Динамометр электронный – это устройство, предназначенное для того, чтобы измерять силу в аппарате, машине, станке, такие приборы еще называют «силомеры». С их помощью измеряется сила резания и влияние на неё разных факторов, сила тяги, сила крутящего момента в механизмах.
Электронный динамометр – классификация и назначение
Еще в беззаботные школьные годы на уроках физики нам приходилось устраивать опыты с самым простейшим динамометром, когда нужно было измерить силу, с которой удавалось бы сдвинуть с места гирьку или шарик. Однако в строительной индустрии и особенно в тяжелой промышленности аналогичный по действию инструмент имеет более сложное строение и принцип фиксирования и обработки результатов. Давайте попробуем понять, как же устроены различные сложные модели «силомера».
Динамометр более сложного устройства годится для измерения от одного до трех показателей одновременно. Как раз в зависимости от числа измеряемых компонент, различают однокомпонентные, двухкомпонентные и трехкомпонентные устройства. Относительно действия, по принципу которого они работают, различают электрические, гидравлические и механические аппараты . При сверлении, чаще всего, применяют электрический и гидравлический динамометры, потому что они позволяют измерить величину осевой силы и крутящего момента.
Все динамометры имеют сходное устройство. Резец, который фиксируется специальным механизмом, работает синхронно с устройством, распределяющим силу резания на компоненты (один, два или три). Также в конструкции прибора предусмотрены датчики, чтобы силу, которую измеряет динамометр, преобразовывать в показатели. Они как раз и считываются регистрирующим устройством. В качестве показателей выступают силы электрического тока, электрическая емкость, давление жидкости, крутящий момент, и прочее.
Электрические динамометры подразделяются на индукционные, пьезоэлектрические, конденсаторные (ёмкостные) и с проволочными датчиками сопротивления. С помощью таких устройств можно замерить нагрузки при совершении производственных и строительных процессов. Замеры, в результативном виде, выглядят, как запись на осциллограмме. Например, при бурении скважин значение электрического динамометра очень велико – с его помощью отслеживают силу нагрузки во время спуска-подъема колонны.
В основе процессов, на которых работает динамометр сжатия-растяжения, заключен принцип использования упругих деформаций инструмента, вернее, прекращения деформаций после ослабевания воздействия на материал извне. Возникает электрическая энергия, которую трансформируют датчики из малых перемещений частиц (упругих деформаций). Датчики бывают емкостного, пьезоэлектрического, индуктивного, электромагнитного свойства, а также датчик сопротивления (тензорезисторный).
Что умеет электронный динамометр сжатия-растяжения?
Самый распространенный вид электрических динамометров – тензорезисторный. Преимущество именно этого вида приборов заключается в том, что он имеет высокую собственную частоту (несколько килогерц). Также он дает возможность измерений разного рода: и динамических, и статических. Динамический вид измерения предполагает изучение норм и законов, согласно которым совершаются физические процессы в объекте исследования. Статическое измерение предполагает неизменность физической величины во время процесса измерения.
Выше были описаны виды датчиков, которые применяются для работы. Согласно тому, какие датчики используются в конкретном приборе, говорят о предназначении всего устройства. Широко применяемый тензорезисторный динамометр имеет в своей конструкции упругий элемент и тензорезисторные решетки. Нагрузка, которая воздействует на прибор, деформирует их. От этого токи моста сопротивления приходят в разбалансированное состояние и подают сигнал, который записывается вторичным прибором, в котором для этого имеется специальная шкала. Шкала градуируется в единицах силы. Этот вид прибора применяют в промышленности, когда требуется измерить силу сжатия. Также устройство служит для проверки силоизмерительных машин и определения напряжения в образцах.
Индукция и пъезоэлектрический эффект в динамометрах
Индукционный динамометр применяется при испытаниях двигателей мощностью до 966 лошадиных сил. Этот вид прибора тоже электрический и малоинерционный. Охлаждается водой. Принцип действия заключается в создании тормозящего момента за счет действия вихревых токов. В магнитное поле погружен металлический диск, который вращается с определенной скоростью. На нем появляются вихревые токи, которые фиксируются тензодатчиком. Также в конструкцию входит магнитный датчик (датчик с переменным магнитным сопротивлением), который фиксирует, какое количество оборотов совершает диск за минуту.
Пьезоэлектрические динамометры измеряют статические силы. Реакционными элементами являются специальные пластинки, изготовленные из пьезокварца. Пьезокварц применяется потому, что этот минерал имеет соответствующие свойства, создавая прямой и обратный пьезоэффект. В динамометре на поверхности этих пластинок образуется электрический заряд, когда они подвергаются нагрузке. Реакция пластинок зависит от того, какое положение принимают плоскости разреза по отношению к осям кристаллов в зависимости от того, воздействует на них сила сжатия или сдвига.
Пластинки расположены по кругу и зажаты между двумя кольцами, выполненными из стали. К пластинкам присоединён усилитель, который имеет большое сопротивление на входе. Он преобразует заряд в электрическое напряжение. Для снятия заряда между пластинами находятся электроды. При ударе возникает электрический заряд, поэтому пьезокварцевые динамометры применяют для измерения ударных нагрузок, особенно при повышенной температуре.
Это позволяют свойства кварца, который практически не имеет температурной зависимости и обладает высоким удельным электрическим сопротивлением.
Динамометр электрический с проволочными датчиками – секрет работы
Динамометр с проволочными датчиками сопротивления также применяется в промышленности. Особенно широкое применение получил динамометр Б.И. Мухина. Основой прибора является так называемая «лодочка». Это квадратная пластина, которая крепится внутри корпуса прибора на звеньях. Звенья (опоры) упругие, состоят из закаленной стали и имеют форму полых трубок. Они имеют следующую особенность: обладают малой жесткостью относительно вектора, перпендикулярного оси, и высокой жесткостью относительно вектора, параллельного оси.
Динамоммемтр (от др.-греч. дэнбмйт - «сила» и мЭфсещ - «измеряю») - прибор для измерения силы или момента силы, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчётного устройства. В силовом звене измеряемое усилие вызываетдеформацию, которая непосредственно или через передачу сообщается отсчётному устройству. Существующими динамометрами можно измерять усилия от долей ньютонов (н, долей кгс) до 20 Мн (2000 тс). По принципу действия различают динамометры механические (пружинные или рычажные), гидравлические и электронные. Иногда в одном динамометре используют два принципа.
Принцип действия
Существует несколько типов динамометров: механические динамометры (рычажные и пружинные), а также гидравлические и электрические.
Механический динамометр
Существует два вида механических динамометров: пружинный и рычажный. В пружинном динамометре сила или момент силы передаётся пружине, которая в зависимости от направления силы сжимается или растягивается. Величина упругойдеформации пружины пропорциональна силе воздействия и регистрируется. В рычажном динамометре действие силы деформирует рычаг, величина деформации которого после регистрируется.
Гидравлический динамометр
Действие гидравлического динамометра основано на вымещении измеряемой силой жидкости из цилиндра. Под давлением жидкость поступает по трубке к записывающему аппарату и регистрируется.
Электрический динамометр
Электрический динамометр состоит и преобразует деформацию от воздействия силы в электрический сигнал, и дополнительного датчика, который усиливает и записывает электрический сигнал первого датчика. Для преобразования силы или момента силы в деформацию используются индуктивные, пьезоэлектрические, тензорезисторные и датчики сопротивления. Под действием силы датчик деформируется и токи моста сопротивления изменяются. Сила электрического сигнала прямо пропорциональна деформации элемента и в итоге силе воздействия. Второй датчик усиливает сигнал и записывает его для последующей обработки.
Приборы и устройства, предназначенные для измерения сил или момента, имеют общее название - динамометры (см. на http://tpmarket.ru).
Группа данных технических устройств является достаточно многочисленной, однако их отличает конструкция, разнообразие условий применения и принцип действия. В конструкцию динамометров входит отсчетное устройство и силовое звено (упругий элемент).
Силовым звеном измеряемое усилие преобразуется в деформацию, сообщаемую посредством передачи или непосредственно отсчетному устройству.
Основываясь на принципе действия, различают гидравлические, электронные и механические (рычажные или пружинные) устройства. В некоторых динамометрах применяются сразу несколько различных принципов работы.
В свою очередь по конструктивному исполнению их можно подразделить на механические и электронные приборы.
Научно-технический прогресс преобразует абсолютно все области человеческой деятельности, поэтапно приводя к появлению все новых разновидностей привычных устройств и приборов.
Традиционные механические динамометры с течением времени уступили свое место электронным, в составе которых включены тензодатчик (датчик силы), измерительный индикатор и соединительный провод (радиоканал).
Принцип работы электронного динамометра основывается на деформации тензометрического датчика при воздействии прикладываемой силы, вследствие чего на выходе появляется электрический сигнал, который является прямо пропорциональным сообщенной деформации.
Данные приборы применяются для периодической поверки испытательных машин и стендов в различных отраслях промышленности.
При этом чрезвычайно востребованным является производство динамометров, которые предназначены для прецизионного определения не только медленно изменяющихся, но и статических сил растяжения и сжатия.
Подобный динамометр сжатия и растяжения может быть представлен измерительными приборами СИУ2 и СИУ. Они используются на промышленных предприятиях для самых различных целей: периодической проверки испытательных машин и стендов, для калибровки и поверке, выступая в роли эталонного средства измерений.
В целом на сегодняшний день измерительный динамометр находит свое применение в следующих сферах:
1. Широко используются на всевозможных промышленных предприятиях, где возникает необходимость в различных силовых измерениях;
2. Применяются для осуществления плановых поверок стендов и агрегатов испытательного назначения;
3. Незаменимы при поверке силовых приборов для определения силы 1 и 3 разрядов (как эталонное средство для соответствия ГОСТ 8.065) и во время произведения калибровки.
Динамометром принято называть контрольно-измерительное устройство (прибор), который используется для измерения силы сжатия либо растяжения (в декаНьютонах), а также момента силы, измеряемого в килограммах силы.
Данные приборы существенно отличаются друг от друга по таким параметрам, как:
- функциональная принадлежность;
- предназначение;
- конструкция силового звена изделия.
Этим обусловлено то, что значение измеряемого усилия, в зависимости от модели, может лежать в диапазоне: сотая доля Н – десятки тысяч КН. Очень распространенным устройством является .
Устройство классического динамометра состоит всего из двух элементов: отсчётного и силового устройства. В процессе выполнения замера измеряемое усилие деформирует силовое звено. Значение деформации посредством электрического сигнала (вариант – путём механической его передачи) поступает на цифровое (в первом случае) или аналоговое (во втором) отсчётное устройство.
В зависимости от типа применяемого силового устройства и реализованного принципа его действия, динамометры подразделяют на:
- Гидравлические.
- Механические:
- пружинные;
- рычажные.
Динамометры механические
Пружинный механический – сила передаётся на пружину. В зависимости от назначения динамометра и направления приложения силы пружина при этом растягивается или сжимается. Возникающее значение упругой деформации пропорционально действующей силе.
Рычажный механический – в этом случае действующая сила деформирует сам рычаг. Величина полученной деформации регистрируется. Подобные приборы нельзя назвать точными. К тому же точность измерений существенно меняется в связи с изменением внешних температур.
Простейший общеизвестный пружинный динамометр, действующий на растяжение – «безмен». Простейший общеизвестный рычажный – динамометрический автомобильный ключ.
Динамометры гидравлические
Работа указанного прибора построена на принципе перемещения жидкости, находящейся в цилиндре, вовне за счёт воздействия силы, подлежащей измерению. Вытесняемая жидкость по специальной трубке поступает к аппарату, регистрирующему её количество.
Указанные приборы точнее механических аналогов, однако, существенно сложнее их в конструкционном плане, т.к. любая разгерметизация, либо неправильно выполненное дозирование жидкости, которая заправлена в прибор в процессе его изготовления, существенно сказывается на его точности.
Динамометры электрические
В указанной конструкции имеется два датчика. Один (основной) преобразует возникающую деформацию в электросигнал. Второй, дополнительный, усиливает сигнал, полученный из первого, и записывает его в ОЗУ. В качестве основных датчиков используются индуктивные, тензорезисторные, пьезоэлектрические или вибрационно-частотные. Весовая нагрузка деформирует датчик, в месте возникновения деформации возрастает сопротивление, что приводит к изменению силы тока. Последняя пропорциональна величине деформации и, соответственно, действующей на датчик силе. Модели электрических динамометров являются самыми высокоточными и обладают минимальными габаритами и весом.
Кроме классификации, приведённой выше, представленные на рынке динамометры подразделяют по их назначению на несколько больших групп, основными из которых являются:
- медицинские динамометры;
- образцовые динамометры.
Образцовые динамометры
Такое наименование присваивается эталонным приборам, главным назначением которых является измерение сил статического растяжения и сжатия, осуществляемое при проверках и ремонте испытательных машин и рабочих стендов. В состав такого динамометра входят датчик силы, который соединяется с цифровым измерителем.
В качестве образцовых механических приборов следует назвать модели ДОРМ (на растяжение) и ДОСМ (на сжатие). Говоря об электронных моделях можно, в качестве типовых, назвать модели ДОРЭ (растяжение) и ДОСЭ (сжатие).
Динамометры указанной группы практически не зависят от изменения внешней температуры, обладают встроенными механизмами самодиагностики и имеют компенсацию от боковых нагрузок, реализуемую в автоматическом режиме.
Эти приборы имеют незначительную массу и габариты, высокую точность и долговечность.
Они оснащаются пользовательскими интерфейсами, цифровыми индикаторами и возможностью подключения к ПК.
Медицинские динамометры
Данные приборы являются узкоспециализированными. Они позволяют определять уровень работоспособности, выносливость и силу человека, дают представление о состоянии его мышц, помогают контролировать ход восстановления организма после травмы.
Приборы указанной группы подразделяются на:
- становые;
- ручные (кистевые).
Кистевой динамометр
Это диагностический прибор, используя который можно определить сжимающую силу, которой обладает рука человека. Динамометр кистевой применяется для замера входной и текущей оценки состояния верхних конечностей после перенесённой травмы, либо при возникновении нарушения их работы.
Используются указанные приборы не только физеотерапевтами. Их широко используют в МЧС, армии, иных силовых структурах. А в компаниях, которые занимаются оказанием экспедиторских и транспортных услуг, в секциях разнообразных единоборств и фитнес-клубах, у лиц, занимающихся спортом профессионально, кистевые динамометры используются в обязательном порядке в целях контроля проф. пригодности.
Медицинские ручные динамометры подразделяются на механические и электронные. Типичным представителем приборов первой группы можно считать динамометры серии ДК, второй – ДМЭР. Следует отметить, что существуют специальные модели детских динамометров. Среди изделий данной группы можно назвать ДМЭР-30-0,5.
Динамометры становые
Данную группу составляют специализированные приборы, главным назначением которых является измерение сил различных мышечных групп, действие которых выпрямляет туловище человека. Приборы позволяют выполнять замеры силы всех мышц-разгибателей, отвечающих за это. Наиболее востребованными моделями динамометров данной группы являются ДС-500 и ДС-200.
В банковской и торговой сфере часто применяют .
Вам нужны очень надежные и качественные весы? Тогда выбирайте оптические вагонные весы. Подробнее в .
Хотите вести оптовую или розничную торговлю еще эффективней? Описание необходимого оборудования по ссылке.
Кистевой электронный динамометр ДМЭР-120-0,5 (медицинский)
В качестве типичного изделия указанной группы рассмотрим данную модель динамометра.
Основное назначение данного прибора – определение силы мышц руки у людей, профессионально занимающихся спортом.
Параметры динамометра:
Наиболее широко востребованными изделиями указанной группы являются медицинские ручные и становые динамометры. Изделия входят в обязательные комплекты дошкольных и школьных учреждений, спортивных секций и фитнес – клубов, медицинских реабилитационных центров и санаториев.
Динамометрами измеряют кистевой мышечный тонус у детей и взрослых с целью определения общей работоспособности и силы человека, а также для отслеживания в динамике процесса восстановления после перенесенных травм, в процессе подготовки спортсменов, для проведения динамометрии во время диспансеризации населения. Современные приборы показывают силу в деканьютонах (даН). Эта единица является аналогом килограмм-силы (кгс).
Принцип работы динамометра
Работа динамометра основывается на законе физике, согласно которому деформация, возникающая в пружине или ином упругом теле, прямо пропорциональна приложенному к телу усилию (напряжению). Данный закон носит имя Гука – английского учёного, жившего в 17 веке.
Закон Гука говорит о том, что в ответ на деформацию какого-либо тела появляется сила, стремящаяся вернуть начальную форму и исходный размер данного тела. Она называется силой упругости.
Простейший динамометр представляет собой совокупность двух устройств – силового и отсчетного!
Усилие, которое прикладывается к прибору, является деформацией его силового звена. Посредством электрического сигнала (либо механического) деформация передается на отсчётное звено, которое может быть цифровым либо аналоговым.
Единицей измерения прибора является ньютон (Н) – международная единица измерения силы.
Если весы показывают массу тела человека, то по показаниям динамометра можно судить о силе, которую человек прикладывает, деформируя приборную пружину.
Современный прибор для динамометрии - это контрольно-измерительное устройство, которое широко используют в медицине для замера у людей силы растяжения или сжатия, измеряемой в ньютонах, а также момента силы в килограмм-силах.
Конструкция устройства позволяет человеку совершенно самостоятельно измерить свою мышечную силу!
Основные виды динамометров в медицине
Первые динамометрические устройства , представлявшие собой пружинные механизмы, были созданы в середине 18 века. Пружина в них под воздействием груза растягивалась на определенную длину. Деления на шкале, показывающие удлинение пружины, соответствовали массе груза. Спустя некоторое время был изобретен циферблатный прибор с круглой пружиной замкнутого контура. После устройств с механизмами растяжения были изобретены конструкции, работающие при нажиме.
Сегодня существуют динамометры следующих типов:
- Механические.
- Гидравлические.
- Электронные.
Приборы с механическим принципом действия бывают:
- Рычажные.
- Пружинные.
Встречаются модели динамометрических приборов, в которых задействованы сразу два вида силовых устройств!
В медицинской практике чаще всего используются следующие виды приборов :
- Механический пружинный . Усилие в нём передается сжимающейся или растягивающейся пружине. Значение силы упругости при этом строго пропорционально величине деформирующего воздействия. Пружинный принцип работы применен в простейшем безмене.
- Механический рычажный. Деформирующее усилие передается в данном приборе с помощью рычага. Показания динамометра регистрируют величину деформации. На таком алгоритме действия основана работа автомобильного динамометрического ключа. Точность показаний обоих механических устройств зависит от температуры окружающей среды.
- Гидравлический. Под воздействием измеряемой прибором силы жидкость выдавливается из гидроцилиндра. Затем она проходит по трубке и поступает на записывающий датчик, регистрирующий точное её количество. Данный прибор точнее своих механических собратьев, но гораздо сложнее в изготовлении. Достоверность показаний тут напрямую зависит от точности дозирования жидкости и от качества герметичности.
- Электронный. В нём поступающее на датчик деформирующее усилие преобразуется в электрический сигнал. Кроме того, в приборе имеется ещё один датчик. Он усиливает сигнал, поступающий на первый датчик, и фиксирует его в памяти устройства.
В электронных конструкциях применяются типы индуктивных, пьезоэлектрических и других датчиков. В процессе деформации датчика сопротивление возрастает - как следствие, меняются токи. В результате, сила давления на датчик оказывается прямо пропорциональной силе передаваемого прибором электрического сигнала.
Электрический динамометр – это высокоточный, небольшой по габаритам и лёгкий по весу прибор!
Чем отличается кистевой или ручной динамометр от станового?
В медицине динамометрические устройства применяются для определения силы, оценки работоспособности и выносливости человеческого организма. С помощью этих несложных приборов можно сделать достаточно точное заключение о состоянии мышц человека.
Для медицинских целей применяются в основном ручные динамометры и становые модели приборов!
Вариант ручного динамометра определяет мышечную силу пальцев рук человека, сжимающего его своей кистью. Отсюда и второе название – кистевой. Данным прибором повсеместно пользуются физиотерапевты, чтобы оценивать в динамике восстановление мышечной силы пациента после перенесенной травмы. Кистевыми динамометрами широко пользуются в экспедиторских и транспортных компаниях при тестировании вновь принятых работников. Их применяют также в правоохранительных органах, МЧС и вооруженных силах, в организациях профессионального спорта и фитнес-клубах.
Сегодня выпускаются ручные приборы механической и электронной модификаций. Точность измерений с их помощью зависит от соблюдения человеком определенных правил при замерах.
Правила эти очень просты и состоят в следующем:
- Вторую, свободную руку надо расслабить и опустить вниз.
- Затем её нужно отвести в сторону и расположить перпендикулярно туловищу.
- Руку с устройством следует вытянуть вперед.
- Сжимать динамометр кистью следует по команде настолько сильно, насколько это возможно.
По данному алгоритму делается измерение силы каждой руки поочередно, несколько раз подряд.
Из полученных результатов для каждой руки выбирается тот, который лучше!
При нарастании мышечной массы в процессе тренировок показатели, полученные с помощью динамометра, улучшаются.
Точные абсолютные показатели получить довольно трудно, так как на них влияет множество субъективных факторов. Поэтому в расчет берётся, как правило, величина относительной силы кистей рук. Для её вычисления измеренную динамометром силу в килограммах умножают на сто, а затем делят на вес тела человека. У людей, не занимающихся профессионально спортом, относительный показатель равен 45-50 единиц для женщин и 60-70 единиц - для мужчин.
С помощью становых динамометров можно протестировать на статическую силу и выносливость все мышцы, сгибающие и разгибающие корпус человека!
Становой прибор похож внешне на ножной эспандер. Его составные части – это рукоятка, подставка под ноги, трос, оснащенный датчиком измерительный прибор и отсчитывающее устройство.
Для измерения мышечной силы человеку нужно:
- Встать обеими ногами на подножку прибора.
- Наклонить корпус вперед, сгибаясь в пояснице.
- Взяться на рукоять динамометра обеими руками.
- Ноги в коленях при этом не сгибать.
- Затем рукоятку прибора нужно потянуть вверх на себя изо всех сил.
Принцип расчета относительных показателей для становых приборов такой же, как и для ручных. Но величины индексов значительно выше. При индексе до 170 единиц становая сила оценивается как низкая. Показатели от 170 до 200 единиц говорят о силе ниже средних значений.
Средней считается сила выпрямляющих тело мышц при значениях индекса от двухсот до двухсот тридцати. Индекс от 230 до 260 единиц свидетельствует о значениях выше среднего. А более двухсот шестидесяти – это показатели высокой разгибающей туловище силы.
Для чего нужно знать силовые показатели?
На силу мускулов человека влияют его пол и возраст, вес тела и уровень усталости. Во многом зависит показатель силы от времени суток и типа мышечной тренировки.
Замечено, что в средине дня фиксируется, как правило, максимальное значение данного показателя. А утром и вечером – минимальное.
В то же время нормальная мышечная сила конкретного человека может быть ослаблена в связи с тем, что:
- Он болеет каким-либо заболеванием или испытывает временное недомогание.
- Человек находятся в состоянии депрессии или стресса.
- По ряду причин сбился привычный для его организма режим питания и распорядок дня.
Зачастую данные показатели понижены у лиц пожилого возраста и у людей, не поддерживающих себя в должной физической форме.
Врачи назначают пациентам измерение мускульной силы на динамометре для контроля физического развития как детей и подростков, так и взрослых людей.
При проведении замеров необходимо следить, чтобы в начальном положении стрелка прибора стояла на нулевой отметке!
После замера показания обязательно записываются. Это поможет медикам в дальнейшем оценить изменение состояния здоровья человека за определенный промежуток времени.
Тем, у кого показатели мышечной силы невысоки, врачи рекомендуют занятия приемлемым видом спорта. Ведь физические упражнения делаются не только для наращивания бицепсов. Прежде всего, они укрепляют иммунитет организма, повышают его работоспособность.
