和定量辅助泵的驱动电动机型号是YVP280S-4变频调速三相异步电动机、Y2-225S-4E三相异步电动机和YD200L2-8/4变极多速三相异步电动机。
1.3.3 液压控制阀的选择
液压控制阀选择的主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量,其它还需要考虑阀的动作方式、安装固定方式、压力损失数值、工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格。
1)溢流阀的选择。选择溢流阀时,首先应注意按液压泵的最大流量选取,使液压泵的全部流量能够回油箱。通常溢流阀的公称流量比管路系统实际通过的流量大一些,必要时允许通过溢流阀的流量超过公称流量的20%。考虑动态特性及保持必要的压力储备,溢流阀的压力应大于液压泵的最大工作压力。因此,在本系统中所选用的溢流阀的型号为Y2D1I2-32C20和Y2-HC20。
2)电磁比例控制阀。选择电磁比例溢流阀时,首先应注意按液压泵的最大流量选取,使液压泵的全部流量能够回油箱。通常溢流阀的公称流量比管路系统实际通过的流量大一些。必要时允许通过溢流阀的流量超过公称流量的20%。考虑动态特性及保持必要的压力储备,溢流阀的压力应大于液压泵的最大工作压力。因此,本系统中所选用的电磁比例溢流阀的型号为BYM-G20型比例溢流阀。
3)电磁换向阀。选择电磁换向阀时,首先应注意电磁换向阀的最大流量是泵输出的实际流量QP。因此,本系统中选用的电磁换向阀的型号为BYM-G20型,比例溢流阀的型号和参数DSC-03-3C4-50电磁换向阀。
1.4 液压辅助元件的选择及计算
1.4.1 管道尺寸的确定
管道内径d的计算可按
式中A—软管的通流截面积(cm2);
Q—管内流量(L/min);
v—管内流速(m/s),通常软管的允许流速v≤6m/s,取4m/s。
所以,选择及计算的液压系统中管路内径尺寸的选择如下,即
1.4.2 液压管的选择
根据工作压力和计算的管道内径,选择软管的尺寸规格。选择时注意:高压软管的工作压力对不经常使用的情况可提高20%,对于使用频繁经常弯扭者应降低40%;软管在通入压力油后,长度方向将发生收缩变形,一般收缩量为管长的3%~4%。因此,在选择管长及安装时应避免处于拉紧状态。
高压软管是以钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的橡胶软管,用于压力油路。低压软管是以麻线或棉线编织体为骨架的橡胶软管,用于压力较低的回油路和泄油管路中。为了选材方便,系统中选用的软管均为锥密封钢丝编织软管总成。
1.4.3 其它液压辅助元件的选择
根据工作压力和过滤精度的要求选择滤芯材料,按所要求的流量及选择的滤芯材料来确定过滤面积。由于系统中使用的过滤器是吸油过滤器,所以选用的过滤器型号为ZU-H25×20S。
1.5 油箱的设计
油箱在系统中的功能,主要是储油和散热,也起着分离油液中的气体及沉淀污物的作用。
油箱有效容量一般为泵每分钟流量的3~7倍。对于行走机械,冷却效果比较好的设备,油箱的容量可选择小些。对于固定设备,空间、面积不受限制的设备,则应采用较大的容量,如冶金机械液压系统的油箱容量通常取泵每分钟流量的7~10倍;锻压机械的油箱容量通常取泵每分钟流量的6~12倍,即
式中Q—油箱内液压油的体积;
Qmmax—液压泵每分钟流量。
油箱的尺寸的高、宽、长之比为(1:1:1)~(1:2:3),油面高度达油箱高度的0.8时,油箱靠自然冷却使系统保持在允许温度下时,则油箱体积可用以下近似公式计算,即
式中A—油箱散热面积(m2);
V—油箱体积(m3)。
2 结论
BM系列液压马达检测实验台具有测试范围广、自动化程度高、操作方便、测试准确等优点,不仅可以检测BM系列马达,也可以检测其它排量相同的液压马达。本测试装置改变了液压马达按液压泵的工况进行实验形式,虽然系统有些复杂,但是测试状态真正能够按照液压马达的工况测试,实验结果切实反映了液压马达的工作特性。系统采用电磁比例溢流阀和比例泵,测试操作人员可在控制室内通过操作比例控制器对液压参数进行连续远程控制或程序控制。因此,系统可以实现远程遥控,控制精度高,应用范围广,自动化程度高。
参考文献
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综合设计性实验 篇11
关键词：综合设计性实验 本科教学 水文与水资源工程
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0147-01
实验教学是教学过程的重要组成部分，同时又有其独立的组成体系。相对理论教学，它具有直观性、实践性、综合性、探索性和启发性，对于培养学生的综合素质和团队精神有着不可替代的作用[1-2]。在以往的教学工作中，实验教学的教学目标一直是为了加深学生对课堂所学的理论知识的理解和掌握，因此对于实验的设备认识以及实验技术的使用都是以验证理论为目的，内容与过程也是为了实现验证[3]。这种实验教学虽具有直观、验证、加深理解和巩固知识的功能，也有培养实验技能的作用，但单纯的技能操作模式不符合教学规律，教学模式陈旧，缺乏学科交叉性，已不能满足21世纪本科实验教学的需要。这些是造成目前学生综合素质差的一个重要原因。因此，如何优化实验教学内容，开设综合性设计性实验已成为本科教学实验改革的必然趋势。
综合实验之所以要有设计性是因为要将实验的准备工作与设计方案工作交到学生手中让他们做设计的主人，在做好这些前提性工作以后让他们学着自己去确定所需的设备规格，实验材料，使用合适的实验技术，最后完成实验报告并总结实验成果及存在问题。在水文与水资源工程专业本科教学中开展综合设计性实验更能增强学生对所学专业的兴趣，对知识体系的掌握具有事半功倍的作用。
1 综合设计性实验的实施方案
1.1 实验内容的选择
选题合适与否直接关系到整个实验过程最后会起到什么样的作用，提高实验教学的整体效果。所以说这种模式的实验一开始的主题确定是最关键的一项工作。选题必须要紧扣教学目标的实现，同时还要体现出与时俱进的精神，以学生已掌握的专业知识为基础。对于实验层次的要求可适当高于所学专业知识，有利于学生将已学过的知识系统化和实用化，启发学生探究学科理论。
由于综合性实验是由多种实验技术、实验手段和多层次实验内容组成的，所以优选实验内容，选择理论与实际结合紧密的课题是实验改革的关键。另外，学生可根据水文与水资源工程专业特点选择一些自己感兴趣的问题，寻找典型区，通过特征指标的水样和土样测试，对实验结果进行分析，总结归纳实验方法，研究这些问题的发生、发展过程及产生机理。
1.2 查阅文献
学生选好课题后，由老师提出相关要求，通过图书馆藏书及网络进行有目的的文献查阅工作，并安排实验指导教师与学生及时沟通，以保证在实验过程中遇到问题能及时作出调整，并最终保证设计实验的顺利进行，更好地完成实验设计。
1.3 设计实验方案及操作
这一阶段要求学生对所查阅的文献资料进行归纳总结，制定出集中实验方案并比较各种实验方案后确定最佳方案，列出实验药品和仪器清单。学生根据自己提出的实验方案，准备好仪器和药品，独立进行实验操作，在实验中遇到的反常现象和问题，由老师指导，学生独立思考并提出解决方法。通过这一过程使学生对整个实验过程更加明确，目的性更强。
1.4 实验总结
这一阶段学生已完成了实验操作过程，有了相应的实验结果，通过整理原始数据，分析实验结果，总结实验过程，讨论影响实验的关键因素，按照要求和格式编写完整的实验报告，并上交给老师审查。
2 实例—— 不同介质对伊通河水净化的试验研究
在本科野外认识实习过程中，学生发现伊通河不同区段水质存在较大的差异，伊通河水体污染对周边地下水水质产生影响。首先，通过调研区域水文地质条件，测量河水及井水水量水质各项相关指标，分析判断污染源对区域水量及水质的影响范围及程度;然后通过土柱模拟实验分别测定土的干容重、渗透系数（达西定律）、给水度（原柱）、颗粒分析、给水度（原柱）及水化学实验进行水样分析，测定水样的pH、电导率、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-、NO3-、NO2-、NH4+、Fe3+、Mn2+、F-等，了解河水的水化学成分，得到不同介质对污水的过滤净化能力的范围，运用多种方法进行水质评价，更全面的了解伊通河污染现状及不同介质对伊通河水的净化能力。最后，应用实验数据通过计算机软件模拟水质变化过程并进行长时间序列的预测分析。
3 实施效果
近年来，许多院校引进国外先进教学经验，开展启发式、讨论式等教学方法，收到了良好效果。但是，部分院校在实践教学中始终沿袭以教师为中心的单纯的技能操作模式。综合设计性实验通过多种手段研究，学生们一方面对各门专业课程特点之间融会贯通，对研究问题的方法有所了解，另一方面与生产实际相结合，直接解决生产中的一些问题。这种新型的教学模式主要有以下优点。
（1）有利于增强主动学习意识。在实验项目的设计、实施、评价、考核等过程中，提高了学生的学习兴趣，充分发挥其潜在的发现问题、解决问题、总结问题的能力，改变以往被动简单执行常规操作的局限性。
（2）培养学生的创新意识与能力。该文提到的实验模式，使学生发现理论学习中的问题，培养学生发现问题解决问题的能力，增强学生实验研究的兴趣。打破常规思维的束缚，最终实现创新能力的提高。
（3）提高学生的团体合作意识。在这种类型的实验模式中，学生需要共同合作，设计实验方案、互相配合搜索资料、互相帮助落实实验策略、实验备品及及仪器等环节中密切合作、高效快速解决实验问题、取得好成绩而共同努力。学生间、师生间沟通具体充分，可发挥学生的交流潜能。
参考文献
[1] 蔡莉莉，胡德志，彭涛.综合设计性实验对学生创新能力的培养[J].华北科技学院学报，2009，6（3）：91-93.
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实验台设计 篇12
1 机械结构总体设计
实验台能够满足所有汽车厂商不同后视镜的尺寸要求, 为了能够将不同汽车后视镜固定在实验台上, 为此我们采用了在后视镜固定基座上打孔, 螺钉紧固的方法固定测试后视镜。基座打孔位置参考厂方提供的后视镜型号尺寸。为了让后视镜在设定好的位置自动旋转, 我们在工作台上加装了伺服电机, 由于实验温度分别为-40℃、+23℃±5℃、+55℃三种不同温度, 因此需要将实验台放入恒温设备中进行各项实验。无论是在机械结构还是硬件线路上都要经得起高低温的的考验, 特别是传动环节, 我们最后采用了伺服电机直接驱动, 确保了传动稳定性, 并且有一定的传动容错性, 这给具有较大冲击负载的耐疲劳实验提供了性能保障。
在测试过程中, 探测后视镜旋转位置时, 我们使用了霍尔传感器探测后视镜的旋转位置, 使用霍尔传感器的好处就是非接触探测, 不会因为后视镜的卡位冲击对探测器件造成信号不稳定因素, 也使硬件线路设计起来更加简单, 降低了成本。本系统机械结构简单、可靠。机械部件包括:工作电机、待测后视镜、后视镜固定板、后视镜拨杆及其支架、分别位于旋转极限位置的两个霍尔感应装置等。工作时, 工作电机转动带动拨杆推动后视镜转动实现后视镜正、反方向运动。
2 电路控制系统设计
该设计中的电路控制系统包括硬件电路的设计与软件程序的设计。硬件电路由六部分组成, 分别是电源单元、电机驱动单元、控制器单元、检测单元、显示单元及编码器单元。当系统工作时, 单片机输出信号输出驱动单元, 从而控制电机的运动过程。驱动电机带动随动拨杆使后视镜转动, 在电机的转动轴上安装旋转编码器来跟踪后视镜转动的实际位置, 利用霍尔接近开关检测后视镜转动的次数, 并将检测到的数据通过显示单元显示出来。系统整体框图如图1所示。
3 硬件设计
硬件设计包括单片机最小系统设计、电机驱动电路设计、码盘信号提取信号设计、显示电路设计。下面主要讲解电机驱动电路与码盘信号提取信号电路的组成及其原理。电机驱动电路选用了由CD4011, P沟道IRF4905芯片和N沟道IRF3205设计的H桥驱动电路。场效应管具有内阻极小、开关速度快等诸多优点, 且方便加散热片。场效应管是电压驱动器件, 只要栅极电压稍高一点就能使芯片导通, 单片机P口输出的电压不太够, 所以还要增加栅极驱动电路, 可以用coms与非门, 例如CD4011, 场效应管P沟道用IRF4905, N管用IRF3205, 受到P管电流限制, 整个电路最大电流可达为74A, 满足系统的要求。
旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系如图3所示。得知旋转编码器的A相与B相的关系之后, 可通过D触发器和逻辑与门的处理 (如图4所示) 得到电机转动的信号。当电机正转的时候, A相位超前于B相位, 所以D触发器的
1脚输出始终未高电平“1”, D触发器的2脚始终输出低电平“0”。因此端口1输出方波信号, 端口2一直输出低电平。当电机反转的时候, A相位滞后于B相位, 所以D触发器的1脚输出始终未高电平“0”, D触发器的2脚始终输出低电平“1”。因此端口2输出方波信号, 端口1一直输出低电平。在结合单片机后, 通过对比检测两个端口信号的变化可区分电机的正反转。
4 软件设计
系统的软件部分使用mega16单片机作为主控芯片, 系统上电初始化之后首先进行霍尔检测, 检测后视镜是否经过安装霍尔元件的位置, 若经过则系统进入中断, 后视镜耐疲劳实验次数加1。打开电机的开关, 调节好电机的速度, 单片机检测旋转编码器输出的脉冲个数, 经过数据处理之后可以得出后视镜所处的位置, 单片机依次往复循环。整个实验进行的过程中显示部分会实时显示后视镜的位置以及后视镜转过的次数。
摘要：汽车后视镜旋转性能测试是在国家强制检测项目外, 又一考核后视镜基本性能的重要试验项目, 但缺少研制检测设备的生产厂商, 研制一种通用性强、全自动无人值守的实验设备具有重要的实用价值。文章基于国家标准和行业标准的一些要求, 设计了一套后视镜翻转耐疲劳实验台, 本实验台的机械结构设计具有很强的针对性, 后视镜夹具设计合理, 通用性强, 易于装夹和操作, 规避了由于后视镜外壳曲线不规则带来的实验困难, 完全能够达到实验要求和实验目的。