Изменение силы методом уравновешивания

Метод основан на уравновешивании измеряемой силы силой, создаваемой обратным электромеханическим преобразователем, чаще всего магнитоэлектрическим, а также силой реакции, возникающей в динамической системе. К таким силам относятся центростремительная сила, сила инерции при колебательном движении, гироскопический момент.

Перспективным способом создания высокоточных средств измерений больших сил (от 10⁵Н и более) является применение электродинамических обратных преобразователей силы со сверхпроводящими обмотками, которые позволяют воспроизводить силы до 10⁷– 10⁸Н с погрешностью 0,02 ­– 0,05%.

Гироскопический метод измерения сил основан на измерении угловой скорости прецессии рамки гироскопа, возникающей под воздействием гироскопического момента, уравновешивающего измеряемый момент или момент, создаваемый измеряемой силой. Этот метод уже нашел применение в весоизмерительной технике.

Рисунок 7 – Динамометр

На рис.7 показано устройство динамометра, основанного на уравновешивании измеряемой силы центробежной силой. В силовоспринимающих цилиндрах 1 и 5, соединенных сильфоном4, имеются конические выборки, в которых размещены инерционные клиновидные массы3, насажанные на ось двигателя6и способные перемещаться по направляющим2. При воздействии измеряемой силыF_xпроисходит сближение инерционных масс, которое регистрируется датчиком перемещения7. Сигнал датчика управляет двигателем, который раскручивает инерционные массы до тех пор, пока центробежная силаF_цне уравновесит силуF_xс учетом угла клина. Для устранения сил трения применяются аэродинамический, гидродинамический или гидростатический подвесы. В установившемся режиме динамические явления не влияют на статическую силу уравновешивания. Измеряемая сила определяется из уравнения

, (21)

Где – угол клиньев;– угол между вектором ускорения свободного паденияgи осью чувствительности прибора;m_к– масса клиньев;m_ц– масса верхнего цилиндра. Сила реакции однозначно определяется геометрией системы, массами клиньев и частотой их вращения. Таким образом, при неизменных параметрах измерительного устройства измеряемая силаF_xопределяется по частоте вращения двигателя.

Заключение

Измерение – основной путь получения достоверной информации о свойствах объектов окружающего материального мира, то есть о различных физических величинах – механических, тепловых, электрических, оптических.

Особенно важной является роль электрических измерений. В связи с автоматизацией производства резко возрастает выпуск средств измерений, создаются их типы на новых принципах действия, используются новые физические эффекты, полупроводниковые элементы. Повышаются метрологические и эксплуатационные характеристики средств измерений – точность, чувствительность, быстродействие, помехоустойчивость, надежность.

Измерение механических усилий необходимо во всех отраслях народного хозяйства, являясь неотъемлемой частью многих научных исследований, технологических процессов, медицинской диагностики. Диапазоны измеряемых усилий весьма широки: внутренние напряжения в материалах 0-2000 М Па, силы 0-10⁹ Н, моменты 0-10⁸ Н * м, давления 0-10¹⁰ Па.

Методы измерений различных видов механических усилий имеют много общего. В большинстве методов измерений механических напряжений датчиком воспринимается абсолютное или относительное значение деформации, поскольку естественной входной величиной применяемых при этом преобразователей является перемещение. Непосредственно измерять механические напряжения можно термоупругим, магнитоупругим, ультразвуковым и фотоупругим методами.

Термоупругий метод измерения механических напряжений основан на термоупругом эффекте, заключающемся в изменении температуры упругого тела при его деформации. Магнитоупругий метод применяется для исследования напряженного состояния и структур объектов из поликристаллических кристаллов. Он основан на измерении межплоскостных расстояний с использованием явления дифракции рентгеновских лучей на плоскостях решеток поликристаллических материалов.

Подавляющее большинство силоизмерительных устройств основано на методе преобразования измеряемой силы в механические напряжения в теле упругого элемента и его деформацию, которые преобразуются в электрический сигнал с помощью тензорезистивных, емкостных, индуктивных, пьезоэлектрических, магнитоупругих, виброчастотных или других типов преобразователей.

Метод уравновешивания основан на уравновешивании измеряемой силы силой, создаваемой обратным электромеханическим преобразователем, чаще всего магнитоэлектрическим, а также силой реакции, возникающей в динамической системе.