Что такое динамометр в физике
Какую величину можно измерить с помощью динамометра?
Динамометр общего назначения на 400 кН
Динамо́ме́тр
(от др.-греч. δύναμις — «сила» и μέτρεω — «измеряю») — прибор для измерения силы или момента силы, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчётного устройства. В силовом звене измеряемое усилие вызывает деформацию, 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.
Пружинные весы Приборная доска самолёта Ан-140, самая верхняя пара приборов — ИКМ двигателей, 4 % — крутящий момент на минимальном режиме («Тихое руление»)
Что же это за машина, что способна измерить силу?
Его относят к приборам, измеряющим силы или силовые моменты. Промышленные предприятия, на которых требуются силовые измерения, применяют подобные приспособления. Часто они необходимы для того, чтобы осуществить плановые поверки стендов, а также агрегатов, которые предназначены для различных испытаний. Используют их и при поверках силовых приборов, когда требуется определить силы 1 или 3 разрядов. Широко применяются данные приборы и в качестве эталонных средств по ГОСТу 8.065 и в тех работах, где нужно производить калибровку.
Первым прибором, который помогал измерить силы, были весы. Впервые их изображение появилось в печати в семнадцатом веке. В следующем столетии Сальтером было предложено для подобных целей устройство с пружиной, при помощи груза она растягивалась. Был прибор с циферблатом, там измерение выполнялось замкнутой кольцеобразной пружиной. Уже позже появились нажимы Прони и динамометры Томсона, Броуна, Межи и Геффнер-Альтенека. Последние модели усовершенствовали, и на сегодняшний день представилась возможность использовать их во многих отраслях.
Основные элементы, которые включают динамометры растяжения: силовое звено (упругий элемент) и отсчетное устройство. В силовом звене идет непосредственно измерение усилий: там происходит деформация или небольшие колебания. С их помощью и передаются сигналы на отсчетное устройство. Такими инструментами измеряются усилия в таких единицах измерения, как Ньютоны и килограмм-сила.
Итак, что измеряют динамометром, мы разобрались, теперь посмотрим, как подразделяются данные приборы по принципу действия. Они бывают механическими, которые классифицируют на пружинные и рычажные, гидравлическими и электрическими
.
Кроме таких прикладных задач, бывают и специфические разновидности силового прибора, например, тормозные и трансмиссионные.
Теперь остановимся на каждом подробнее.
Почему не каждый слышал про динамометр?
Почему мы редко слышим об использовании этого приспособления? На самом деле, это очень специфический прибор, и сферы его применения не так доступны. Например, инструменты для замера силы широко применяются там, где необходимо измерять требуемую мощность для сжатия створок. Это почти все автоматически закрывающиеся системы. Работу таких приборов можно увидеть в дверях трамваев или автобусов. Под контролем такого приспособления открываются двери в вагонах поездов, метро, грузовых и пассажирских лифтов, автомобильных окон, сдвигающихся люков на крыше…
Если вспомнить некоторые случаи из жизни, то можно представить и различные травмы от таких дверей. Поэтому при разработке любых конструкций с такими приборами созданы специальные нормы и правила, не только связанные с установками, но и с их пользованием. При разработке рассчитываются все необходимые значения сил сжатий, особенно если это закрывающиеся системы. Производители учитывают все показатели при конструировании подобных механизмов.
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 упругой деформации 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 или датчику и регистрируется. Гидравлический динамометр используется как измеритель крутящего момента (ИКМ) двигателя турбовинтового самолёта, его данные используются для оценки работы двигателя, а также для автоматического флюгирования винта при отказе двигателя. ИКМ может быть выполнен в виде нескольких цилиндров, удерживающих корпус планетарного редуктора винта от проворота — давление, требуемое для удержания, является функцией крутящего момента, такой ИКМ входит в состав редуктора двигателя АИ-20 и многих других. В редукторе же двигателя НК-12 бомбардировщика Ту-95 и транспортного самолёта Ан-22, приводящем соосные винты, разместить такой ИКМ негде, поэтому там ИКМ выполнен как щель в одном из валов, за счёт скручивания вала изменяется расход масла через щель, что и является исходной величиной для ИКМ.
Электрический динамометр
Электрический динамометр состоит из датчика, который 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 вибрационно-частотные 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.
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.
Применение динамометров
Приборы для измерения силы используются в самых разных областях жизни:
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.
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:
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.
Динамометр в повседневной жизни
Зачем нужен прибор для измерения силы в повседневной жизни? У многих людей есть устройство, как весы, напольные или кухонные, или даже безмен. Эти приборы работают по тому же принципу. А зачастую можно встретить и такое название «весы динамометрические». Такие весы используются для взвешивания больших и тяжелых грузов с помощью кранов.
Динамометр нашел широкое применение в спортивной медицине и физиологии. С помощью кистевого динамометра измеряется сила мышц, сгибающих пальцы кистей рук, что используется для оценки функций рук здорового человека или восстанавливающегося после травм. Становой динамометр позволяет оценить общую физическую подготовку человека. Исследования физического состояния применяются в неврологии при диагностике заболеваний, сопровождающихся мышечной слабостью.
Принципы работы динамометра используются для измерения сил сжатия автоматических систем: или автоматические двери в супермаркете, автомобильные электростеклоподъемники, створки ворот. Если данный параметр настроен неправильно, то это может повлечь вред здоровью или нанести материальный ущерб. Поэтому были разработаны и строго применяются технические нормы, определяющие максимальную силу сжатия закрывающих автоматических систем.
Многим автомобилистам известен такой инструмент, как динамометрический ключ. Динамометрическая система такого ключа позволяет с ювелирной точностью закрутить гайку так, чтобы не повредить резьбу и при этом она не раскрутилась в самый неподходящий момент.
По назначению динамометры делятся на образцовые и рабочие. Образцовые динамометры различаются по степени точности (I, II, III степени). Они применяются для оценки точности и градуировки рабочих динамометров, а также для контроля усилия машин, проверяющих механические свойства изделий и материалов. Рабочие динамометры применяются для измерения тяговых усилий крупной техники, такой как тракторы, тягачи, буксиры.
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:
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:
В конструкции одного динамометра могут быть реализованы два принципа (типа) силовых устройств.
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:
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:
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.
Ссылки
Динамометр. Виды и устройство. Работа и применение. Как выбрать
Динамометр представляет собой специальное устройство, предназначенное для измерения показателей силы или получения параметров момента действующей силы. Этот измерительный прибор способен определить усилие либо силу, с которой один объект действует на другой. Такое воздействие можно встретить повсеместно: это двери лифтов, троллейбуса, метро, ворот и тому подобное.
Необходимо отметить, что первым устройством, которое применялось для измерения силы, являлись весы. Впервые такие весы появились в 1726 году. Через столетие Ричард Солтер создал прибор, в котором применялась пружина с целью измерения воздействия силы. Благодаря грузу она растягивалась на некоторое расстояние, которое соответствовало его массе. Спустя некоторое время Ренье создал устройство, на котором имелся циферблат. В нем применялась кольцеобразная замкнутая пружина. Затем стали появляться конструкции других изобретателей в лице Томсона, Броуна и так далее. Современное устройство по своей конструкции недалеко ушли от этих приборов.
Динамометр может иметь разные конструкции, которые довольно сильно различаются по предназначению, исполнению, функциям, диапазону измерений и тому подобное. Данные устройства можно разделить по измеряемым усилиям, то есть их можно классифицировать по диапазону измерения: от долей ньютонов до 20 тысяч ньютонов. Если говорить о принципе действия, то данные приборы могут быть различного действия в зависимости от их конструктивного исполнения. При этом в некоторых устройствах могут применяться сразу несколько принципов действия.
Механические подразделяются на изделия рычажного и пружинного действия. Особенность пружинного прибора в том, что сила воздействует на пружину, вследствие чего она может растягиваться или сжиматься, что в свою очередь определяется направленностью приложения силового фактора. Пружина обладает упругостью, которая находится в прямой пропорциональности от приложенной силы, которую необходимо измерить. Поэтому ее можно определить и зафиксировать. При использовании рычажного устройства сила направлена на деформирование рычага, что в свою очередь позволяет определить ее параметры.
Электронное оснащается цифровым дисплеем, где высвечивается информация о прикладываемой силе. В этих устройствах основополагающим элементом является датчик. Его функции это преобразование деформации от действия силы в электросигнал. Он также имеет дополнительный датчик, усиливающий основной сигнал, идущий от первого датчика. С целью преобразования деформационного действия применяются разнообразные датчики сопротивления, которые построены на индуктивном, тензорезистивном, пьезоэлектрическом и частотном принципе действия.
В гидравлических устройствах применяется специальный цилиндр, в котором находится рабочая жидкость. Если внешняя сила оказывает определенное воздействие, то находящаяся в цилиндре жидкость выходит из него. В результате сила определяется объемом вытесненной жидкости. Данный объем находится в прямой зависимости от приложенной силы, что позволяет достаточно точно определить искомый параметр.
В зависимости от сферы применения могут быть и специфические устройства, позволяющие измерять силу воздействия, к примеру, медицинские. Такие устройства позволяют определить силу, степень функционирования мышц, выносливость, в том числе дают возможность следить за состоянием и восстановлением больного после получения травмы.
В отдельную категорию можно выделить кистевое устройство, при помощи него диагностируется сжимающая сила рук вследствие нарушения их функционирования. Тесты с применением данного устройства используются не только в медицинских целях, но также во многих организациях: это правоохранительные органы, Министерство чрезвычайных ситуаций, вооруженные силы, экспедиторские компании, организация боевых единоборств и профессионального спорта. Становое устройство применяется с целью определения сил мышц, которые предназначены для выпрямления туловища человека.
Образцовый динамометр представляет собой эталон, применяемый для определения сил в статике, чаще всего сил сжатия и растяжения во время ремонта испытательных устройств и установок. Данные приборы имеют малую зависимость от температуры окружающей среды. Их конструкция более сложна, что вызвано необходимостью получения независимости от внешних факторов. Так у них предусмотрена автоматическая компенсация искажений и имеются средства самодиагностики. Они обладают малыми габаритами, точностью и долговечностью. Для удобства пользования данные приборы имеют цифровую индикацию, удобный интерфейс и возможность подключения к персональному компьютеру.
Устройство
В большинстве случаев данные приборы имеют схожее устройство и принцип действия. Но все определяется конструкцией устройства.
Самый примитивный динамометр имеет следующее устройство:
При помощи крючка пружина крепится к основанию. Такое устройство очень просто в изготовлении, поэтому собрать его может любой человек, который знаком с основами физики. К примеру, для этого можно взять картонку, из которой следует вырезать основание размером 15 на 7 см. Далее потребуется пружина из металла диаметром проволоки 0,3-0,5 мм. Проволоку необходимо согнуть с одной стороны для закрепления к основанию. Для этого можно воспользоваться скотчем или степлером. С другой концы пружины следует сделать крючок.
Чтобы правильно нанести шкалу, потребуются небольшие мерные грузики. При помощи них на шкале проставляются данные по их весу, то есть на сколько пружина растягиваться, на такой длине и выставляются цифры. В результате появляется зависимость расставленных цифр на шкале от силы, которая прикладывается. Это значит, что можно измерить другую силу, которая будет приложена к пружине.
ДИНАМОМЕТР
Полезное
Смотреть что такое «ДИНАМОМЕТР» в других словарях:
динамометр — динамометр … Орфографический словарь-справочник
Динамометр — общего назначения на 400кН Динамометр (от др. греч. δύναμις … Википедия
ДИНАМОМЕТР — (греч., от dynamis сила, и metron мера). Силомер, прибор для измерения сил или веса. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ДИНАМОМЕТР 1) в физике силометр, пружинные весы; 2) в механике прибор для… … Словарь иностранных слов русского языка
ДИНАМОМЕТР — (от греческого dynamis сила и. метр) (силомер), прибор для измерений силы и крутящего момента (например, тягового усилия локомотива, трактора). Результаты измерений показывает отсчетное устройство. Динамометр используют также для определения… … Современная энциклопедия
динамометр — сущ. • силомер Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 Информатик. 2012. динамометр сущ., кол во синонимов: 7 • гидродинамометр … Словарь синонимов
динамометр — ДИНАМОМЕТР, силомер … Словарь-тезаурус синонимов русской речи
динамометр — и устарелое динамометр … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке
ДИНАМОМЕТР — ДИНАМОМЕТР, электроизмерительный прибор, в котором стрелка отклоняется под воздействием силы, образующейся между фиксированной катушкой и движущейся, к которой прикреплена стрелка. Эта конструкция применяется в АМПЕРМЕТРАХ, ваттметрах и… … Научно-технический энциклопедический словарь
ДИНАМОМЕТР — ДИНАМОМЕТР, динамометра, муж. (от греч. dynamis сила и metron мера) (тех.). Прибор для измерения механической силы. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Динамометр Значение
Содержание:
Что такое динамометр:
Механический динамометр и электронный динамометр
В его функции входят:
Традиционный динамометр был изобретен Исааком Ньютоном. Этот ученый применил принципы закона упругости Гука, согласно которым растяжение определенного гибкого или эластичного материала прямо пропорционально приложенной к нему силе.
Изначально динамометр работает с крюком на нижнем конце, на котором подвешивается объект, сила или вес которого должны быть измерены. Сегодня существуют весы, в которых используется эта пружинная система, но вместо крюка используются пластины, на которых они размещают объекты, поэтому есть тенденция путать динамометры с весами.
Механизм работы динамометра и
шкалы, которые в равной степени применяют закон Гука.
Части динамометра
Динамометр состоит из следующих частей:
Типы динамометров
Существует как минимум два типа динамометров: механические и цифровые. Посмотрим на каждого из них.
Разница между динамометром и балансом
Слева направо: шкала столбцов, шкала Роберваля и шкала Берарже.
С другой стороны, динамометр определяет силу и / или вес особого объекта, который представляет собой не что иное, как силу, с которой объект притягивается полем гравитации. Если сила тяжести (сила) меняется, меняется и вес. Поэтому динамометр необходимо калибровать каждый раз при перемещении, в отличие от весов.
Все системы измерения веса на основе пружины или пружины фактически являются динамометрами. Все измерительные системы, работающие за счет противовеса масс, являются весами.
Парадоксальный замысел: что это за методика и как она используется в психотерапии
Протеинограмма: для чего она нужна, интерпретация и значения