С помощью какого прибора измеряют силу

Прибор для измерения силы

Прибор для измерения силы, или динамометр – устройство, с помощью которого измеряется величина силы или момента силы. Изобретенное более 200 лет назад оно со временем постепенно совершенствовалось, становясь все более компактным, удобным и точным. О том, что собой данный прибор представляет, из чего состоит, как работает, каких видов бывает, пойдет речь в данной статье.

Измерение силы в системе СИ

В системе СИ единицей измерения силы являются ньютоны (сокращенно Н). Один ньютон – это такая сила, которая за 1 секунду способна изменить скорость движения твердого тела, имеющего массу 1 кг, на 1 м/с.

На заметку. Так как ньютон является в системе СИ не основной, а производной единицей, ее обозначение пишется с большой (заглавной) буквы, в то время как полное название – с маленькой.

Так как ньютоны являются производной единицей, то в современных измерителях они заменены на килограммы. Единственной сферой, где данную единицу измерения используют, являются лабораторные учебные приборы, применяемые в школах, средне специальных учебных заведениях.

Принцип действия и история изобретения

Первым устройством для измерения силы были изобретенные в первой половине XVIII века весы. Самый простой пружинный измеритель был сконструирован только спустя 100 лет в 1830 году английским ученым Ричардом Солтером. Вслед за измерителями механическими в первой половине XX были изобретены гидравлические приборы. Более совершенные и точные электрические динамометры появились уже во время бурного развития полупроводниковых приборов во второй половине XX века.

Самый простой измеритель силы имеет следующее принципиальное устройство:

  • Упругий силовой элемент – упругое тело, на которое напрямую воздействует измеряемая сила. Таким элементом могут быть стальная, обладающая высокой упругостью пружина, вода, различные датчики.
  • Измеряющее устройство (аналоговое или цифровое) – жидкокристаллический дисплей, круглый градуированный циферблат или шкала, по которым перемещается подвижная стрелка.

Работает самый простой пружинный динамометр следующим образом:

  1. На упругий силовой элемент – пружину воздействует измеряемая сила, вызывая его деформацию (растяжение).
  2. Растягивающаяся пружина приводит в движение закрепленную на ней стрелку, которая, передвигаясь по вертикальной шкале, регистрирует величину приложенного к концу упругого элемента усилия.
  3. После снятия усилия пружина сжимается, стрелка возвращается в исходное положение, соответствующее нулевому значению.

На заметку. Основой функционирования любого динамометра является закон Гука, гласящий, что величина возникающей в упругом теле деформации прямо пропорционально вызвавшему ее усилию.

Точность и корректность получаемых с помощью такого прибора данных гарантированы только при условии применения в его конструкции упругого тела, деформирующегося под воздействием внешней силы и принимающего после его прекращения исходное состояние.

К таким телам относятся всевозможные пружины, а также заключенные в цилиндры жидкости.

Виды приборов

В зависимости от конструкции и принципа действия, все динамометры подразделяются на механические, гидравлические, электрические. Особой категорией измерителей силы являются одноразовые датчики.

Механические (рычажные или пружинные) динамометры

Механические динамометры измеряют силу и ее момент, благодаря таким физическим процессам, как упругое растяжение и сжатие.

Основными разновидностями таких приборов являются:

  • Рычажные – в таких приборах упругим телом служит рычаг, деформация которого передается на соединенный с ним датчик или измерительное устройство;
  • Механические – это самые простые и распространенные динамометры, состоят из упругой пружины, соединенной со стрелкой, перемещающейся по круглой или вертикальной шкале, с нанесенными делениями, или датчиком, который передает электрический сигнал на электронный блок с электронным табло (монохромным жидкокристаллическим дисплеем).

На заметку. Перед тем, как измерить силу с помощью механического динамометра, являющегося по своей сущности и конструкции обычным безменом, обязательно убеждаются в том, что стрелка на круглой или вертикальной шкале расположена на значении «0». Если стрелка сбилась и показывает при отсутствии нагрузки значение больше нуля, то значит, что упругий элемент претерпел непоправимую деформацию, вызванную приложением к нему нагрузки, значительно превышающей предельно допустимую. Такой прибор уже не будет точным и со временем выйдет из строя.

Гидравлический динамометр

Гидравлический измеритель состоит из:

  • Нескольких цилиндров, внутри которых находятся подвижные штоки с поршнями;
  • Рычага, закрепленного на верхней части штоков;
  • Измеряющего устройства (манометра).

В качестве рабочей жидкости в таких измерителях применяется масло.

Работает такой прибор следующим образом:

  1. Прикладываемое к рычагу усилие через штоки и поршни воздействует на находящуюся в цилиндрах жидкость;
  2. Вытесняемая жидкость по трубкам поступает к манометру;
  3. Манометр измеряет давление поступившей из цилиндров жидкости и отображает его на круглой аналоговой стрелочной шкале или жидкокристаллическом монохромном цифровом дисплее в виде определённого значения воздействующего на рычаг усилия.

Такие приборы позволяют определять значение силы с большей точностью, чем механические аналоги. Однако, по сравнению с последними, такие динамометры характеризуются более высокой ценой, дорогостоящим ремонтом и обслуживанием, неточностью при разгерметизации цилиндров и появлении протечек рабочей жидкости.

Электрический динамометр

Электрические динамометры состоят из:

  • Упругого элемента, соединённого с реагирующим на его деформацию датчиком индуктивного, емкостного, пьезоэлектрического, вибрационно-частотного или тензорезисторного типа;
  • Усилителя поступающего от датчика электрического сигнала;
  • Электронного блока, оборудованного дисплеем.

Принцип действия такого прибора достаточно прост:

  1. Усилие, прилагаемое к упругому телу, регистрируется датчиком;
  2. Датчик посылает электрический сигнал на усилитель, который, в свою очередь, передает его на электронный блок;
  3. Электронный блок со встроенной микросхемой переводит полученный от усилителя сигнал в графическое изображение значения силы на дисплее.

На заметку. Так как такие электрические приборы, в отличие от большинства механических и гидравлических, снабжены электронным блоком и дисплеем, перед использованием их необходимо включать специальной кнопкой. Питание таких приборов осуществляется от встроенных аккумуляторных батарей. Некоторые модели можно для обеспечения питанием подключать к сети, имеющей напряжение 220 В. Устройства, имеющие разряженное питание или не подключённые к сети, включаться и работать не будут.

Одноразовые датчики

Такие датчики, в отличие от описанных выше аналогов, используются для измерения разрушительных нагрузок, имеющих огромную мощность: очень сильного удара, мощного взрыва. Однако перед тем, как потерять целостность и полностью выйти из строя, они достаточно точно измеряют и передают на расположенный на безопасном расстоянии электронный блок данные о силе, разрушившей их.

Применение динамометров

Измерители силы широко используются в транспорте, коммунальном хозяйстве, спорте и реабилитационной медицине, робототехнике, создании протезов, производстве весов, строительстве гидротехнических сооружений, испытании тяговых механизмов грузовых автомобилей, электро,- и тепловозов.

На заметку. Узнать о том, какой прибор служит для более точного измерения силы, можно на специализированных строительных, автомобильных или спортивных форумах, сайтах производителей и поставщиков подобных устройств. Также на данных информационных интернет ресурсах можно получить помощь в виде онлайн консультации по любому связанному с динамометрами вопросу.

Основными примерами повседневного использования динамометров являются:

  • Обычные весы (электронные и аналоговые);
  • Медицинские силомеры, используемые для определения усилия кистевого сжатия;
  • Динамометрические (моментные) ключи, применяемые для затяжки резьбовых соединений с определенным усилием.

Знание того, каким прибором измеряют силу, позволяет не только взвешивать различные предметы с помощью безменов и весов, но и соблюдать усилия затяжки резьбовых соединений, производить определение состояния тонуса мышц рук.

Видео

Наглядно действие такого прибора можно посмотреть в следующем видео.

Динамометр – шкала измерения, принцип действия прибора и физическая величина (7 класс)

Из курса физики в 7 классе известно, что для измерения физических величин существует ряд специальных приборов — начиная от простейшей измерительной линейки и заканчивая сложными устройствами в ядерной физике. Поскольку механика — это наука о силах, важнейшим измерительным прибором здесь является динамометр, измеряющий силу. Принцип действия динамометра напрямую связан с его устройством: наличием упругого элемента и измерительной системы.

Сила и ее измерение

Сила в механике — это мера взаимодействия тел. Сила выражает степень механического действия одного тела на другое, и именно сила является причиной изменений движения (ускорения) тел. Вне действия сил любое тело либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно.

Как и большинство физических характеристик, силы имеют величину, что позволяет их сравнивать между собой. И, поскольку действие силы выражается в сообщении телу ускорения, то единица измерения силы базируется на этом свойстве.

Единицей измерения силы в СИ принята такая сила, которая сообщает массе 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду. Эта единица называется «ньютон».

Рис. 1. Сила в физике.

Динамометр

Прибор, предназначенный для измерения силы, называется динамометр.

Однако измерять силу, исходя из ускорения, которое эта сила оказывает на тело известной массы, неудобно в практическом плане. Измеряемая сила должна действовать на какое-то тело внутри прибора, сообщая ему ускорение, — конструкция получается сложной.

Более серьезная проблема состоит в том, что измерительный прибор должен вносить минимальные искажения в измеряемую систему, а если направить измеряемую силу на создание ускорения, то работа силы будет переключена на этот процесс, что существенно повлияет на измеряемую механическую систему, в которую эта работа уже не поступит.

Поэтому для измерения силы необходимо использовать другое физическое явление — сравнение с силой упругости. Такой подход значительно упрощает измерение.

Во-первых, сила упругости может быть легко «передана» другому предмету, что позволяет «встраивать» динамометр в механическую систему. При этом измеряемая сила будет прилагаться к динамометру, а через его упругий элемент — передаваться дальше в механической системе. Искажения получаются минимальны, вся работа силы остается в системе.

Во-вторых, сила упругости большинства упругих веществ линейна в достаточно широком диапазоне. Следовательно шкала измерения динамометра получается линейной, что упрощает использование прибора.

Таким образом, динамометр должен состоять из упругого элемента и индикаторной системы, позволяющей видеть степень его изгиба. В простейшем случае упругим элементом служит обычная пружина, а индикаторной системой — обычная линейка. В более сложных устройствах упругим элементом могут быть рессоры, гидравлические и газонаполненные емкости, специальные тензодатчики. Индикаторная система может преобразовывать изгиб в движение стрелки, поворот барабана с цифрами или в цифровое представление на алфавитно-цифровом дисплее.

Рис. 2. Устройство динамометра.

В обиходе часто используются пружинные весы. По сути, такие весы являются динамометром. Хотя их шкала размечена в единицах массы, на самом деле они измеряют силу тяжести, действующую на взвешиваемое тело, оценивая изгиб пружины. Поскольку сила тяжести прямо пропорциональна массе, шкала весов получается линейной. Внимательно рассмотрев пружинные весы, можно понять, что они отличаются от динамометра только шкалой.

Рис. 3. Пружинные весы.

Что мы узнали?

Динамометр — прибор для измерения силы. Динамометр состоит из упругого элемента и измерительной системы. В простейшем случае упругий элемент — это пружина, а измерительная система — это линейка. При измерении силы упругий элемент изгибается, изгиб измеряется по шкале, проградуированной в единицах силы — в ньютонах.

ОПИСАНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ

3. ОПИСАНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ

Рисунок 1 – Гравиметр

Согласно общепринятому определению, Гравиметр (от лат. gravis – тяжелый и . метр), прибор для относительного измерения ускорения силы тяжести. Большинство гравиметров представляет собой точные пружинные или крутильные весы. С помощью таких гравиметров измеряют разности ускорении силы тяжести по изменению деформации пружины или угла закручивания упругой нити, компенсирующих силу тяжести небольшого грузика. Измерения проводятся последовательно на исходном пункте, для которого ускорение силы тяжести известно, и на исследуемом пункте. Основная трудность в создании гравиметра состоит в необходимости обеспечить точное измерение малых упругих деформации в полевых условиях. Применяются оптические, фотоэлектрические, емкостные, индукционные и другие способы их регистрации. Применяются гравиметры основанные на измерениях изменения частоты колебаний струны, к нижнему концу которой подвешивается масса, или изменения скорости прецессии гироскопических приборов вследствие различных значении силы тяжести на гравиметрических пунктах.

Рисунок 2 – Динамометр

Согласно общепринятому определению, Динамометр (от динамо. и . метр), прибор для измерения силы или момента, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчётного устройства. В силовом звене динамометра измеряемое усилие преобразуется в деформацию, которая непосредственно или через передачу сообщается отсчётному устройству. Динамометром можно измерять усилия от нескольких н (долей кгс) до 1 Мн (100 тс). По принципу действия различают динамометры механические (пружинные или рычажные), гидравлические и электрические. Иногда в одном динамометре используют два принципа. По назначению динамометры разделяют на образцовые и рабочие (общего назначения и специальные). Образцовые динамометры. предназначены для поверки и градуировки рабочих динамометров и контроля усилий машин при испытании механических свойств различных материалов и изделий. По степени точности различают образцовые динамометры 1-го, 2-го и 3-го разрядов. Динамометры 1-го разряда предназначаются для поверки образцовых динамометров 2-го разряда, которые, в свою очередь, применяются для поверки и градуировки динамометров 3-го разряда и поверки динамометров общего назначения. Динамометры 3-го разряда служат для поверки и градуировки испытательных машин и приборов, изготовляются с упругими элементами в виде замкнутых скоб, работающих в основном на изгиб, и замкнутых скоб или стержней, испытывающих деформацию сжатия или растяжения.

3.3 Прибор для измерения силы сжатия

Прибор для измерения силы сжатия — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы (см.сила) сжатия створок автоматически закрывающихся систем, таких как двери автобусов, трамваев, вагонов поездов, метро, а также двери пассажирских и грузовых лифтов, гаражные ворота, автомобильные окна, сдвигающиеся люки на крыше и т. п., которые могут, в случае неправильной юстировки, стать причиной травмирования людей. Для предотвращения подобных случаев, внедрены законодательные Предписания, которые устанавливают технические Нормы, определяющие границы сил сжатия в закрывающихся системах. Эти нормы приведены на странице[1]. Данные Нормы обязательны во всех странах Европейского союза, а также используються в США, Японии, Китае, Саудовской Аравии, Австралии и других странах мира. В России такие проверки осуществляются при эксплуатации нового железнодорожного экспресса InterCityExpress (ICE) Москва-Петербург (разработка фирмы Siemens AG и Bombardier), а также в петербургском филиале автобусной фирмы “Scania AB”. Прибор состоит из сенсора-приемника механического давления и электронного блока для преобразования, обработки, оценки и сохранения измеряемых величин. В зависимости от области применения, диапазона сил и других требований норм, наиболее известны следующие типы приборов: BIA Kl.1 – система для измерения и оценки силы сжатия дверей автобусов, трамваев, метро и железнодорожных вагонов. Диапазон измеряемых сил: от 10 до 300 ньютон (пружинная константа – 10 N/mm (Ньютон/миллиметр)). С помощью этого прибора проводится измерение силы сжатия на соответствие стандартов: 2001/85/EG (для автобусных дверей), prEN 14752 (для дверей рельсовых транспортных средств),FM100 – система для измерения и оценки сил сжатия дверей и ворот. Диапазон измеряемых сил: от 2 до 2000 ньютон, (пружинная константа 500 N/mm). С помощью этой системы проводится измерение силы сжатия закрывающихся дверей и ворот на соответствие стандартам: EN 12453/12445. FM200 – система для измерения и оценки сил сжатия автоматически закрывающихся окон, верхних люков и багажников в автомобилях. Диапазон измеряемых сил: от 2 до 300 ньютон, (пружинная константа 10, 20, 65, 100 N/mm). С помощью данной системы проводится измерение силы сжатия автомобильных закрывающихся систем на соответствие стандартам: 2000/4/EG, FMVSS 118, 74/60 EWG. FM300 – система для измерения и оценки сил сжатия закрывающихся дверей пассажирских лифтов. Диапазон измеряемых сил: от 2 до 750 ньютон, (пружинная константа 25 N/mm). С помощью данной системы проводится измерение силы сжатия внешних и внутренних дверей пассажирских лифтов на соответствие стандартам:EN 81-1, EN 953. Эти системы, совместно с универсальным, компактным электронным блоком, обеспечивают измерение сил в статическом и динамическом режимах, с погрешностью не более +/- 3,0%. Сохраненные в электронном блоке результаты измерений, далее обрабатываются на компьютере с помощью специальной программы “Pinch Pilot”.

Рисунок 3 – Амперметр

Амперме́тр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор. (Примером амперметра с трансформатором являются “токовые клещи”)

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока.

Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах — через трансформатор.

История наук, нуждающихся в измерениях, показывает, что точность методов измерений и измерительных приборов и построения соответственных измерений и измерительных приборов постоянно возрастают. Результатом этого роста является новая формулировка законов природы.

Измерения и измерительные приборы – законы явлений природы, как выражения количественных отношений между факторами явлений, выводятся на основании измерений этих факторов. Приборы приспособленные к таким измерениям, называются измерительными. Всякое измерение, какой бы ни было сложности, сводится к измерениям и измерительным приборам пространственности, времени, движения и давления, для чего могут быть избраны единицы мер условные, но постоянные или же так называемые абсолютные.

Как бы старательно ни делались измерения и измерительные приборы при повторении их, в обстоятельствах опыта, по-видимому одинаковых, всегда замечаются нетождественные результаты. Сделанные наблюдения требуют математической обработки, иногда весьма сложной; только после этого можно пользоваться найденными величинами для тех или других выводов.

Цель изучения измерительных приборов состоит в том, чтобы будущий инженер получил необходимый минимум теоретических знаний о методах измерений, устройстве и принципе работы современных приборов и электронных устройств, используемых в современной электротехнике.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Авдеев Б.Я. и др. Основы метрологии и электрические измерения. Л., 1987. – 321с.

2. Атамалян Э.Г. и др. Приборы и методы измерения электрических величин. М., 1982 – 245с.

3. ГОСТ 15094-86 Средства измерений электронные. Наименования и обозначения.

4. Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Механика. — Издание 5-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2004. — 224 с.

5. Малиновский В.Н. и др. Электрические измерения. М., 1985 – 323с.

Динамометр

Сила и ее измерение

Сила в механике — это мера взаимодействия тел. Сила выражает степень механического действия одного тела на другое, и именно сила является причиной изменений движения (ускорения) тел. Вне действия сил любое тело либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно.

Как и большинство физических характеристик, силы имеют величину, что позволяет их сравнивать между собой. И, поскольку действие силы выражается в сообщении телу ускорения, то единица измерения силы базируется на этом свойстве.

Единицей измерения силы в СИ принята такая сила, которая сообщает массе 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду. Эта единица называется «ньютон».

Рис. 1. Сила в физике.

Динамометр

Прибор, предназначенный для измерения силы, называется динамометр.

Однако измерять силу, исходя из ускорения, которое эта сила оказывает на тело известной массы, неудобно в практическом плане. Измеряемая сила должна действовать на какое-то тело внутри прибора, сообщая ему ускорение, — конструкция получается сложной.

Более серьезная проблема состоит в том, что измерительный прибор должен вносить минимальные искажения в измеряемую систему, а если направить измеряемую силу на создание ускорения, то работа силы будет переключена на этот процесс, что существенно повлияет на измеряемую механическую систему, в которую эта работа уже не поступит.

Поэтому для измерения силы необходимо использовать другое физическое явление — сравнение с силой упругости. Такой подход значительно упрощает измерение.

Во-первых, сила упругости может быть легко «передана» другому предмету, что позволяет «встраивать» динамометр в механическую систему. При этом измеряемая сила будет прилагаться к динамометру, а через его упругий элемент — передаваться дальше в механической системе. Искажения получаются минимальны, вся работа силы остается в системе.

Во-вторых, сила упругости большинства упругих веществ линейна в достаточно широком диапазоне. Следовательно шкала измерения динамометра получается линейной, что упрощает использование прибора.

Таким образом, динамометр должен состоять из упругого элемента и индикаторной системы, позволяющей видеть степень его изгиба. В простейшем случае упругим элементом служит обычная пружина, а индикаторной системой — обычная линейка. В более сложных устройствах упругим элементом могут быть рессоры, гидравлические и газонаполненные емкости, специальные тензодатчики. Индикаторная система может преобразовывать изгиб в движение стрелки, поворот барабана с цифрами или в цифровое представление на алфавитно-цифровом дисплее.

Рис. 2. Устройство динамометра.

В обиходе часто используются пружинные весы. По сути, такие весы являются динамометром. Хотя их шкала размечена в единицах массы, на самом деле они измеряют силу тяжести, действующую на взвешиваемое тело, оценивая изгиб пружины. Поскольку сила тяжести прямо пропорциональна массе, шкала весов получается линейной. Внимательно рассмотрев пружинные весы, можно понять, что они отличаются от динамометра только шкалой.

Рис. 3. Пружинные весы.

Что мы узнали?

Динамометр — прибор для измерения силы. Динамометр состоит из упругого элемента и измерительной системы. В простейшем случае упругий элемент — это пружина, а измерительная система — это линейка. При измерении силы упругий элемент изгибается, изгиб измеряется по шкале, проградуированной в единицах силы — в ньютонах.

Прибор для измерения силы

Среди многих видов измерений необходимо измерять силу удара, тяги, вращения и другие. Прибор для этого называется динамометр. Само это слово произошло от двух древнегреческих слов: δύναμις – «динамо (сила)» и μέτρεω – «метрио (измеряю)».

Измерения силы в системе СИ

Единица силы в этой системе – ньютон. Название эта единица получила в честь английского физика Исаака Ньютона. Один ньютон (1 Н) – это такая сила, которая придаёт телу весом 1 кг ускорение 1 метр в секунду и равна 102 граммам. На табло динамометров обычно вместо ньютонов указываются килограммы.

Принцип действия и история изобретения динамометра

Принцип действия прибора основан на законе физики, который называется закон Гука, открытый в 1660 году. Он гласит, что деформация пружины прямо пропорциональна силе, действующей на неё.

Первые аппараты для измерения силы появились в XVIII веке. Это весы. В XIX появились приборы с пружиной, растягивающейся под действием приложенного усилия. Позже было изобретено устройство со спиральной пружиной. Эти приборы работали на растяжение. Позже были изобретены устройства, реагирующие на сжатие.

Виды приборов

Есть разные виды устройств, осуществляющих измерение силы. Они отличаются:

  • по предельному усилию – от долей ньютона (нескольких грамм) до десятков меганьютонов (тысяч тонн);
  • по типу измеряемой нагрузки: тяговые, измеряющие силу, и вращательные, предназначенные для измерения вращающего момента;
  • по принципу действия: механические, электрические и гидравлические.

В некоторых приборах применяются сразу несколько типов датчиков, дополняющих друг друга.

Механические (рычажные или пружинные) динамометры

Это самые простые и дешёвые устройства. Точность их зависит от температуры окружающей среды.

В устройстве рычажного типа вместо пружины используется рычаг, деформация которого передаётся на табло. Пример такого устройства –автомобильный динамометрический ключ.

В пружинных приборах усилие передаётся на пружину, которая сжимается или растягивается. Это зависит от направления приложенной силы и конструкции устройства. В свою очередь, пружина передаёт сигнал на датчик и (или) табло, цифровое или стрелочное.

Самым известным прибором такого типа является базарный безмен.

Гидравлический динамометр

Принцип действия устройства гидравлического типа основан на измерении количества жидкости, вытесненной из цилиндров.

Приборы такого типа точнее, но дороже и менее надёжны.

Электрический динамометр

Состоит из датчика, который при деформации выдаёт сигнал, усилителя этого сигнала и табло. Приёмником сигнала является упругий элемент – пружина, рычаг или мембрана, передающие усилие на датчик. От типа используемого датчика виды электрических динамометров получили своё название:

  • Индуктивные. Действующим элементом этих датчиков является катушка, индуктивное сопротивление которой изменяется при попадании в активную зону металлического, магнитного или других материалов, а также изменении положения сердечника катушки. Эти датчики получили большое распространение из-за простоты и надёжности в работе;
  • Емкостный датчик. Представляет собой конденсатор из двух пластин с воздушным зазором между ними. Под воздействием давления зазор меняется, что приводит к изменению ёмкости конденсатора;
  • Пьезоэлектрические. Пьезоэлектрический эффект (от греческого πιέζω «пьезо – давлю, сжимаю)» – это появление поляризованного сигнала на диэлектрике при давлении на него. Один из вариантов использования этого эффекта – микрофон;
  • Вибрационно-частотные. Внутри этих датчиков находится струна, частота колебаний которой изменяется при изменении натяжения. Так меняется звук струны на гитаре при настройке. Кроме струны, внутри устройства находятся возбудитель, вызывающий колебания, а также приёмник, улавливающий частоту. Преимуществом является высокая точность, не зависящая от длины проводов;
  • Тензорезисторные. Название этих датчиков произошло от латинских слов tensus – напряжённый и resisto – сопротивляюсь. Действующим элементом этого датчика является полупроводниковый резистор. Сопротивление этого элемента меняется при деформации.

Ниже изображена схема включения тензорезисторного датчика.

Схема тензометрического датчика: 1 – упругое тяговое звено, 2 – рабочий тензорезистор, 3 – измерительный мост, 4 – усилитель, 5 – регистратор

Одноразовые датчики

Кроме динамометров, рассчитанных на длительную работу, есть приборы, предназначенные для однократного применения. Они разрушаются при использовании. Такие измерители применяются во многих сериях научно-популярного сериала «Разрушителей мифов» (MythBusters).

Применение динамометров

Приборы для измерения силы используются в самых разных областях жизни:

  • Измерение усилий сжатия створок закрывающихся дверей. В лифтах, метро, электропоездах и других местах применяются сдвигающиеся створки дверей. Усилие прижатия не должно превышать определённую величину, безопасную для людей, попавших между ними;
  • В спорте, а также реабилитационной медицине для измерения усилия сжатия кисти, плечевого пояса или поясницы. В боксе такие устройства измеряют силу удара;
  • В робототехнике и протезировании конечностей динамометры позволяют регулировать усилие сжатия искусственной кисти. Это позволяет удержать штангу или не раздавить яйцо;
  • Элемент весов. Позволяют взвешивать вагоны поезда, автомобили целиком или давление, оказываемое одним колесом на дорогу;
  • При постройке плотин и больших зданий такие датчики устанавливаются внутри конструкций. Это позволяет контролировать внутренние напряжения и целостность сооружения;
  • При испытаниях автомобилей, тепловозов и других тяговых механизмов. Аналогичные приборы применяют для взвешивания грузов, подвешенных на крюке мостового или башенного крана.

Приборы для измерения силы получили широкое распространение в технике, медицине, спорте, а также других областях жизни. Благодаря разнообразию типов, можно найти устройство для выполнения измерений в любых условиях.

Видео

Измерение физических величин.

Для обозначения физических величин используются буквы латин­ского и греческого алфавитов.

Скалярные величины — величины, которые полностью характе­ризуются числовым значением и единицей измерения. Например: время, путь, масса, температура, сила тока и т. д.

Векторные величины — величины, которые полностью характе­ризуются числовым значением, единицей измерения и направлением в пространстве. Например: перемещение, скорость, ускорение, сила, импульс и т. д.

Каждая физическая величина = Числовое значение х Единица измерения

Измерение физической величины:

для определения числового значения необходимо с помощью измери­тельного прибора сравнить физическую величину с однородной вели­чиной, принятой за единицу измерения.

Результат измерений физической величины = Видимый результат ± Погрешность

Пример измерительного прибора

Характеристики прибора и результат измерений

Для определения цены деления следует найти разность между двумя ближайшими оцифрованными делениями (в вышеприведённом примере 60 – 30) и разделить на количество делений (в данном случае на 6). Получаем (60 – 30): 6 = 5.

Измерительные приборы.

Название прибора, что измеряет.

Внешний вид прибора.

Примечание

Амперметр измеряет силу тока

Включается в цепь последовательно; «+» источника присоединения к «+» амперметра

Барометр измеряет атмосферное давление

Определяет давление и в паскалях, и в миллиметрах ртутного столба

Вольтметр измеряет напряжение

Включается параллельно к изучаемому элементу цепи; «+» источника присоединяется к «+» вольтметра

Весы измеряют массу тел

Перед взвешиваем обязательно уравновесьте весы.

Динамометр измеряет силу (в том числе вес)

Подвесив груз, определяем числовые значения сразу трех сил: силу упругости, силу тяжести, вес тела.

Линейка измеряет длину

Для больших расстояний можно использовать разновидность линейки: рулетку

Манометр (жидкостный) измеряет давление, отличающееся от атмосферного

Если уровни жидкости в двух коленах манометра равны, то давление газа в колбе равно атмосферному. В данном случае давление газа в колбе меньше атмосферного на ρgh, где h (м) – разность в уровнях

Металлический манометр измеряет давление, отличающееся от атмосферного

Необходимо учитывать, что манометры могут быть проградуированы в мм рт. ст., в атм., в Па

Психрометр позволяет определить относительную влажность воздуха.

Для определения относительной влажности необходимо определить показания сухого и влажного термометров и воспользоваться психометрической таблицей

Термометр служит для определения температуры

Температура может измеряться не только в градусах Цельсия (ºС), но и в Кельвинах (К) и в градусах Фаренгейта (ºF)

Секундомер измеряет время

Маленький циферблат секундомера измеряет количество минут

Спидометр определяет числовое значение скорости

Обычно спидометры определяют скорость в км/ч

Мензурка измеряет объем жидкости

Мензуркой также можно объем твердого тела неправильной формы.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий