Динамометр (силомір)- Прилад, призначений для вимірювання сил. Дія такого приладу засноване на тому, що пружні деформації пропорційні силам, що прикладаються.

На рис. 109 показаний динамометр, використовуваний у школах під час виконання лабораторних робітз фізики. Він складається з пружини 1, один кінець якої прикріплений до основи 2. До іншого кінця пружини прикріплена стрілка 3 і дріт 4 з гачком на кінці. На основу 2 нанесена шкала 5, користуючись якою можна визначити силу, що розтягує пружину. Позначка "0" на шкалі відповідає нерозтягнутому стану пружини. Цей динамометр призначений для вимірювання сил у ньютонах. Про це свідчить літера Н (або N) над шкалою.

На шкали динамометрів цифри нанесені лише проти деяких штрихів. Як же дізнатися значення сил, що деформують пружину, якщо стрілка динамометра не збігається з оцифрованим штрихом? Для цього потрібно насамперед дізнатися ціну розподілу шкали приладу (тобто на скільки змінюється значення сили, коли стрілка зміщується на один розподіл – відстань між двома сусідніми штрихами). Після цього підраховують кількість поділів між двома сусідніми оцифрованими штрихами. Наприклад, на рис. 109 між штрихами, біля яких стоять цифри 2 та 3, знаходиться 10 поділів. Отже, ціна поділу цього динамометра дорівнює (3 - 2) / 10 = 0,1 Н на поділ. Стрілка динамометра відстоїть на 4 поділки від штриха з цифрою 2. Тому модуль сил, що деформують пружину, дорівнює 2 Н + 4 · 0,1 Н = 2,4 Н.

Знайдене значення сили пружності перестав бути істинним. Динамометр, як і будь-який прилад, має похибку. У паспорті шкільного динамометра, розрахованого на вимірювання сил у межах від 0 до 5 Н, говориться, що похибка приладу пр = 0,05 Н у будь-якому місці шкали. З урахуванням похибки відліку, що дорівнює Δо = 0,05, отримуємо, що загальна похибка Δ = Δпр + Δо = 0,10 Н. Отже, справжнє значення вимірюваної сили лежить у проміжку від (2,40 - 0,10) Н = 2,3 Н до (2,40 + 0,10) Н = 2,5 Н. Коротко результат вимірювання сили можна записати у вигляді: 2,3 Н ≤ F ≤ 2,5 Н.

На малюнку 110 показано медичний динамометрдля вимірювання м'язової сили руки при стисканні пензля у кулак. Є динамометри (рис. 111), на шкали яких нанесені поділки, що дозволяють вимірювати масу тіла, що підвішується, безпосередньо в кілограмах (або інших одиницях вимірювання маси).

Коли динамометр з підвішеним тілом спочиває щодо Землі, динамометр показує вагу тіла. При цьому вага тіла за модулем пропорційна його масі (P = m · g). Це дозволяє задати ціну поділу шкали динамометра в одиницях маси, а сам прилад використовуватиме вимірювання маси.

Промисловість випускає динамометри, призначені для вимірювання сил від сотих часток Ньютона до декількох десятків кілоньютонов. На рис. 112 показано так званий тяговий динамометр.

Підсумки

Динамометр- Прилад для вимірювання сил.

Принцип дії динамометрів ґрунтується на однозначній залежності модуля пружних деформацій від модуля деформуючих сил.

Точність вимірювання сил визначається похибкою динамометра, що вказується у паспорті приладу.

Запитання

1. Що таке динамометр? На чому ґрунтується принцип дії динамометра?
2. Як зробити найпростіший динамометр і відградувати його?
3. Як визначити похибку вимірювання сил динамометром?

Вправи

1. Визначте масу гирі, показаної на рис. 109. Вказівка: модуль прискорення вільного падіння вважайте рівним 10 м/с 2 . Похибка динамометра = 0,10 Н.

2. Визначте модуль сили, з якою трактор показаний на рис. 112, тягне причіп. Вказівка: похибка тягового динамометра вважайте рівною ціні поділу між сусідніми штрихами на його шкалі.

* 3. На рис. 113 представлений сучасний цифровий динамометр із підвішеною гирей масою 2 кг. Штатив, на якому закріплений динамометр, стоїть на підлозі ліфта. Знайдіть прискорення ліфта в момент фотографування, якщо в нерухомому ліфті на шкалі динамометра були цифри 2,00, а рухомому - 2,50.

4. Візьміть кілька побутових динамометрів різних конструкцій. Визначте для кожного приладу межі вимірювання та ціну розподілу шкали. Проведіть зважування того самого тіла різними динамометрами. Порівняйте результати з урахуванням похибки вимірів.

5. Приготуйте ваги підлоги. Встановіть їх у кабіні ліфта на першому поверсі, встаньте на них і зафіксуйте показання. Натисніть кнопку верхнього поверху, спостерігайте за зміною показань ваг у моменти, що відповідають: а) початку розгону ліфта; б) рівномірному руху; в) початку гальмування перед зупинкою. Поясніть причини змін у показаннях ваги. Повторіть експеримент під час спуску ліфта з верхнього поверху на перший. Зіставте результати експериментів, поясніть відмінності.

Динамометр електронний - це пристрій, призначений для того, щоб вимірювати силу в апараті, машині, верстаті, такі прилади ще називають силоміри. З їх допомогою вимірюється сила різання та вплив на неї різних факторів, сила тяги, сила моменту, що крутить, в механізмах.

Електронний динамометр – класифікація та призначення

Ще в безтурботні шкільні рокина уроках фізики нам доводилося влаштовувати досліди з найпростішим динамометром, коли потрібно було виміряти силу, з якою вдавалося б зрушити з місця гирку чи кульку. Однак у будівельній індустрії і особливо у важкій промисловості аналогічний за дією інструмент має складнішу будову та принцип фіксування та обробки результатів. Спробуймо зрозуміти, як же влаштовані різні складні моделі «силоміра».

Динамометр складнішого пристрою підходить для вимірювання від одного до трьох показників одночасно. Саме залежно від кількості вимірюваних компонентів, розрізняють однокомпонентні, двокомпонентні та трикомпонентні пристрої. Щодо дії, за принципом якого вони працюють, розрізняють електричні, гідравлічні та механічні апарати. При свердлінні найчастіше застосовують електричний і гідравлічний динамометри, тому що вони дозволяють виміряти величину осьової сили і моменту, що крутить.

Усі динамометри мають схожий пристрій. Різець, що фіксується спеціальним механізмом, працює синхронно з пристроєм, що розподіляє силу різання на компоненти (один, два або три). Також у конструкції приладу передбачені датчики, щоб силу, яку вимірює динамометр, перетворювати на показники. Вони якраз і зчитуються пристроєм, що реєструє. Як показники виступають сили електричного струму, електрична ємність, тиск рідини, крутний момент, та інше.

Електричні динамометри поділяються на індукційні, п'єзоелектричні, конденсаторні (ємнісні) та з дротяними датчиками опору.За допомогою таких пристроїв можна заміряти навантаження під час здійснення виробничих та будівельних процесів. Виміри, у результативному вигляді, виглядають як запис на осцилограмі. Наприклад, при бурінні свердловин значення електричного динамометра дуже велике – за його допомогою відстежують силу навантаження під час спуску-підйому колони.

В основі процесів, на яких працює динамометр стиснення-розтягування, полягає принцип використання пружних деформацій інструменту, вірніше, припинення деформацій після слабшання впливу на матеріал ззовні. Виникає електрична енергія, Яку трансформують датчики з малих переміщень частинок (пружних деформацій). Датчики бувають ємнісної, п'єзоелектричної, індуктивної, електромагнітної властивості, а також датчик опору (тензорезисторний).

Що вміє електронний динамометр стиснення-розтягування?

Найпоширеніший вид електричних динамометрів – тензорезисторний. Перевага саме цього виду приладів полягає в тому, що він має високу власну частоту (кілька кілогерців). Також він дає можливість різного роду вимірювань: і динамічних, і статичних. Динамічний виглядвимірювання передбачає вивчення норм і законів, згідно з якими відбуваються фізичні процесиу об'єкті дослідження. Статичний вимір передбачає незмінність фізичної величинипід час процесу виміру.

Вище описані види датчиків, які застосовуються для роботи. Відповідно до того, які датчики використовуються в конкретному приладі, говорять про призначення всього пристрою. Широко застосовуваний тензорезисторний динамометр має у своїй конструкції пружний елемент і решітки тензорезистора. Навантаження, що впливає на пристрій, деформує їх. Від цього струми мосту опору входять у розбалансований стан і подають сигнал, який записується вторинним приладом, у якому цього є спеціальна шкала. Шкала градує у одиницях сили. Цей вид приладу застосовують у промисловості, коли потрібно виміряти силу стиснення. Також пристрій служить для перевірки силовимірювальних машин та визначення напруги у зразках.

Індукція та п'єзоелектричний ефект у динамометрах

Індукційний динамометр застосовується під час випробувань двигунів потужністю до 966 кінських сил. Цей вид приладу також електричний та малоінерційний. Охолоджується водою. Принцип дії полягає у створенні моменту, що гальмує, за рахунок дії вихрових струмів. У магнітне поле занурений металевий диск, що обертається з певною швидкістю. На ньому з'являються вихрові струми, що фіксуються тензодатчиком. Також у конструкцію входить магнітний датчик(датчик зі змінним магнітним опором), який фіксує, скільки обертів робить диск за хвилину.

П'єзоелектричні динамометри вимірюють статичні сили. Реакційними елементами є спеціальні пластинки, виготовлені із п'єзокварцю. П'єзокварц застосовується тому, що цей мінерал має відповідні властивості, створюючи прямий та зворотний п'єзоефект. У динамометрі на поверхні цих пластин утворюється електричний заряд, коли вони піддаються навантаженню. Реакція пластинок залежить від того, яке положення приймають площини розрізу по відношенню до осей кристалів залежно від того, чи впливає на них сила стиснення або зсуву.

Платівки розташовані по колу та затиснуті між двома кільцями, виконаними зі сталі. До пластинок приєднано підсилювач, який має великий опір на вході. Він перетворює заряд на електрична напруга. Для зняття заряду між пластинами є електроди. При ударі виникає електричний заряд, тому п'єзокварцеві динамометри застосовують для вимірювання ударних навантажень, особливо за підвищеної температури.

Це дозволяють властивості кварцу, який практично не має. температурної залежностіі має високий питомий електричний опір.

Динамометр електричний з дротяними датчиками – секрет роботи

Динамометр із дротяними датчиками опору також застосовується у промисловості. Особливо широке застосуванняотримав динамометр Б.І. Мухіна. Основою приладу є так званий «човник». Це квадратна пластина, яка кріпиться усередині корпусу приладу на ланках. Ланки (опори) пружні, складаються із загартованої сталі і мають форму порожнистих трубок. Вони мають наступну особливість: мають малу жорсткість щодо вектора, перпендикулярного осі, і високу жорсткість щодо вектора, паралельного осі.

Принцип дії динамометра відомий не дуже великою кількістюлюдей, власне, як і саме цей прилад. Ми виправимо це непорозуміння, склавши коротку характеристикутакого інструменту. Можливо, він міг би вирішити деякі ваші завдання, а ви про це не здогадувалися!

Що вимірюють за допомогою динамометра?

Його відносять до приладів, що вимірюють сили чи силові моменти. Промислові підприємства, на яких потрібні силові виміри, застосовують такі пристрої. Часто вони необхідні для того, щоб здійснити планові перевірки стендів, а також агрегатів, які призначені для різних випробувань.

Використовують їх при перевірках силових приладів, коли потрібно визначити сили 1 або 3 розрядів. Широко застосовуються дані прилади і як еталонні засоби за ГОСТом 8.065 і в тих роботах, де потрібно проводити калібрування.

Першим приладом, що допомагав виміряти сили, були ваги. Вперше їхнє зображення з'явилося у пресі в сімнадцятому столітті. У наступному столітті Сальтер був запропонований для подібних цілей пристрій з пружиною, за допомогою вантажу вона розтягувалася.

Був прилад із циферблатом, там вимір виконувався замкненою кільцеподібною пружиною. Вже пізніше з'явилися натиски Проні та динамометри Томсона, Броуна, Межі та Геффнер-Альтенека. Останні моделі вдосконалили, і на сьогоднішній день представилася можливість використовувати їх у багатьох галузях.

Основні елементи, які включають динамометри розтягування: силова ланка (пружний елемент) та відліковий пристрій. У силовій ланці йде безпосередньо вимір зусиль: там відбувається деформація чи невеликі коливання. З їхньою допомогою і передаються сигнали на відліковий пристрій. Такими інструментами вимірюються зусилля у таких одиницях виміру, як Ньютони та кілограм-сила.

Отже, що вимірюють динамометром, ми розібралися, тепер подивимося, як підрозділяються дані прилади за принципом дії.

Вони бувають механічними, які класифікують на пружинні та важільні, гідравлічними та електричними.. Крім таких прикладних завдань, бувають і специфічні різновидисилового приладу, наприклад, гальмівні та трансмісійні.Тепер зупинимося на кожному детальніше.

Види силомірних інструментів – як вони працюють?

Механічні інструменти такого виду діляться на пружинні та важільні.

• Ручний пружинний динамометрвлаштований так, що сила передається пружинам, вони, у свою чергу, стискатимуться і розтягуватимуться, а напрямок вже створюватимуть прикладені сили. Після стискань і розтягувань на приладі буде видно показники. Ось вони і будуть основними величинами, саме їх і реєструє.
• У важільних моделях деформація утворюється за допомогою встановленого важеля.

Принцип роботи гідравлічного приладу заснований на зміщення вимірюваної силою рідин з циліндрів. У конструкції є спеціальний циліндричний пристрій, заповнений рідиною. Коли на пристрої створюється зусилля, то рідина підходить до трубки і потім до апарату, який записує і реєструє показники. Таким нехитрим законом фізики вдалося створити досить точний прилад.

А що ж, що вимірюється динамометром електричного типу? Прилади такого виду складаються з датчиків, за допомогою яких перетворюється деформація від впливів сил в електричні сигнали. Також є і додаткові датчики, вони посилюють та записують електричні сигнали від перших датчиків.

Якщо необхідно перетворювати сили або силові моменти на деформацію, потрібно користуватися індуктивними, п'єзоелектричними, тензорезисторними і вібраційно-частотними датчиками опорів.

Коли буде створюватися силовий момент, то датчик відразу деформуватиметься, а струми мосту опорів будуть змінюватися. У електричних сигналів сили завжди пропорційні деформаціям елементів, а відтак і силам впливів. За допомогою другого датчика посилюватиметься сигнал, а показники записуватимуться для наступної обробки.

Принцип роботи гальмівного вимірювача сили ґрунтується на поглинанні потужностей обстежуваних агрегатів. Прилади такого типу відрізняються конструктивними рішеннями, тобто можуть бути встановлені в гальма різних видів. Це можуть бути гідравлічні гальма проні або електромагнітні, а за допомогою двигунів визначається потужність.

Під час роботи відбувається вплив на вал, і обертальними зусиллями або моментами, що крутять, відбувається вимірювання приладом. Найчастіше вимірюється швидкість обертань валів з допомогою тахометра.

Результати вимірювань зіставляються, знаходиться вхідна та вихідна потужності приладу. За допомогою гідравлічного гальма можна виміряти потужність на агрегатах з високими оборотами.

У приладах трансмісійного типу встановлено пристрій – тензодатчик. Він тісно пов'язаний з приводним валом, з його допомогою відбувається і вимірювання деформацій кручень. Деформації змінюють електричні опорина тензодатчику. Найчастіше такими приладами користуються на суднових двигунах.

Чому не кожен чув про динамометр?

Чому ми рідко чуємо про використання цього пристрою? Насправді це дуже специфічний прилад, і сфери його застосування не такі доступні. Наприклад, інструменти для вимірювання сили широко застосовуються там, де необхідно вимірювати необхідну потужність для стиснення стулок. Це майже всі системи, що автоматично закриваються.

Роботу таких приладів можна побачити у дверях трамваїв чи автобусів. Під контролем такого пристосування відкриваються двері у вагонах поїздів, метро, ​​вантажних та пасажирських ліфтів, гаражних воріт, автомобільних вікон, люків, що зсуваються на даху.

Якщо згадати деякі випадки з життя, то можна уявити різні травми від таких дверей. Тому при розробці будь-яких конструкцій з такими приладами створені спеціальні норми та правила, не тільки пов'язані з установками, а й з їх використанням.

При розробці розраховуються всі необхідні значеннясил стисків, особливо якщо це системи, що закриваються. Виробники враховують усі показники при конструюванні таких механізмів.

Як розвивається цей пристрій сьогодні?

Сучасна промисловість не зупиняється на досягнутому. Появи таких приладів у житті людей дозволили створювати багато корисних пристроїв, які полегшують життя Виробники використовують нові відкриття, нові технології.

Поступово старі моделі йдуть з ужитку і з'являються нові, зручніші. Так, на сьогоднішній день замість звичних механічних дедалі більше використовуються електронні силоміри. Вони відрізняються складовими елементами.

Пристрій електронних приладів містить тензодатчик, тобто силовий датчик, вимірювальні індикатори та з'єднувальні дроти чи радіоканали. Принцип роботи такого виду приладу заснований на вимірі деформацій тензометричним датчиком за рахунок впливу сил, що прикладаються. У процесі роботи утворюється електричний сигнал, повністю прямо пропорційний до повідомленої деформації. Отримані показники є силовими величинами.

В даний час саме такими приладами користуються в багатьох промислових галузях для перевірки випробувальних машин, або стендів. Тому виробники намагаються випускати частіше такі прилади, призначення яких – визначати як змінюються, а й статичні сили розтягувань і стискань.

Остання модель вимірювального приладу СІУ2 та СІУпрацює саме за допомогою інструменту стискань. Їх застосування найбільше затребуване на підприємствах, де необхідно проводити перевірки випробувальних конструкцій.

Прилади та пристрої, призначені для вимірювання сил чи моменту, мають загальна назва- динамометри (див. http://tpmarket.ru).

Група даних технічних пристроївє досить численною, проте їх відрізняє конструкція, різноманітність умов застосування та принцип дії. У конструкцію динамометрів входить відліковий пристрій та силова ланка (пружний елемент).

Силовим ланкою вимірюване зусилля перетворюється на деформацію, що повідомляється за допомогою передачі або безпосередньо відлікового пристрою.

Грунтуючись на принципі дії, розрізняють гідравлічні, електронні та механічні (важільні або пружинні) пристрої. У деяких динамометрах застосовуються кілька різних принципів роботи.

У свою чергу по конструктивному виконаннюїх можна поділити на механічні та електронні прилади.

Науково-технічний прогрес перетворює абсолютно всі галузі людської діяльності, поетапно призводячи до появи нових різновидів звичних пристроїв і приладів.

Традиційні механічні динамометри з часом поступилися своїм місцем електронним, у складі яких включені тензодатчик (датчик сили), вимірювальний індикатор і з'єднувальний провід (радіоканал).

Принцип роботи електронного динамометраґрунтується на деформації тензометричного датчика при дії сили, що прикладається, внаслідок чого на виході з'являється електричний сигнал, який є прямо пропорційним повідомленої деформації.

Дані прилади застосовуються для періодичної повіркивипробувальних машин та стендів у різних галузях промисловості.

При цьому надзвичайно затребуваним є виробництво динамометрів, які призначені для прецизійного визначення не тільки тих, що повільно змінюються, а й статичних сил розтягування та стиснення.

Подібний динамометр стиснення та розтягування може бути представлений вимірювальними приладамиСІУ2 та СІУ. Вони використовуються на промислових підприємствахдля різних цілей: періодичної перевіркивипробувальних машин і стендів, для калібрування та перевірки, виступаючи в ролі еталонного засобу вимірювань.

У цілому нині вимірювальний динамометр знаходить своє застосування у наступних сферах:

1. Широко використовуються на всіляких промислових підприємствах, де виникає потреба у різних силових вимірах;

2. Застосовуються для здійснення планових перевірок стендів та агрегатів випробувального призначення;

3. Незамінні при повірці силових приладів для визначення сили 1 та 3 розрядів (як еталонний засіб для відповідності ГОСТ 8.065) та під час калібрування.