Как измеряют силу


Измерения. Выбор средств измерений

 

1.

Основные положения

2. Измерение геометрических величин 

(измерение длины)

              

3. Измерение физических величин                                                        

4. Измерение давления                                                                          

5. Измерение массы                                                                               

6. Измерение температуры                                                                   

7. Измерение твёрдости                                                                        

8. Измерение силы                                                                                  

9. Измерение электрических величин - напряжения,

силы тока, сопротивления и мощности                                                   

10. Измерение.

Методы неразрушающего контроля

Измерение силы

Силой называется всякое воздействие на данное тело, сообщающее ему ускорение или вызывающее его деформацию. Сила векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел.

Сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения.

За единицу силы в СИ принят ньютон (Н). Ньютон - это сила, которая придает массе 1 кг в направлении действия этой силы ускорение 1 м/с2.

В технических измерениях допускаются единицы силы:

1 кгс (килограмм-сила) = 9,81 Н;

1 тc (тонна-сила) = 9,81 х 103 Н.

Измерение силы осуществляют посредством динамометров, силоизмерительных машин и прессов, а также непосредственным нагружением при помощи грузов и гирь.

Динамометры - приборы, измеряющие силу упругости.

Динамометры изготовляют трёх типов:

ДП - пружинные,

ДГ- гидравлические,

ДЭ - электрические.

По способу регистрации измеряемых усилий динамометры подразделяют на:

- указывающие - применяют главным образом для измерений статических усилий, возникающих в конструкциях, установленных на стендах, при приложении к ним внешних сил и для измерения силы тяги при плавном передвижении изделия;

- считающие и пишущие динамометры, регистрирующие переменные усилия, применяют чаще всего при определении силы тяги паровозов и тракторов, так как вследствие сильной тряски и неизбежных рывков при ускорении их движения, а также неравномерности загрузок изделия создаются переменные усилия.

Наибольшее распространение имеют динамометры общего назначения пружинные, указывающие.

Основные параметры и размеры динамометров общего назначения, пружинных со шкальным отсчётным устройством, предназначенных для измерений статических растягивающих усилий, устанавливает ГОСТ 13837.

Выбор пружинных динамометров общего назначения в обыкновенном исполнении, применяемых для измерений статических растягивающих усилий, должен осуществляться согласно настоящего документа.

Основные технические параметры пружинных динамометров общего назначения в обыкновенном исполнении, применяемых для измерений статических растягивающих усилий приведены в таблице 12.1.

Пределы измерений и погрешность динамометра должны определяться одним из двух способов:

- расчётным,

- по таблицам приложения 2 ОСТ 1 00380.

Для измерения силы тяги двигателей летательных аппаратов при стендовых испытаниях следует применять силоизмерительные системы. Структурные схемы и принцип действия силоизмерительных систем приведены в рекомендуемом приложении 3 ОСТ 1 00380.

Рабочие средства измерений, применяемые в силоизмерительных системах, приведены в справочном приложении 4 ОСТ 1 00380.

Предел допускаемой погрешности измерений системы не должен превышать допускаемого значения по ОСТ 1 01021 и ОСТ1 02512.

Пример - Необходимо определить верхний предел измерений и основную приведенную погрешность динамометра для измерений силы (160± 10) кгс.

Определяем:

наибольший предельный размер параметра

160 кгс+ 10 кгс= 170 кгс;

наименьший предельный размер параметра

160 кгс-10 кгс= 150 кгс;

допуск

170 кгс-150 кгс =20 кгс.

Расчётный способ.

Определяем:

основную допустимую абсолютную погрешность измерений (по формуле (7.1)):

0,33 х 20 кгс = | 6,6 | кгс;

нижний предел рабочей части шкалы (по формуле (7.2)):

Нди < 150 кгс - 6,6 кгс = 143,4 кгс;

верхний предел рабочей части шкалы (по формуле (7.3)):

Вди > 170 кгс + 6,6 кгс = 176,6 кгс.

Выбираем по таблице 12.1 динамометр общего назначения с верхним пределом Вди= 2,0 Н (204 кгс). Нормирующее значение для определения основной приведенной погрешности динамометра равно конечному значению его шкалы.

Хн = 204 кгс

Определяем предел допускаемой основной приведённой погрешности динамометра (по формуле (7.10)):

Находим меньшее ближайшее значение погрешности  по отношению к найденному значению допускаемой основной приведенной погрешности. Этим значением для динамометров является  = ±2 %, поэтому выбираем динамометр класса точности 2.

Способ с использованием таблиц.

В боковике таблицы приложения 2 ОСТ 1 00380 находим строку с диапазоном измерений от 20 до 200 кгс, в котором измеряемая величина может принимать одно из значений.

На этой же строке во второй графе находим значение верхнего предела измерений динамометра. Этим значением является 200 кгс. На этой же строке находим меньшее ближайшее значение допуска по отношению к заданному. Этим значением является 12 кгс.

В оглавлении таблицы, по значению допуска 12 кгс, находим соответствующее ему значение погрешности = 2 %.

Вывод - для измерения силы (160 ± 10) кгс выбираем динамометр с верхним пределом 2,0 Н (204 кгс), класса точности 2.

Таблица 12.1 – Основные технические параметры пружинных динамометров общего назначения в обыкновенном исполнении, применяемых для измерений статических растягивающих усилий

Пределы измерений кН (кгс)

Цена деления шкалы прибора кН (кгс)

Кла ее точности

Предел допускаемой основной погрешности показаний кН (кгс)

Масса динамометра кг, не более

наибольший

наименьший, не менее

1

2

3

4

5

6

0,10   (10,2)

1,01   (1)

0,001   (0,1)

1

±0,001   (0,1)

3

2

±0,002   (0,2)

1,5

0,20   (20,4)

0,02   (2)

0,002   (0,2)

1

±0,002 (0,2)

3

2

±0,004 (0,4)

1,5

0,50   (51)

0,05   (5,1)

0,005   (0,5)

1

±0,005   (0,5)

3

2

±0,01   (1)

1,5

1,0   (102)

0,10   (10,2)

0,01   (1,0)

1

±0,01   (1)

3

2

±0,02   (2)

1,5

2,0   (204)

0,20   (20,4)

0,02   (2,0)

1

±0,02   (2)

3

2

±0,04   (4)

1,5

5,0   (509,8)

0,50   (51)

0,05   (5,0)

1

±0,05   (5)

3

2

±0,1   (10)

1,5

10   (1019,7)

1,0   (102)

0,1   (10)

1

±0,1   (10)

3

2

±0,2   (20)

1,5

20   (2039,4)

2,0   (204)

0,2   (20)

1

±0,2   (20)

3

2

±0,4   (40)

1,5

50   (5098,6)

5,0   (509,9)

0,5   (50)

1

±0,5   (50)

3

2

±1,0   (100)

1,5

100   (10197)

10   (1019,7)

1   (100)

1

±1,0   (100)

3

2

±2,0   (200)

1,5

200   (20394)

20   (2039,4)

2   (200)

1

±2,0   (200)

3

2

±4,0   (400)

1,5

500   (50985)

50 (5098,5)

5 (500)

1

±5,0   (500)

3

2

±10,0   (1000)

1,5

www.metrologie.ru

Как измеряют силу, чем она характеризуется

Силу можно измерить. Ее измеряют при помощи прибора, имеющего название динамометр (на греческом языке слово «динамис» значит «сила», а «метро» — «измеряю»). На рисунке 84 изображены динамометры, которые используются в школе и в быту. Несмотря на отличия во внешнем виде, все они имеют пружину, стрелку и шкалу.

Единицей измерения силы является ньютон (Н). Так ее назва­ли в честь известного английского ученого Исаака Ньютона. Как вы считаете, большая или маленькая сила, значение которой равно 1Н? Известно, что для поднятия тела массой 1 кг необхо­димо применить силу приблизительно равную 10 Н. Таким обра­зом, зная массу школьного портфеля, наполненного учебниками, каждый из вас сможет легко определить значение силы, с кото­рой этот портфель приходится каждый раз поднимать.

Кроме числового значения, сила характеризуется еще и направ­лением. Па рисунках направление действия силы указывают стрелкой. Например, на рисунке 85 указаны направления силы персонажей басни «Лебедь, Рак и Щука». Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 84. Динамометры: 1 — школьный лабораторный; 2 — школьный демонстрационный; 3 — бытовой
Рис. 85. Направления действия силы персонажей басни «Лебедь, Рак и Щука»
На этой странице материал по темам: Вопросы по этому материалу:

worldofschool.ru

Прибор для измерения силы

Главная > Инструмент > 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

Приборы для измерения емкости аккумулятора

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

Люмен – единица измерения освещенности

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

Единица измерения напряжения

elquanta.ru

Измерение силы и массы

Силой называют количественную характеристику процесса взаимодействия объектов (например, сила трения).

Понятие «масса» характеризует инерционность объектов и их гравитационную способность.

В измерениях, обычно, не делают отличия между массой (количеством вещества) и весом - силой притяжения тела Землей (гравитационной силой), поэтому для измерения силы и массы-веса применяют одни и те же методы измерения.

Приборы для измерения массы по гравитационной способности объекта называют весами. Измерение силы осуществляют посредством динамометров. Разделение средств измерений силы на весы и динамометры обусловлено тем, что направление вектора гравитационной силы строго определено в пространстве. Это обстоятельство учитывают при конструировании средств измерений гравитационной силы, а также при подготовке весов к работе. В частности, в конструкции весов предусматривают уровни и отвесы, позволяющие установить их в горизонтальное положение с требуемой точностью. Рабочее положение динамометров может быть любым – главное, чтобы линия измерения совпадала с направлением вектора силы. При соблюдении этого условия весы могут быть использованы для измерения негравитационной силы, а динамометры – для определения веса. Таким образом, разделение средств измерений силы на весы и динамометры определяется их назначением.

Измерение силы. В общем случае динамометры состоят из преобразователя силы – упруго деформируемого элемента, преобразователя деформации при необходимости, и показывающего прибора.

Динамометры (динамометр от греческого dynamis - сила и метр) изготовляют трёх типов: ДП - пружинные, ДГ- гидравлические, ДЭ - электрические.

Многообразие конструкций упругих элементов можно классифицировать в зависимости от вида реализуемой деформации: использующие деформации сжатия или растяжения, деформацию изгиба, деформацию сдвига и смешанную деформацию (рис.61)

Динамометрические пружины растяжения или сжатия обычно выполнены в виде сплошного или полого цилиндра, иногда в виде стержня прямоугольного сечения (от 10 кН до 1 МН).

Рис.61. Преобразователи силы в деформацию: а) сжатия, б) изгиба, в) сдвига, г) смешанную

Деформация изгиба реализуется также в упругих элементах, выполненных в виде системы из радиально размещенных балок, колец, мембран, рамы и т.п. (от 10 Н до 10 кН – рабочие средства). Для кольцевых элементов до 2 МН.

Динамометры со сложным упругим элементом (рис. 3г) призваны приблизить характеристику преобразования к линейной и широко применяются в качестве рабочих и эталонных средств измерения.

Механические динамометры применяют только для измерения статических сил. Деформацию чувствительного элемента (0,1 – 2 мм) измеряют индикатором часового типа или индикаторной головкой. Механические динамометры выпускаются серийно для нагрузок до 10 МН. Класс точности достигает 0,1 – 2 %.

Для упругих элементов большой жесткости (стержневых) применяют тензорезисторные и струнные преобразователи деформации в электрический сигнал. При малой жесткости (кольцевые, упругие балочные элементы) применимы емкостные, индуктивные и другие преобразователи.

Среди электрических динамометров наибольшее значение имеют тензорезисторные. Диапазон их применения от 5 Н до 10 МН и более. Чувствительный элемент таких динамометров выполняют в виде стержня, трубы, радиально нагруженного кольца, сдвоенной балки, консольной торсионной балки и др. Наклеенный на чувствительный элемент тензорезистор регистрирует деформации растяжения – сжатия, изгиба, кручения, среза. Тензорезисторные динамометры пригодны как для статических, так и для динамических измерений.

В струнных динамометрах применяют струнный тензометр. Чувствительным элементом является ферромагнитная струна, расположенная вдоль оси упругого полого цилиндра и связанная с ним двумя плоскостями. При приложении к цилиндру нагрузки вследствие его деформации одновременно меняется натяжение струны и частота её колебаний, возбуждаемых электромагнитом. Собственная частота колебаний влияет на значение напряжения на выводах измерительной катушки и является мерой нагрузки. Диапазон сил от 200 Н до 5 МН. Класс точности 1 %.

При измерении больших нагрузок (до 50 МН) находят применение магнитоупругие преобразователи.

В основе магнитоупругих динамометров – ферромагнитные материалы (например, железоникелевые сплавы), которые изменяют свою магнитную проницаемость в направлении воздействия на них силы растяжения или сжатия. Магнитоупругий динамометр может быть выполнен в виде катушки с замкнутым сердечником из магнитомягкого материала. Изменение индуктивности, возникающее при нагружении, может быть измерено электрическими методами (рис. 62). Класс точности магнитоупругих динамометров от 0,1 до 2%.

Рис. 62. Схема включения магнитоупругого динамометра

Пьезоэлектрические динамометры применяют для измерения динамических и квазистатических сил (непригодны для статически сил). Класс точности 1%.

Действие силы может быть преобразовано в изменение давления (гидравлические динамометры). Гидравлическая система измерения сил включает воспринимающее устройство с полностью замкнутой камерой и показывающий прибор. Сила, действующая на поршень, создает давление. В качестве показывающего прибора принципиально могут быть применены все измерители давления (манометры). Чаще всего используют механические приборы. Номинальные силы от 200 Н до 20 МН. Класс точности 1 – 2 %.

Погрешности динамометров обусловливаются следующими причинами: нелинейностью характеристики преобразования, её воспроизводимостью, гистерезисом, температурной зависимостью чувствительности и положения нуля, ползучестью (упругое последействие).

Основные параметры и размеры динамометров общего назначения, пружинных со шкальным и цифровым отсчётным устройством, предназначенных для измерений статических растягивающих усилий, устанавливает ГОСТ 13837 «Динамометры общего назначения. Технические условия».

Пределы измерения динамометров, предусмотренные стандартом: наибольший от 0,10 до 500 кН, наименьший - 0,1 от наибольшего предела.

ГОСТ 13837-79 предусматривает изготовление динамометров классов точности 0,5, 1 и 2. Класс точности определяется пределом допускаемой основной погрешности динамометра, представленным в виде приведенной погрешности. Нормирующее значение при этом равно наибольшему пределу измерений.

Пределы дополнительной погрешности динамометров, вызванной изменением температуры окружающей среды, в рабочем диапазоне температур, отличных от температуры нормальных условий, составляют: не более 0,5 основной погрешности на каждые 10 °С - для динамометров 1-го класса; не более 0,25 основной погрешности на каждые 10 °С - для динамометров 2-го класса.

Для градуировки, поверки и калибровки преобразователей силы используют силоизмерительные машины/установки а также средства измерений, в состав которых входят эталонные динамометры и силозадающие устройства (прессы). По функциональному назначению перечисленные устройства относятся к мерам силы.

Силоизмерительные машины/установки позволяют воспроизводить любые значения силы в установленном диапазоне или ряд дискретных значений.

В зависимости от конструктивной реализации различают машины непосредственного нагружения, силоумножающие установки (рычажные, гидравлические и клиновидные) и установки деления силы.

Непосредственное нагружение реализуется с помощью грузов и гравитационной силы Земли.

Создание силоумножающих установок обусловлено тем, что при больших значениях силы непосредственное нагружение приводит к увеличению погрешностей и металлоемкости, большим экономическим издержкам. Однако и в силоумножающих установках значение силы изначально задается с помощью грузов, которое затем увеличивается с помощью неравноплечих рычагов (до 1МН), поршневых пар разных эффективных площадей (до 10 МН) или эффекта клина (до 5 МН?).

Для уменьшения силы могут быть использованы те же конструктивные решения, что и для увеличения, но с передаточным отношением меньше 1. Однако такое решение экономически не выгодно и имеет ограниченные функциональные возможности. Наиболее приемлемым решением для деления силы является устройство с изменением угла наклона оси цилиндрической массы, взвешенной в аэростатическом подвесе (рис.63).

Рис. 63.

В качестве силозадающих устройств применяют винтовые, рычажные, гидравлические, электромеханические и т.п. прессы. Одно из основных требований к силозадающим средствам – постоянство задаваемого значения силы во времени.

Измерение массы. При взвешивании гравитационную силу сравнивают с известной силой, создаваемой следующими способами:

-грузом известной массы (классический метод);

-растяжением/сжатием пружины (пружинные весы)

-деформированием жестких упругих элементов (деформации измеряют электрическими методами (электромеханические весы);

-пневматическим или гидравлическим устройством (измеряют давление воздуха или жидкости);

-электродинамически при помощи соленоидной обмотки, находящейся в постоянном магнитном поле (измеряемой величиной является ток);

-погружением тела в жидкость (глубина погружения зависит от массы тела).

В этой связи различают весы механические (рычажные, пружинные, поршневые), электромеханические (с емкостными, тензорезисторными, индуктивными и пьезоэлектрическими преобразователями перемещений или деформаций), оптико-механические (с зеркальным или интерференционным указательным устройством), радиоизотопные (абсорбционные и рассеянного излучения). Основное применение находят механические и электромеханические весы.

Требования к весам для статического взвешивания устанавливает ГОСТ 29329 – 92.

Весы для статического взвешивания классифицируют по следующим признакам.

По области применения (эксплуатационному назначению) весы подразделяют на: вагонные; вагонеточные; автомобильные; монорельсовые; крановые; товарные; для взвешивания скота; для взвешивания людей; элеваторные; для взвешивания молока; багажные; торговые; медицинские; почтовые.

По точности взвешивания весы по точности разделяют на 4 класса: 1 класс - весы специальной точности; 2 класс - высокой точности; 3 класс - средней точности; 4 класс - обычной точности. Стандарт ГОСТ 29329 – 92распространяется на весы неавтоматического действия среднего и обычного классов точности.

По способу установки на месте эксплуатации весы подразделяют: встроенные, врезные (врезные весы – передвижные весы, платформа которых находится на одном уровне с полом помещения), напольные, настольные, передвижные, подвесные, стационарные.

По виду уравновешивающего устройства различают весы: механические, электромеханические (электронные - термин «Электронные весы» применим к настольным весам).

Механические весы - весы, в которых уравновешивание силы тяжести осуществляется с помощью различных механизмов. Различают весы гирные, пружинные, гидравлические, пневматические. Весы, в которых передаточным устройством является рычаг или система рычагов называют рычажными.

Электромеханические весы - весы с уравновешивающим устройством в виде преобразователя, в котором сила тяжести преобразуется в электрический сигнал.

По виду грузоприемного устройства различают весы: бункерные, монорельсовые, ковшовые, конвейерные, крюковые, платформенные.

По способу достижения положения равновесия различают весы: с автоматическим уравновешиванием, с полуавтоматическим уравновешиванием, с неавтоматическим уравновешиванием.

В зависимости от вида отсчетного устройства различают весы: с аналоговым отсчетным устройством (циферблатные и шкальные), с дискретным отсчетным устройством (цифровые).

Стандартом ГОСТ 29329-92 предусмотрены следующие основные характеристики весов.

Цена поверочного деления е - условное значение, выраженное в единицах массы и характеризующее точность весов.

Цена поверочного деления для класса точности «средний» 0,1 г ≤ е ≤ 2 г при числе поверочных делений n = 100…10000 и е≥5 г при n = 500…10000; для класса точности «обычный» е≥5 г при n = 100…1000. (n - число поверочных делений, определяемое как отношение наибольшего предела взвешивания весов к цене поверочного деления).

Значения цены поверочного деления (е), цены деления шкалы (d) и дискретности отсчета (dd) в единицах массы выбирают из ряда: 1×10а; 2×10а и 5×10а, где а - целое положительное, целое отрицательное числа или нуль. Цена поверочного деления весов без вспомогательного отсчетного устройства должна соответствовать цене деления шкалы для весов с аналоговым отсчетным устройством и дискретности отсчета для весов с цифровой индикацией.

Значение цены деления или дискретности отсчета массы, а также значение цены поверочного деления указывают на весах или в эксплуатационной документации на них.

Наибольший (НПВ) и наименьший (НмПВ) пределы взвешивания весов – наибольшее и наименьшее значения массы, при которых обеспечивается соответствие весов требованиям нормативных документов.

Наибольший предел взвешивания весов (НПВ), предусмотренный ГОСТ 29329-92,составляет от 200 г до 500 т (ряд значений НПВ не соответствует рядам предпочтительных чисел).

Наименьший предел взвешивания - для класса точности средний принимают равным 20·е; для класса точности обычный - 10·е. Где е – цена поверочного деления.

Пределы допускаемой погрешности весов нормируют в зависимости от НмПВ и класса точности и составляют от 0,5∙е до 1,5∙е при первичной поверке на предприятиях: изготовителе и ремонтном. При эксплуатации и после ремонта на эксплуатирующем предприятии - от 1,0∙е до 2,5∙е. Пределы допускаемой погрешности устройства установки на нуль - ± 0,25 е.

Различают следующие типы рычажных весов для измерения массы: лабораторные (аналитические, квадрантные, электронные, равноплечие), настольные циферблатные, счетные коромысловые, платформенные передвижные (шкальные, циферблатные, почтовые).

Принцип действия рычажных весов состоит в уравновешивании момента, создаваемого гравитационной силой от измеряемой массы, моментом силы тяжести гири или груза.

В рычажных весах реализованы следующие варианты преобразователей:

-с переменной уравновешивающей массой: рычаг со шкалой и гирями; рычаг с накладными гирями;

-с переменной длиной рычага: рычаг с передвижными гирями; рычаг с роликовым грузом;

-с переменным углом отклонения: квадрант; противовес.

Требования к параметрам весов рычажных общего назначения устанавливает ГОСТ 14004.

В зависимости от наибольшего предела взвешивания весы общего назначения делят на три группы: -настольные (до 50 кг); -передвижные и врезные (50 – 6000 кг); -стационарные (вагонные, автомобильные, элеваторные) (от 5000 до 200000 кг).

Наименьший предел взвешивания 20 d (d-цена деления шкалы) для настольных весов и 5% от Pmax для остальных.

Рычажные весы применяют совместно с гирями, которые в зависимости от назначения подразделяют на гири общего назначения, эталонные и специального назначения. В последнюю группу входят гири рейтерные (применяются для повышения точности отсчета лабораторных весов), условные гири (предназначены для комплектации весов и других устрой с отношением плеч рычажной системы 1:100), гири, встроенные в весы, и гири, применяемые в технологических весах и дозаторах.

Конструктивно гири общего назначения выполняют в виде проволочки, многоугольной пластины (треугольной, квадратной или пятиугольной), цилиндра с головкой, параллелепипеда. Номинальное значение массы гири принимают из ряда значений 1·10n, 2·10n, 5·10n (n - любое целое положительное или отрицательное число). Стандарт ГОСТ 7328 – 2001 «Гири. Общие технические условия» предусматривает выпуск гирь массой от 1 мг до 5000 кг. В зависимости от допуска на изготовление гирям присваивают классы точности: Е1, Е2, F1, F2, М1, M2, M3 (в порядке уменьшения точности). Гири могут поставляться в виде наборов, состав которых формируется в соответствии с рекомендациями ГОСТ 7328 – 2001.

Пример условного обозначения в документации гири массой 500 г класса точности F1: Гиря 500 г F1 ГОСТ 7328-2001. Набор гирь: Набор (1 мг – 1 кг) Е2 ГОСТ 7328 – 2001.

В пружинных весах чувствительным элементом является пружина (сжатия, растяжения, спиралевидная и др.), деформация которой пропорциональна силе тяжести. Значение деформации измеряется непосредственно или подвергается дополнительному преобразованию.

В электронных весах в качестве первичного преобразователя находят применение два основных типа датчиков: пьезокварцевые и тензорезисторные.

Отдельную группу составляют весы для взвешивания транспортных средств в движении. Общие технические требования к ним приведены в ГОСТ 30414-96.

Стандарт распространяется на весы, предназначенные для взвешивания в движении или для статического взвешивания и взвешивания в движении следующих транспортных средств: железнодорожных вагонов (включая цистерны), вагонеток, составов из них, автомобилей, прицепов, полуприцепов (включая цистерны), автопоездов.

Таблица 7. Механические рычажные весы

Погрешность измерения ±0,1   ±0,1   ±0,5   ±0,5   ±0,5  
Применение Аналитические,(почтовые, микровесы, бытовые весы, прецизионные) Платформенные, бункерные, автомобильнве, вагонные, крановые Платформенные, бункерные, автомобильнве, вагонные, Сортировочные, настольные, быстродействующие, почтовые Расфасовочные

В зависимости от конструкции грузоприемного устройства оно может определять нагрузку сразу от всего вагона (вагонетки, автомобиля, прицепа, полуприцепа) или автономно - одновременно или поочередно - от каждой тележки, колесной пары (оси) или от каждого колеса.

В зависимости от нормируемых значений метрологических характеристик весы подразделяют на четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1; 2. Обозначение класса точности соответствует погрешности допускаемой при эксплуатации. При этом в диапазоне от НмПВ до 35% НПВ включительно – это приведенная погрешность, нормирующее значение для которой равно 35% НПВ. В диапазоне свыше 35% НПВ до НПВ класс точности определяет относительную погрешность измерения.

При первичной поверке или калибровке допустимые погрешности уменьшают в 2 раза.

Измерение расхода

Расходом называют количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода в единицу времени. Различают объемный и массовый расходы. Средства измерений расхода называют расходомерами. Многообразие расходомеров определяется не только конструктивными решениями, но и принципами действия, которые в них реализованы. Рассмотрим наиболее применяемые варианты.

Объемные счетчики. Принцип действия объемных счетчиков основан на непосредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мерных камер известного объема и подсчете числа порций, прошедших через счетчик. Наиболее распространенным объемным счетчиком жидких веществ является счетчик с овальными шестернями (рис. 64) Овальные шестерни 1 и 2, размещенные в корпусе 3, вращаются за счет перепада давлений Р1 и Р2. За один оборот шестерен измерительные полости, объем которых точно известен V1 и V2, дважды наполняются и дважды опорожняются. Ось одной из шестерен вращает счетный механизм, расположенный вне корпуса 3. Счетчик характеризуется высокой точностью измерения (погрешность 0,5…1 %), малой потерей давления, независимостью показаний от вязкости, значительным вращающим моментом. Недостатком этих счетчиков является необходимость хорошей фильтрации измеряемой среды, а также высокий уровень акустического шума.

Рис. 64. Схема счетчика с овальными шестернями

Для измерения газовых потоков применяют ротационные газовые счетчики, принцип действия которых аналогичен принципу действия счетчиков с овальными шестернями. Они применяются для измерения расходов от 40 до 40000 м/ч и имеют класс точности 2 и 3.

К числу объемных счетчиков для измерения расхода жидкости относятся лопастные счетчики, характеризуемые верхним пределом измерений 100…300 м/ч и классами точности 0,25 и 0,5.

Скоростные счетчики позволяют установить величину расхода по зависимости частоты вращения аксиальной или тангенциальной турбинки от объемного расхода потока. Если к турбинке (рис. 65) последовательно подключить тахогенератор и вольтметр, то по показанию вольтметра можно судить о скорости потока. А можно подключить счетчик оборотов и измерять расход за определенный отрезок времени. Классы точности приборов 1; 1,5; 2 при расходах 3…1300 м/ч.

На рисунке 65 показан также скоростной счетчик с тангенциальной турбинкой 1. (Цифрой 2 обозначен фильтр.) Такие счетчики применяют при расходе до 3…20 м/ч и имеют класс точности 2 и 3.

Дроссельные расходомеры. Одним из самых распространенных принципов измерения расхода жидкостей, газа и пара является принцип переменного перепада давления на сужающем устройстве.

Преимуществами этого метода являются: простота и надежность, отсутствие движущихся частей, низкая стоимость, возможность измерения практически любых расходов, возможность получения градуировочной характеристики расходомеров расчетным путем.

Рис. 65. Схема скоростного счетчика с аксиальной и тангенциальной турбинками.

1 - струевыпрямитель , 2 - передаточный механизм, 3 - счетное устройство, 4 – камера, 5 – червячная пара, 6 – турбинка.

В соответствии с изложенным принципом в трубопровод устанавливают сужающее устройство. Скорость потока через отверстие сужающего устройства выше, чем до него, вследствие чего на сужающем устройстве создается перепад давления, измеряемый дифференциальным манометром. Показания дифференциального манометра зависят от скорости потока в сужении или от расхода потока. Схемы стандартных сужающих устройств и места подключения ветвей дифференциального манометра показаны на рисунке 66.

Рис. 66 Схемы сужающих устройств: а) диафрагма, б) стандартное сопло, в) сопло Вентури, г) труба Вентури

Расходомеры обтекания (ротаметры). В этих расходомерах обтекаемое тело (поплавок, поршень, клапан, поворачивающаяся пластинка, шарик и др., примеры на рисунках 67 и 68) воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, которое при возрастании скорости потока увеличивается и перемещает обтекаемое тело. В качестве противодействующей силы служит вес обтекаемого тела или сила пружины. Расходомеры конструируются таким образом, что перемещение обтекаемого тела сопровождается изменением площади проходного сечения для прохода жидкости или газа. При этом увеличение скорости потока приводит к увеличению проходного сечения. Вследствие чего скорость потока уменьшается. Такая отрицательная обратная связь приводит к стабилизации положения обтекаемого тела. Выходным сигналом рассматриваемых преобразователей расхода является перемещение обтекаемого тела.

Рис. 67. Схемы преобразовательных элементов расходомеров обтекания а) поплавковый, б) клапанный, в) поршневой

Рис. 68. Схемы расходомеров обтекания: а), б) – поплавкового типа; в), г) – клапанного типа; д) – поршневого типа.

Обозначения на рисунках.

Рисунок а: 1 – стеклянная коническая трубка, 2 – поплавок, 3 – ограничитель хода поплавка, 4 – шкала.

Рисунок б: 1 – цилиндрический поплавок с отверстием по середине, 2 – неподвижный стержень конического сечения, 3 – стеклянная цилиндрическая трубка.

Рисунок в: 1 – клапан, 2 – кольцевая диафрагма, 3 – металлический корпус, 4 – шток, 5 – сердечник дифференциально-преобразовательного элемента 7, 6 – трубка из немагнитной стали.

Рисунок г: 1 – пневмодроссель, 2 – пневматическое сопло, 3 – магнит, 4 – трубка из немагнитного материал, 5 – сердечник, 6 – клапан, 7 – сильфон.

Рисунок д: 1 – грузы, 2 – поршень, 3 - сердечник, 4 – индукционная катушка, 5 – канал подвода выходного давления в надпоршневое пространство, 6 – выходное отверстие прямоугольной формы из подпошневого пространства.

Ротаметры с выходным пневматическим сигналом 0,02 ..0,1 МПа выпускают классов точности 1,5 и 2,5.

Кроме перечисленных видов для измерений расходов используются расходомеры переменного уровня, электромагнитные, тепловые (калориметрические) и другие расходомеры.

Литература

1.Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений.- 2004.

2.Бриндли К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие.- 1991.

3.Козлов М.Г. Метрология и стандартизация. Учебное пособие.- 2004.

4.Болтон. Карманный справочник инженера метролога.- 2002.

5.Харт З. Введение в измерительную технику.- 1998.

6.Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник.- 2010.

Содержание

1.Методы и средства измерений электрических величин………………… ………..1

1.1.Меры электрических величин…………………………… …… …………..1

1.2.Электроизмерительные приборы……………………………… … ……….4

1.3.Осциллографы. Цифровые приборы………………………………… ……..10

1.4.Аналоговые измерительные преобразователи……………………… ……..14

1.5.Измерение электрических величин…………………………………… ……17

2.Измерения магнитных величин…………………………………………………......25

3.Измерение неэлектрических величин……………………………………… ……...28

3.1.Измерительные преобразователи………………………………………… ...28

3.2.Измерения длин и углов………………………………………… …………..35

3.3.Измерение температуры………………………………………… …………..39

3.4.Измерение давления……………………………………… … ………….…46

3.5.Измерение силы и массы……………………………………………………..50

3.6.Измерение расхода………………………………………………………… .55

studopedya.ru


Смотрите также