Каким прибором измеряют силу: каким прибором измеряют силу, как физическую величину?варианты

Содержание

Как измеряют силу, чем она характеризуется | Природоведение. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Раздел:

Физические величины и механизмы

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:

Что такое сила и чем она характеризуется
Что такое сила и чем она характеризуется?

Вопросы по этому материалу:

Назовите единицы измерения и прибор для измерения силы.

Как измерить силу тока мультиметром: постоянного и переменного тока

Для проведения расчетов и подбора необходимых элементов электрической цепи часто требуется измерить силу тока в ней. Сделать это можно с помощью расчетов, но наиболее простой способ — это использование специальных приборов.

Чем можно измерить силу тока

Чтобы определить мощность потребления и силу тока, требуется электрический измерительный прибор, который может измерять эти параметры с учетом особенностей переменного и постоянного тока. Типов таких устройств существует всего два:

Стационарные амперметры

Амперметр — специальное устройство для измерения исключительно силы тока в цепи. Амперметр включается в тестируемую цепь последовательно с потребителями электрического тока. На шкале прибора, помимо основных значений, в амперах используются также миллиамперы. На ампераж нужно обращать особое внимание. Существуют электронные и механические варианты устройства.

Обычный амперметр

Мультиметр — это электронное измерительное устройство, которое помогает мерить различные параметры цепи (сопротивление, напряжение, разомкнутая цепь, пригодность для аккумулятора, включая и силу тока).

Мультиметр

Что такое мультиметр?

Мультиметр — это универсальное комбинированное измерительное устройство, которое объединяет функции нескольких измерительных устройств, то есть измеряет практически все показатели цепи. Самый маленький набор функций мультиметра — это измеритель напряжения, силы заряда и сопротивления. Однако современные производители не останавливаются на достигнутом, а вместо этого добавляют ряд функций, таких как емкостное измерение конденсаторов, частоты тока, проверку диодов (измерение падения напряжения на pn-переходе), звуковых датчиков, измерений температуры и измерения определенных параметров транзистора, встроенный генератор низких частот и многое другое.

Мультиметр может быть:

Аналоговый. В этом типе приборов присутствует индикатор, который имеет несколько шкал (по одной на каждый вид измерения). Аналоговые тестеры имеют ряд недостатков, в первую очередь — это большие ошибки и погрешности в измерении. В конструкцию многих моделей включен специальный подстраиваемый резистор, который при правильной настройке несколько улучшает работу прибора, повышая точность выдаваемых результатов. Но все же сейчас большее распространение получили цифровые модели.
Цифровой. Единственная внешняя разница между цифровым устройством и аналоговым устройством — это экран, который численно представляет измеренные параметры. Старые модели оснащены дисплеем из светодиодов, более новые варианты оснащены жидкокристаллическим экраном. Недостатком этих устройств является то, что они имеют высокую стоимость: их цена в несколько раз превышает стоимость аналогового тестера.

Подключение различных мультиметровых приборов в цепь

Требования для измерения силы тока

Чтобы померить силу заряда в розетке, нужно обязательно следить за выполнением некоторых требований:

Важным условием для измерения силы тока является включение резисторов или обычных ламп в цепь ограничения сопротивления. Этот элемент защитит прибор от нагрева и возгорания из-за слишком большой нагрузки.

Если текущая сила в цепи не отображается на индикаторе, выбранное предельное значение является неправильным и должно быть уменьшено на одну позицию. (Так надо продолжать до тех пор, пока на экране не появится истинное значение). Требуется быстрое измерение — время контакта с кабелем составляет менее одной или двух секунд. Это особенно актуально для аккумуляторов с низким энергопотреблением.

Важно! Предел выбирается с учетом наибольших возможных отклонений полученных измерений от ожидаемого результата.

Приборы для измерения силы тока должны также соответствовать утвержденным стандартам ГОСТа:

показывающие устройства должны иметь точность в пределах от 1 до 2,5,

приборы на подстанциях допускаются 4 класса точности,

Класс по точности приборов, установленных на трансформаторах указаны в таблице:

Класс прибора	Класс измерительных трансформаторов	Класс шунта и добавочного сопротивления
4,0	3,0	—
2,5	1,0 (3,0)	0,5
1,5	0,5 (1,0)	0,5
1,0	0,5	0,5
0,5	0,2	0,2

Как проверить силу тока

Измерение силы постоянного и переменного тока не имеет кардинальных отличий, но все же данные операции имеют свои тонкости.

Наглядная схема подключения амперметра

Постоянный ток

Измерение постоянного тока выполняется в несколько несложных этапов:

На мультиметре требуется изменить положение красного щупа. Если неизвестно даже приблизительное значение силы в цепи, то из соображений безопасности и сохранности прибора придется выбрать наибольшее значение.
Регулятор нужно поставить в положение из сектора «А», выбрав самый подходящий предел значений.
Последовательно подключить мультиметр к цепи, где должно быть измерено текущее значение.

Далее необходимо включить питание и наблюдать за появлением числовых значений на цифровом табло.

Как проверить переменный ток мультиметром

В случае, когда должна измеряться сила переменного электричества, требуется поставить регулятор в соответствующее положение, также предварительно выбрав предел. Далее процесс измерения ничем не отличается от нахождения силы постоянного заряда.

Измерение силы переменного тока

Меры безопасности

Процесс измерения тока с помощью мультиметра несложен. При его прохождении требуется соблюдение определенных норм безопасности:

Перед непосредственным проведением измерительных работ необходимо обесточить цепь.

Также периодически нужно проводить проверку изоляции кабеля — иногда он может повредить сам себя при длительном использовании и привести к значительному увеличению вероятности поражения электрическим током.
Использовать при проведении любых ремонтных, монтажных и измерительных работах только резиновые перчатки, которые обладают изоляционными свойствами.
В помещениях с высоким уровнем влажности воздуха запрещается проведение измерительных работ. Дело в том, что влага обладает высокой электропроводностью, и риск удара током возрастает. При ударе током незамедлительно нужно сообщить об этом в скорую помощь или экстренную службу.
Проводить работы с электричеством лучше вдвоем.

После завершения всех работ можно обратно включить питание.

Замер силы тока проводится амперметром или мультиметром. При использовании последнего важно правильно выбрать режим работы и предел, которого может достигнуть ток в цепи. Оба эти прибора боятся высокого напряжения.

Измерители мощности. Измерительные приборы и инструменты

Каким прибором измеряют мощность? Вопрос достаточно актуальный, так как в настоящее время электрическая сеть имеется повсюду. Без электричества не работает практически ничего. Неудивительно, что это привело к огромной популярности приборов, измеряющих показатели таких сетей. Важный факт — измерение мощности можно провести только в ваттах. Однако в некоторых случаях возникает потребность перевода ватта в киловатт. Чаще всего это делается для удобства расчетов.

Общее описание электрических сетей

Мощность — это один из трех основных параметров, который характеризует электрическую сеть. Данный параметр отражает то количество работы, которую выполняет сила тока за одну единицу времени. Здесь важно понимать, что общая мощность всех включенных приборов в сеть не должна превышать ту, которая подается поставщиком. Если это произойдет, то возможны негативные последствия, начиная с выхода из строя оборудования и заканчивая коротким замыканием и последующим пожаром. Для того чтобы избежать таких неприятностей, были изобретены измерители мощности, которые называются ваттметрами.

Тут важно понимать, что в цепи постоянного тока измерить этот параметр можно и без использования данного прибора. Для этого используют умножение. Перемножаются значения напряжения и силы тока в цепи. Однако обойтись тем же самым методом в цепи переменного тока не получится. Именно для таких сетей и были изобретены измерительные приборы и инструменты.

Использование аппаратуры

Основными источниками, использующими эти агрегаты, стали мастерские, занимающиеся ремонтом электрических приборов. Активно используют ваттметры и в электроэнергетической промышленности, а также машиностроении. Еще одной довольно распространенной моделью стали бытовые приборы. Основными покупателями таких изделий стали любители электроники, владельцы компьютеров или просто люди, желающие экономить на электроэнергии.

Один небольшой факт. В некоторых случаях приходится проводить преобразование ватт в киловатты. Чаще всего это делается в промышленных отраслях, где мощность настолько велика, что, если измерять ее в Вт, то значения будут слишком велики. При переводе единиц измерений есть такое правило: 1000 ВТ — это 1 кВт.

Чаще всего устройства применяются для таких целей, как:

определение мощности отдельного агрегата;
тестирование всей электрической цепи или ее отдельных частей;
контроль работоспособности устройств;
учет потребления электроэнергии всеми подключенными устройствами.

Краткое описание типов приборов

Здесь важно начать с того, что, прежде чем начать измерять мощность, обычно измеряют силу тока и напряжение. Основываясь на выбранном способе измерения, последующем преобразовании и выводе полученных данных, различают такие виды измерительных приборов и инструментов, как цифровые и аналоговые.

Аналоговые типы приборов отличаются тем, что они имеют полукруглую шкалу, а также движущуюся стрелку. Они также разделяются на две более мелких группы — самопишущие и показывающие. Эти приборы отражают мощность лишь активного участка цепи. Измерение прибор ведет в ваттах (Вт).

Цифровые измерители мощности (ваттметры) могут использовать для измерения и активной и реактивной мощности. К тому же у этого аппарата функционал намного шире, так как на его табло выводится показатель не только мощности, а также силы тока, напряжения и расхода энергии во времени. Еще одно преимущество заключается в том, что вывод всех значений можно производить удаленно, то есть на компьютер оператора.

Суть работы аналоговых приборов

Если говорить об устройствах аналогового типа для измерения мощности, то наиболее точными и часто используемыми стали приспособления электродинамической системы.

Принцип действия этого измерителя мощности основывается на работе двух катушек. Одна из них характеризуется тем, что она не двигается, ее сопротивление мало, как и число витков. А вот обмотка, наоборот, довольно толстая. Второй же экземпляр противоположен первому. То есть катушка движется, толщина обмотки низкая, а вот число витков довольно велико, из-за чего сопротивление также повышено. Подключение этого прибора осуществляется параллельно нагрузке. Для того чтобы избежать возникновения короткого замыкания между внутренними катушками устройства, прибор снабжается добавочным сопротивлением.

Суть работы цифровых приспособлений

Принцип действия этих измерителей мощности сложнее, чем у предыдущего типа. Причиной тому стало то, что мощность измеряется не напрямую. Основа работы устройства лежит в том, что сначала производятся предварительные измерения силы тока и напряжения. Для того чтобы их провести, нужно последовательно нагрузке подключить датчик тока, а параллельно — датчик напряжения. Выполнены эти агрегаты могут быть на базе термисторов или измерительных трансформаторов.

Мгновенные значения, полученные посредством аналого-цифрового преобразователя, передаются на микропроцессор, имеющийся у измерителя. В этом моменте производятся необходимые расчеты, благодаря которым можно получить значение активной и реактивной мощности. Итоговые результаты всех измерений выдаются на дисплей этого прибора, а также на дисплей тех устройств, которые подключены к нему. Оптическая мощность не измеряется этими видами приборов.

Бытовые приспособления

На сегодняшний день довольно распространенным и удобным прибором в быту стал ваттметр, при помощи которого можно измерить расход электрической энергии в доме. Данная модель является портативной версией устройства, при помощи которой измеряется мощность на отдельном участке. Благодаря этому становится возможным посчитать материальные расходы, которые уйдут на электроэнергию, если оставить работать сеть с такими же параметрами.

Данное приспособление довольно удобно, если необходимо распланировать расход средств, а также поможет провести оптимизацию некоторых участков домашней цепи.

Бытовые ваттметры

Этот агрегат относится к цифровой группе приборов. По своему внешнему виду он сильно напоминает адаптер или же переходник, который обладает дисплеем индикаторного типа. Кроме того, на корпусе расположено несколько кнопок, управляющих работой устройства. Основное предназначение этого прибора — регистрация и вывод на экран результатов потребления мощности любым бытовым прибором, который подключается к сети через него. Таких параметров довольно много, и это не только потребляемая мощность. Если ввести конкретный тариф, то устройство может даже показать количество материальных средств, которые будут уплачены за работу именно этого прибора. Оно может также фиксировать мощность излучения.

Функции прибора

Кроме обычных показателей этот прибор способен также зафиксировать такие значения, как пиковая мощность и пиковое значение силы тока. Кроме этого имеется и несколько других функций. Устройство показывает также текущее время, может работать как обычные часы реального времени. Еще одна возможность использования аппарата — звуковая сигнализация, которая сработает, если прибор начнет потреблять большее количество мощности, чем пользователь задаст вручную.

Кнопки, имеющиеся на приборе, могут быть использованы для того, чтобы вручную настраивать функции работы устройства. Имеется возможность выставить максимально допустимую мощность излучения, выставить стоимость киловатта за час и т.д.

В плане эксплуатации этот прибор очень прост. Для его работы необходимо подключить его к сети, то есть воткнуть в розетку. Далее необходимо подключить вилку исследуемого прибора к этому бытовому ваттметру. Отображение всех параметров подключенного устройства начнется автоматически.

Из основных параметров этого прибора можно выделить то, что к нему можно подключить практически любую бытовую технику. Общая максимальная мощность приборов не должна превышать показателя в 3600 Вт. Также нельзя превышать показатель силы тока в 16 А.

Амперметр. Измерение силы тока в цепи. 8-й класс

Цели урока:

Образовательная: повторить понятия: электрический ток; правила определения цены деления измерительного прибора, составления электрических цепей; ознакомить школьников с методом измерения силы тока, изучить принцип действия амперметра.

Развивающая: формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать результаты экспериментов; активизировать мышление школьников, умение самостоятельно делать выводы, развивать речь; продолжить развитие умения работать с физическими приборами.
Воспитательная: развитие познавательного интереса к предмету, расширение кругозора учащихся

1. Организационный момент

Здравствуйте, ребята. Прежде чем начать урок, я хочу процитировать вам слова знаменитого поэта Персии

Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.
Фирдоуси, персидский поэт,
940-1030 гг.

2. Фронтальный опрос

Давайте вспомним материал, который вы проходили на предыдущих уроках:

Что такое электрический ток?
Какие условия необходимы для возникновения электрического ток?
Какие действия может оказывать электрический ток?
Какой физической величиной характеризуется действие электрического тока?
В каких единицах она измеряется?

3. Объяснение нового материала

Раз сил тока – физическая величина, то ее можно измерить. Значит, должен существовать прибор, позволяющий измерить силу тока. Сегодня на уроке мы познакомимся с прибором, который измеряет силу тока, узнаем, как правильно включать это прибор в цепь и научимся им пользоваться.

Давайте попробуем вместе выяснить, как данный прибор называется… (амперметр)

А теперь вместе сформулируем тему урока: Амперметр. Измерение силы тока в цепи.

Перед вами на столе находятся демонстрационный и лабораторный амперметры.

Принцип действия амперметра схож с ГАЛЬВАНОМЕТРОМ. Давайте вспомним, какое действие электрического тока положено в основу действия гальванометра… Совершенно верно – действие магнитного поля на рамку с током. Но гальванометр рассчитан на измерение очень малых токов – 0,00001 А и, при его включении, нет разницы в какую сторону течет ток. А вот амперметры могут измерять десятки и сотни ампер. Амперметр устроен так, что его включение практически не влияет на измеряемую величину. По его шкале, всегда можно определить, на какую наибольшую силу тока он рассчитан.

Можно ли включать амперметр в цепь с силой тока превышающей его максимальное значение? (Нет).

Для того чтобы уметь им пользоваться, необходимо знать следующие правила:

Включается амперметр в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.
Включение амперметра производится с помощью двух клемм, или двух зажимов:

(+) и (-). Посмотрите на амперметры на ваших столах. Клемму со знаком (+) нужно обязательно соединять с проводом, идущим от (+) полюса источника.

в случае «зашкаливания» — выхода стрелки за пределы шкалы — немедленно разомкните цепь!

Беречь прибор от резких ударов и тряски, пыли.
На электрических схемах обозначается:

Прежде чем приступить к измерению силы тока, нужно определить цену деления амперметра. Вспомните, как определить цену деления прибора…берем два ближайших штриха, отмеченных числами, из большего числа вычитаем меньшее, и полученный результат делим на число штрихов между цифрами. Потренируемся определять цену деления и показания амперметра.

Давайте теперь попробуем измерить силу тока в цепи. Как вы думаете, куда именно нужно подключить амперметр, что бы измерить силу тока в лампочке?

Будут ли отличаться показания амперметра, если включить его до лампочки и после лампочки? На эти вопрос вы ответите сами после выполнения экспериментального задания. У вас на столах лежат приборы: Источник тока(батарейка), лампочка на подставке, ключ, два амперметра, соединительные провода. Соберите электрическую цепь по схеме, которая перед вами на экране. Не забудьте, что клемму со знаком (+) нужно обязательно соединять с проводом, идущим от (+) полюса источника.

Ученики выполняют работу: собирают цепь, измеряют силу тока, делают вывод.

Показания амперметра не зависят от места включения амперметра в цепь. Это видно из опыта, т.к. оба амперметра показывают одно и тоже.

Сила тока на всех участках электрической цепи карманного фонарика одинакова.

4. Рефлексия.

Что же нового вы узнали сегодня на уроке, чему научились?

Ученики: мы узнали, каким прибором можно измерить силу тока, как правильно включать его в цепь и измерили силу тока на лампочке карманного фонарика.

Теперь нам осталось провести небольшой тест, что бы выяснить, как вы усвоили новый материал .

(Тест выводится на экран и раздается ученика на парты. Ученики выполняют тест на отдельных листочках, которые в конце урока сдают учителю.)

Вариант № 1.

1. Как называется прибор, для измерения силы тока:

Гальвнометр
Гальванический элемент
Амперметр
электрометр

2. Какое действие тока используют в амперметрах?

Тепловое
Химическое
Механическое
Магнитное

3. На рисунке 1 изображены схемы электрической цепи. Какой из амперметров включен в цепь правильно?

4. Определите цену деления амперметра

2 А
0,5 А
1 А
0,5 мА

5. На каком участке цепи, в которой работают электролампа и звонок, надо включить амперметр, чтобы узнать силу тока в звонке?

До звонка (по направлению электрического тока)
После звонка
Возле положительного полюса источника тока
На любом участке электрической цепи

Вариант №2

1. Амперметр – прибор для …

Измерения электрического заряда
Измерения силы тока
Обнаружения электрического заряда

2. Силу тока в какой лампе показывает включенный в эту цепь амперметр?

В №1
В №2
В №3
В каждой из них

3. По показанию амперметра №2 сила тока в цепи равна 0,5мА. Какую силу тока зарегистрируют амперметры №1 и №3?

№1 – меньше 0,5мА, №3 – больше 0,5 мА
№1 – больше 0,5мА, №3 – меньше 0,5 мА
№1 и №3, как и №2, — 0,5 мА

4. Определите цену деления амперметра:

2А
1А
0,5А
0,2А

5. Как амперметр включается в цепь?

Рядом с тем потребителем тока, в котором надо измерить силу тока, соединяя его клемму, отмеченную “+”, с проводником, идущим от положительного полюса источника тока
Последовательно с элементом цепи, где измеряется сила тока, следя за тем, чтобы его клемма, отмеченная знаком “+”, была соединена с положительным полюсом источника тока
Последовательно с тем участком цепи, в котором измеряется сила тока, соединяя его клемму “+” с отрицательным полюсом источника тока
Без каких либо правил.

Теперь давайте проверим, как вы ответили на вопросы теста

Ответы 1 варианта		Ответы 2 варианта
№ вопроса	№ ответа	№ вопроса	№ ответа
1	3	1	2
2	4	2	4
3	1	3	3
4	2	4	4
5	4	5	2

А теперь сами поставьте себе оценку.

5. Домашнее задание. Параграф 38, упр. 15 (3)

6. Постановка проблемы следующего урока.

У меня на доске собрана электрическая цепь, состоящая из источника тока, двух лампочек и ключа. Мы только что убедились, что при таком соединении сила тока в любом участке цепи одинакова, следовательно, тепловое действие тока одинаково. Но при замыкании цепи лампы горят по-разному. Почему это происходит, вы узнаете на следующем уроке.

Спасибо за урок. Мне было приятно с вами работать. Не забудьте при выходе из класса положить ко мне на стол листок с вашим тестом.

Каким прибором измеряется сила архимеда. Старт в науке. Действие жидкостей и газов на погруженное тело

1 / 5

Закон Архимеда формулируется следующим образом : на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме погруженной части тела . Сила называется силой Архимеда :

F A = ρ g V , {\displaystyle {F}_{A}=\rho {g}V,}

где ρ {\displaystyle \rho } — плотность жидкости (газа), g {\displaystyle {g}} — ускорение свободного падения , а V {\displaystyle V} — объём погружённой части тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности). Если тело плавает на поверхности (равномерно движется вверх или вниз), то выталкивающая сила (называемая также архимедовой силой) равна по модулю (и противоположна по направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объём жидкости (газа), и приложена к центру тяжести этого объёма.

Следует заметить, что тело должно быть полностью окружено жидкостью (либо пересекаться с поверхностью жидкости). Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.

Что касается тела, которое находится в газе, например в воздухе, то для нахождения подъёмной силы нужно заменить плотность жидкости на плотность газа. Например, шарик с гелием летит вверх из-за того, что плотность гелия меньше, чем плотность воздуха.

Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений на примере прямоугольного тела.

P B − P A = ρ g h {\displaystyle P_{B}-P_{A}=\rho gh} F B − F A = ρ g h S = ρ g V , {\displaystyle F_{B}-F_{A}=\rho ghS=\rho gV,}

где P A , P B — давления в точках A и B , ρ — плотность жидкости, h — разница уровней между точками A и B , S — площадь горизонтального поперечного сечения тела, V — объём погружённой части тела.

В теоретической физике также применяют закон Архимеда в интегральной форме:

F A = ∬ S p d S {\displaystyle {F}_{A}=\iint \limits _{S}{p{dS}}} ,

где S {\displaystyle S} — площадь поверхности, p {\displaystyle p} — давление в произвольной точке, интегрирование производится по всей поверхности тела.

В отсутствие гравитационного поля, то есть в состоянии невесомости , закон Архимеда не работает. Космонавты с этим явлением знакомы достаточно хорошо. В частности, в невесомости отсутствует явление (естественной) конвекции , поэтому, например, воздушное охлаждение и вентиляция жилых отсеков космических аппаратов производятся принудительно, вентиляторами .

Обобщения

Некий аналог закона Архимеда справедлив также в любом поле сил, которое по-разному действуют на тело и на жидкость (газ), либо в неоднородном поле. Например, это относится к полю сил инерции (например, центробежной силы) — на этом основано центрифугирование . Пример для поля немеханической природы: диамагнетик в вакууме вытесняется из области магнитного поля большей интенсивности в область с меньшей.

Вывод закона Архимеда для тела произвольной формы

Гидростатическое давление жидкости на глубине h {\displaystyle h} есть p = ρ g h {\displaystyle p=\rho gh} . При этом считаем ρ {\displaystyle \rho } жидкости и напряжённость гравитационного поля постоянными величинами, а h {\displaystyle h} — параметром. Возьмём тело произвольной формы, имеющее ненулевой объём. Введём правую ортонормированную систему координат O x y z {\displaystyle Oxyz} , причём выберем направление оси z совпадающим с направлением вектора g → {\displaystyle {\vec {g}}} . Ноль по оси z установим на поверхности жидкости. Выделим на поверхности тела элементарную площадку d S {\displaystyle dS} . На неё будет действовать сила давления жидкости направленная внутрь тела, d F → A = − p d S → {\displaystyle d{\vec {F}}_{A}=-pd{\vec {S}}} . Чтобы получить силу, которая будет действовать на тело, возьмём интеграл по поверхности:

F → A = − ∫ S p d S → = − ∫ S ρ g h d S → = − ρ g ∫ S h d S → = ∗ − ρ g ∫ V g r a d (h) d V = ∗ ∗ − ρ g ∫ V e → z d V = − ρ g e → z ∫ V d V = (ρ g V) (− e → z) {\displaystyle {\vec {F}}_{A}=-\int \limits _{S}{p\,d{\vec {S}}}=-\int \limits _{S}{\rho gh\,d{\vec {S}}}=-\rho g\int \limits _{S}{h\,d{\vec {S}}}=^{*}-\rho g\int \limits _{V}{grad(h)\,dV}=^{**}-\rho g\int \limits _{V}{{\vec {e}}_{z}dV}=-\rho g{\vec {e}}_{z}\int \limits _{V}{dV}=(\rho gV)(-{\vec {e}}_{z})}

При переходе от интеграла по поверхности к интегралу по объёму пользуемся обобщённой теоремой Остроградского-Гаусса . {**}grad(h)=\nabla h={\vec {e}}_{z}}

Получаем, что модуль силы Архимеда равен ρ g V {\displaystyle \rho gV} , а направлена она в сторону, противоположную направлению вектора напряжённости гравитационного поля.

Другая формулировка (где ρ t {\displaystyle \rho _{t}} — плотность тела, ρ s {\displaystyle \rho _{s}} — плотность среды, в которую оно погружено).

Закон Архимеда формулируется следующим образом: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа) . Сила называется силой Архимеда :

где — плотностьжидкости (газа), — ускорение свободного падения, а — объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности). Если тело плаваетна поверхности или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая сила (называемая также архимедовой силой) равна по модулю (и противоположна по направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объём жидкости (газа), и приложена кцентру тяжестиэтого объёма.

Тело плавает, если сила Архимеда уравновешивает силу тяжести тела.

Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давленийна примере прямоугольного тела.

где P A , P B — давления в точках A и B , ρ — плотность жидкости, h — разница уровней между точками A и B , S — площадь горизонтального поперечного сечения тела, V — объём погружённой части тела.

18. Равновесие тела в покоящейся жидкости

Тело, погруженное (полностью или частично) в жидкость, испытывает со стороны жидкости суммарное давление, направленное снизу вверх и равное весу жидкости в объеме погруженной части тела. P выт = ρ ж gV погр

Для однородного тела плавающего на поверхности справедливо соотношение

где: V — объем плавающего тела; ρ m — плотность тела.

Существующая теория плавающего тела довольно обширна, поэтому мы ограничимся рассмотрением лишь гидравлической сущности этой теории.

Способность плавающего тела, выведенного из состояния равновесия, вновь возвращаться в это состояние называется остойчивостью . Вес жидкости, взятой в объеме погруженной части судна называют водоизмещением , а точку приложения равнодействующей давления (т.е. центр давления) — центром водоизмещения . При нормальном положении судна центр тяжести С и центр водоизмещения d лежат на одной вертикальной прямой O»-O» , представляющей ось симметрии судна и называемой осью плавания (рис.2.5).

Пусть под влиянием внешних сил судно наклонилось на некоторый угол α, часть судна KLM вышла из жидкости, а часть K»L»M» , наоборот, погрузилось в нее. При этом получили новое положении центра водоизмещения d» . Приложим к точке d» подъемную силу R и линию ее действия продолжим до пересечения с осью симметрии O»-O» . Полученная точка m называется метацентром , а отрезок mC = h называется метацентрической высотой . Будем считать h положительным, если точка m лежит выше точки C , и отрицательным — в противном случае.

Рис. 2.5. Поперечный профиль судна

Теперь рассмотрим условия равновесия судна:

1)если h > 0, то судно возвращается в первоначальное положение; 2)если h = 0, то это случай безразличного равновесия; 3) если h

Следовательно, чем ниже расположен центр тяжести и, чем больше метацентрическая высота, тем больше будет остойчивость судна.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Актуальность: Если внимательно присмотреться к окружающему миру, то можно открыть для себя множество событий, происходящих вокруг. Издревле человека окружает вода. Когда мы плаваем в ней, то наше тело выталкивает на поверхность какие-то силы. Я давно задаю себе вопрос: «Почему тела плавают или тонут? Вода выталкивает предметы?»

Моя исследовательская работа направлена на то, чтобы углубить полученные на уроке знания об архимедовой силе. Ответы на интересующие меня вопросы, используя жизненный опыт, наблюдения за окружающей действительностью, провести собственные эксперименты и объяснить их результаты, которые позволят расширить знания по данной теме. Все науки связаны между собой. А общий объект изучения всех наук — это человек «плюс» природа. Я уверен, что исследование действия архимедовой силы сегодня является актуальным.

Гипотеза: Я предполагаю, что в домашних условиях можно рассчитать величину выталкивающей силы действующей на погруженное в жидкость тело и определить зависит ли она от свойств жидкости, объема и формы тела.

Объект исследования: Выталкивающая сила в жидкостях.

Задачи:

Изучить историю открытия архимедовой силы;

Изучить учебную литературу по вопросу действия архимедовой силы;

Выработать навыки проведения самостоятельного эксперимента;

Доказать, что значение выталкивающей силы зависит от плотности жидкости.

Методы исследования:

Исследовательские;

Расчетные;

Информационного поиска;

Наблюдений

1. Открытие силы Архимеда

Существует знаменитая легенда о том, как Архимед бежал по улице и кричал «Эврика!» Это как раз повествует об открытии им того, что выталкивающая сила воды равна по модулю весу вытесненной им воды, объем которой равен объему погруженного в нее тела. Это открытие названо законом Архимеда.

В III веке до нашей эры жил Гиерон — царь древнегреческого города Сиракузы и захотел он сделать себе новую корону из чистого золота. Отмерил его строго сколько нужно, и дал ювелиру заказ. Через месяц мастер вернул золото в виде короны и весила она столько, сколько и масса данного золота. Но ведь всякое бывает и мастер мог схитрить, добавив серебро или того хуже — медь, ведь на глаз не отличишь, а масса такая, какая и должна быть. А царю узнать охота: честно ль сделана работа? И тогда, попросил он ученого Архимеда, проверить из чистого ли золота сделал мастер ему корону. Как известно, масса тела равна произведению плотности вещества, из которого сделано тело, на его объем: . Если у разных тел одинаковая масса, но они сделаны из разных веществ, то значит, у них будет разный объем. Если бы мастер вернул царю не ювелирно сделанную корону, объем которой определить невозможно из-за ее сложности, а такой же по форме кусок металла, который дал ему царь, то сразу было бы ясно, подмешал он туда другого металла или нет. И вот принимая ванну, Архимед обратил внимание, что вода из нее выливается. Он заподозрил, что выливается она именно в том объеме, какой объем занимают его части тела, погруженные в воду. И Архимеда осенило, что объем короны можно определить по объему вытесненной ей воды. Ну а коли можно измерить объем короны, то его можно сравнить с объемом куска золота, равного по массе. Архимед погрузил в воду корону и измерил, как увеличился объем воды. Также он погрузил в воду кусок золота, у которого масса была такая же, как у короны. И тут он измерил, как увеличился объем воды. Объемы вытесненной в двух случаях воды оказались разными. Тем самым мастер был изобличен в обмане, а наука обогатилась замечательным открытием.

Из истории известно, что задача о золотой короне побудила Архимеда заняться вопросом о плавании тел. Опыты, проведенные Архимедом, были описаны в сочинении «О плавающих телах», которое дошло до нас. Седьмое предложение (теорема) этого сочинения сформулировано Архимедом следующим образом: тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут опускаться пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела.

Интересно, что сила Архимеда равна нулю, когда погруженное в жидкость тело плотно, всем основанием прижато ко дну.

Открытие основного закона гидростатики — крупнейшее завоевание античной науки.

2. Формулировка и пояснения закона Архимеда

Закон Архимеда описывает действие жидкостей и газов на погруженное в них тело, и является одним из главных законов гидростатики и статики газов.

Закон Архимеда формулируется следующим образом: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме погруженной части тела — эта сила называется силой Архимеда :

где — плотность жидкости (газа), — ускорение свободного падения, — объём погружённой части тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности).

Следовательно, архимедова сила зависит только от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объема этого тела. Но она не зависит, например, от плотности вещества тела, погруженного в жидкость, так как эта величина не входит в полученную формулу.

3. Определение силы Архимеда

Силу, с которой тело, находящееся в жидкости, выталкивается ею, можно определить на опыте используя данный прибор:

Небольшое ведерко и тело цилиндрической формы подвешиваем на пружине, закрепленной в штативе. Растяжение пружины отмечаем стрелкой на штативе, показывая вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляем стакан с отливной трубкой, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего тело погружают целиком в жидкость. При этом часть жидкости, объём которой равен объёму тела, выливается из отливного сосуда в стакан. Указатель пружины поднимается вверх, пружина сокращается, показывая уменьшение веса тела в жидкости. В данном случае на тело, наряду с силой тяжести, действует еще и сила, выталкивающая его из жидкости. Если в ведёрко налить жидкость из стакана (т.е. ту, которую вытеснило тело), то указатель пружины возвратится к своему начальному положению.

На основании этого опыта можно заключить, что сила, выталкивающая тело, целиком погруженное в жидкость, равна весу жидкости в объёме этого тела. Зависимость давления в жидкости (газе) от глубины погружения тела приводит к появлению выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Тело при погружении двигается вниз под действием силы тяжести. Архимедова сила направлена всегда противоположно силе тяжести, поэтому вес тела в жидкости или газе всегда меньше веса этого тела в вакууме.

Данный опыт подтверждает, что архимедова сила равна весу жидкости в объёме тела.

4. Условие плавания тел

На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх. Рассмотрим, что будет происходить с телом под действием этих сил, если вначале оно было неподвижно.

При этом возможны три случая:

1) Если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело опускается вниз, то есть тонет:

, то тело тонет;

2) Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии внутри жидкости на любой глубине:

, то тело плавает;

3) Если архимедова сила больше силы тяжести, то тело будет поднимается из жидкости — всплывать:

, то тело плавает.

Если всплывающее тело частично выступает над поверхностью жидкости, то объем погруженной части плавающего тела такой, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела.

Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного в жидкость тела, если

1) =— тело плавает в жидкости или газе,2) >— тело тонет,3)

Именно эти принципы соотношения силы тяжести и силы Архимеда применяются в судоходостронии. Однако на воде держатся громадные речные и морские суда, изготовленные из стали, плотность которой почти в 8 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что из стали делают лишь сравнительно тонкий корпус судна, а большая часть его объема занята воздухом. Среднее значение плотности судна при этом оказывается значительно меньше плотности воды; поэтому оно не только не тонет, но и может принимать для перевозки большое количество грузов. Суда, плавающие по рекам, озерам, морям и океанам, построены из разных материалов с различной плотностью. Корпус судов обычно делают из стальных листов. Все внутренние крепления, придающие судам прочность, также изготавливают из металлов. Для постройки судов используют разные материалы, имеющие по сравнению с водой как большую, так и меньшую плотность. Вес воды, вытесненной подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары, которые раньше наполняли нагретым воздухом, сейчас — водородом или гелием. Для того чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая), действующая на шар, была больше силы тяжести.

5. Проведение эксперимента

Исследовать поведение сырого яйца в жидкостях разного рода.

Задача: доказать, что значение выталкивающей силы зависит от плотности жидкости.

Я взял одно сырое яйцо и жидкости разного рода (приложение 1):

Вода чистая;

Вода, насыщенная солью;

Подсолнечное масло.

Сначала я опустил сырое яйцо в чистую воду — яйцо утонуло — «пошло ко дну» (приложение 2). Потом в стакан с чистой водой я добавил столовую ложку поваренной соли, в результате яйцо плавает (приложение 3). И наконец, я опустил яйцо в стакан с подсолнечным маслом — яйцо опустилось на дно (приложение 4).

Вывод: в первом случае плотность яйца больше плотности воды и поэтому яйцо утонуло. Во втором случае плотность солёной воды больше плотности яйца, поэтому яйцо плавает в жидкости. В третьем случае плотность яйца также больше плотности подсолнечного масла, поэтому яйцо утонуло. Следовательно, чем больше плотность жидкости, тем сила тяжести меньше.

2. Действие Архимедовой силы на тело человека в воде.

Определить на опыте плотность тела человека, сравнить ее с плотностью пресной и морской воды и сделать вывод о принципиальной возможности человека плавать;

Вычислить вес человека в воздухе, архимедову силу, действующую на человека в воде.

Для начала с помощью весов я измерил массу своего тела. Затем измерил объем тела (без объема головы). Для этого я налил в ванну воды столько, чтобы при погружении в воду я был полностью в воде (за исключением головы). Далее с помощью сантиметровой ленты отметил от верхнего края ванны расстояние до уровня воды ℓ 1 , а затем — при погружении в воду ℓ 2 . После этого с помощью предварительно проградуированной трехлитровой банки стал наливать в ванну воду от уровня ℓ 1 до уровня ℓ 2 — так я измерил объем вытесненной мной воды (приложение 5). Плотность я рассчитал с помощью формулы:

Сила тяжести, действующая на тело в воздухе, была рассчитана по формуле: , где — ускорение свободного падения ≈ 10 . Значение выталкивающей силы было рассчитано с помощью формулы описанной в пункте 2.

Вывод:Тело человекаплотнее пресной воды, а, значит, оно в ней тонет. Человеку легче плавать в море, чем в реке, так как плотность морской воды больше, а следовательно больше значение выталкивающей силы.

Заключение

В процессе работы над этой темой мы узнали для себя много нового и интересного. Круг наших познаний увеличился не только в области действия силы Архимеда, но и применении ее в жизни. Перед началом работы мы имели о ней далеко неподробное представление. При проведении опытов мы подтвердили экспериментально справедливость закона Архимеда и выяснили, что выталкивающая силазависит от объема тела и плотности жидкости, чем больше плотность жидкости, тем архимедова сила больше. Результирующая сила, которая определяет поведение тела в жидкости, зависит от массы, объёма тела и плотности жидкости.

Помимо проделанных экспериментов, была изучена дополнительная литература об открытии силы Архимеда, о плавании тел, воздухоплавании.

Каждый из Вас может сделать удивительные открытия, и для этого не нужно обладать ни особенными знаниями, ни мощным оборудованием. Нужно лишь немного внимательней посмотреть на окружающий нас мир, быть чуть более независимым в своих суждениях, и открытия не заставят себя ждать. Нежелание большинства людей познавать окружающий мир оставляет большой простор любознательным в самых неожиданных местах.

Список литературы

1.Большая книга экспериментов для школьников — М.: Росмэн, 2009. — 264 с.

2. Википедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Архимеда.

3. Перельман Я.И. Занимательная физика. — книга 1. — Екатеринбург.: Тезис, 1994.

4. Перельман Я.И. Занимательная физика. — книга 2.- Екатеринбург.: Тезис, 1994.

5. Перышкин А.В. Физика: 7 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / А.В. Перышкин. — 16-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2013. — 192 с.: ил.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на погруженное в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме тела.

История вопроса

«Эврика!» («Нашел!») – именно этот возглас, согласно легенде, издал древнегреческий ученый и философ Архимед, открыв принцип вытеснения. Легенда гласит, что сиракузский царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу. Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало – нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну – и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему. Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый побежал докладывать о своей победе в царский дворец, даже не потрудившись одеться.

Однако, что правда – то правда: именно Архимед открыл принцип плавучести. Если твердое тело погрузить в жидкость, оно вытеснит объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела. Давление, которое ранее действовало на вытесненную жидкость, теперь будет действовать на твердое тело, вытеснившее ее. И, если действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело будет всплывать; в противном случае оно пойдет ко дну (утонет). Говоря современным языком, тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости, в которую оно погружено.

Закон Архимеда и молекулярно-кинетическая теория

В покоящейся жидкости давление производится посредством ударов движущихся молекул. Когда некий объем жидкости вымещается твердым телом, направленный вверх импульс ударов молекул будет приходиться не на вытесненные телом молекулы жидкости, а на само тело, чем и объясняется давление, оказываемое на него снизу и выталкивающее его в направлении поверхности жидкости. Если же тело погружено в жидкость полностью, выталкивающая сила будет по-прежнему действовать на него, поскольку давление нарастает с увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему давлению, чем верхняя, откуда и возникает выталкивающая сила. Таково объяснение выталкивающей силы на молекулярном уровне.

Такая картина выталкивания объясняет, почему судно, сделанное из стали, которая значительно плотнее воды, остается на плаву. Дело в том, что объем вытесненной судном воды равен объему погруженной в воду стали плюс объему воздуха, содержащегося внутри корпуса судна ниже ватерлинии. Если усреднить плотность оболочки корпуса и воздуха внутри нее, получится, что плотность судна (как физического тела) меньше плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на него в результате направленных вверх импульсов удара молекул воды, оказывается выше гравитационной силы притяжения Земли, тянущей судно ко дну, – и корабль плывет.

Формулировка и пояснения

Тот факт, что на погруженное в воду тело действует некая сила, всем хорошо известен: тяжелые тела как бы становятся более легкими – например, наше собственное тело при погружении в ванну. Купаясь в речке или в море, можно легко поднимать и передвигать по дну очень тяжелые камни – такие, которые не удается поднять на суше. В то же время легкие тела сопротивляются погружению в воду: чтобы утопить мяч размером с небольшой арбуз требуется и сила, и ловкость; погрузить мяч диаметром полметра скорее всего не удастся. Интуитивно ясно, что ответ на вопрос – почему тело плавает (а другое – тонет), тесно связан с действием жидкости на погруженное в нее тело; нельзя удовлетвориться ответом, что легкие тела плавают, а тяжелые – тонут: стальная пластинка, конечно, утонет в воде, но если из нее сделать коробочку, то она может плавать; при этом ее вес не изменился.

Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед. Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.

Формула

Сила Архимеда, действующая на погруженное в жидкость тело, может быть рассчитана по формуле: F А = ρ ж gV пт,

где ρж – плотность жидкости,
g – ускорение свободного падения,
Vпт – объем погруженной в жидкость части тела.

Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести Fт и архимедовой силы FA, которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

1) Fт > FA – тело тонет;
2) Fт = FA – тело плавает в жидкости или газе;
3) Fт

Приборы для измерения силы — WIKA

Области применения приборов для измерения силы

Измерение силы происходит как сила растяжения или сжатия. Сферы применения силоизмерительных приборов широко распространены. Они используются в автоматизации, в подъемных системах, на производственных предприятиях, в лабораториях или в мобильных приложениях в автомобильной промышленности. Поскольку силоизмерительный прибор объединяет в себе измерительный компонент и дисплей, мобильное использование особенно часто.

Испытательный комплект цепной тали FRKPS: простой в использовании прибор для измерения силы

В дополнение к широкому выбору датчиков силы и тензодатчиков, WIKA, конечно же, предлагает приборы для измерения силы. Комплект для испытаний цепных талей серии FRKPS представляет собой инструмент для измерения силы, с помощью которого можно проверять фрикционные муфты цепных талей. Эти проверки проводятся через регулярные промежутки времени при работе с цепными лебедками.

С мобильным FRKPS эта регулярная проверка особенно проста, поскольку с устройством очень легко обращаться.Набор для тестирования цепной тали состоит из переносного индикатора, нескольких центрирующих втулок и адаптеров, зарядного устройства и сигнального кабеля. Поскольку в комплект входит ряд стандартных адаптеров для наиболее часто используемых типов цепей, в том числе для стальных секционных цепей, FRKPS подходит практически для всех испытаний промышленных цепных тали. Поскольку он поставляется в удобном алюминиевом ящике, все компоненты хранятся в упорядоченном виде, что обеспечивает быстрое и простое использование.

Обращение очень простое.В цепи натяжения датчик силы подтягивается до упора натяжения цепи и там блокируется. Затем измеряется результирующая сила, чтобы проверить максимальное усилие, при котором срабатывает фрикционная муфта. На основании сравнения с допустимыми значениями проверяется соответствие предельным значениям. FRKPS с точностью около 1 кг может использоваться для диапазонов измерения от 40 кг до 3500 кг.

Набор для испытания сварочных клещей FSK01: прибор для измерения усилия в точках сварки

Еще один прибор для измерения усилия из семейства продуктов WIKA — это так называемые испытательные клещи для сварки серии FSK01.Набор для испытаний сварочных клещей используется, например, в автомобильной промышленности, где часто используются сварочные роботы, и, помимо времени сварки, также очень важна сила в процессе. В оборудовании для точечной сварки FSK01 используется с мобильным прибором для измерения силы для проверки сил на электродах. Через регулярные промежутки времени силы на электродах просто измеряются с помощью FSK01, удерживая его между электродами во время процесса сварки. С помощью входящего в комплект прибора для считывания измеренное значение можно немедленно проверить на месте и при необходимости отрегулировать, что значительно увеличивает срок службы сварочного оборудования и гарантирует надежность процесса.Проверка не мешает производственному процессу, так как процедура занимает очень мало времени.

Измеритель силы FSK01 доступен в различных диапазонах измерения: 1 кН, 10 кН и 20 кН. Датчик силы и индикатор поставляются в практичном футляре для испытаний. Если проверки проводятся регулярно и часто, силоизмерительный прибор также предлагается в качестве стационарного испытательного устройства. В этом случае испытательный комплект устанавливается в радиусе действия сварочных роботов.Контроллер обеспечивает регулярное приближение к устройству и проверку приложенных сил.

Приборы для измерения гидравлического усилия

Компания WIKA предлагает целый ряд других приборов для измерения силы. Таким образом, WIKA также активно работает в области измерения гидравлических сил. Преобразователи гидравлической силы с установленными индикаторными приборами используются, например, в системах управления или специальной технике. Приборы для измерения гидравлических сил также очень часто используются для измерения сил при проходке туннелей, при фундаментных работах и стабилизации откосов.Большое преимущество аналоговых инструментов: им не нужна энергия! Они также отлично подходят для применения, например, на мачтах канатной дороги: если другие датчики разрушаются ударами молнии, приборы измерения гидравлического усилия продолжают работать безупречно.

Дисплеи силоизмерительных приборов либо прикручиваются непосредственно к измерительному корпусу, либо подключаются с помощью кабеля. В настоящее время мы разрабатываем датчики, обеспечивающие мобильную передачу измеренных значений. Таким образом, измеренные значения затем могут быть перенесены в облако, отображены в любое время на мобильном устройстве и оценены с помощью специального программного обеспечения.

Краткое описание: Приборы для измерения силы от WIKA

Прибор для измерения силы состоит из датчика и дисплея, на котором выводится измеренное значение. Из портфолио WIKA были описаны три типа приборов для измерения силы: испытательный комплект цепной тали FRKPS, испытательный комплект сварочных клещей FSK01 и приборы для измерения гидравлического усилия, которые работают без электричества. Все они просты в использовании и гарантируют высокую надежность процесса благодаря быстрому отслеживанию важных значений.

Так что же такое силовая пластина?

Пластины

Force существуют уже более 40 лет. Это инструменты, используемые для измерения силы реакции земли во время ходьбы, прыжков или любого другого типа движения (их можно рассматривать как причудливые весы для ванной). Силовые пластины используют один из нескольких различных типов датчиков (тензодатчиков) для измерения сил, и соответствующие значения обычно представлены в Ньютонах (Н) — стандартной мере в физике.Помимо вертикальной силы, некоторые силовые пластины могут измерять поперечные силы, т. Е. боковые и горизонтальные силы. Они используются более конкретно для медицинских и исследовательских целей, таких как ортопедические крепления и исследования конкретных нервно-мышечных заболеваний.

Система одинарных пластин

Система двусторонних силовых пластин

Силовые пластины для измерения силы реакции земли.Если мы знаем частоту данных о силе, мы можем затем выполнить дополнительные измерения, которые предоставят нам гораздо больше информации о движениях человека. С помощью базовой математики мы можем использовать эту информацию для измерения целого ряда вещей, в том числе:

Скорость (м / с)
Мощность (Вт)
Рабочий объем (метры)
Временные параметры (секунды)
Асимметрия влево / вправо (для двусторонних систем)

Подумайте только — все это ТОЛЬКО из кривой «сила-время»: На изображении ниже показана кривая «сила-время» для обычного теста силовой пластины, прыжка с противодвижением.Прыжок с контрдвижением (CMJ) используется для измерения максимальной способности спортсмена к прыжкам в вертикальном положении.

Прижимные пластины?

Существует некоторая дезинформация (или, возможно, просто расплывчатый маркетинг) о данных, которые могут быть собраны с помощью силовой платформы, хотя на самом деле рассматриваемые устройства являются нажимными пластинами. На нажимных пластинах используется большее количество датчиков (обычно сотни, если не тысячи, в зависимости от размера), чтобы дать представление о распределении давления у спортсмена или пациента.Нажимные пластины могут измерять силу, но только вертикальную, путем суммирования всех датчиков, несущих вес. Это приводит к снижению их точности, но все же позволяет им предоставлять достоверные и полезные данные для некоторых обстоятельств. Во многих случаях измерение давления выполняется с более низкой частотой дискретизации, чем измерение силы, что делает их менее полезными для определенных приложений, таких как прыжки. По сути, использование прижимной пластины для испытаний на прыжок с четкой картиной распределения давления под ногами или обувью испытуемого сродни использованию коврика для прыжков — i.е. расчеты высоты прыжка зависят от времени контакта / полета, а не от скорости. Чтобы было ясно, силовая пластина не может измерять распределение давления, поэтому никаких «тепловых карт», которые вы могли бы увидеть в аптеке.

Одноосный против. Многоосевой

Как упоминалось ранее, некоторые силовые пластины могут измерять как вертикальное, так и горизонтальное / поперечное усилие. Эти типы силовых пластин называются многоосевыми, или их датчики сконфигурированы для измерения этих типов напряжений.Часто для прыжков в конкретные приложения одноосная или «вертикальная» силовая пластина — это все, что необходимо для измерений. Однако в сочетании с высокоскоростной видео- или оптической системой захвата / анализа движения требуются многоосевые пластины, чтобы смотреть на вектор силы, то есть на траекторию силы при выполнении прыжка (или другого движения). . Возможность видеть ход силы при перемещении спортсмена или пациента по платформе бесценна для ряда приложений, но чаще всего используется для традиционного анализа походки (клинического и исследовательского).

Односторонний Vs. Двусторонний

Что касается конфигураций силовых пластин, в разных лабораториях ходьбы вы можете найти несколько разных конфигураций — от одной или двух платформ, установленных на проходе, до 10 или более платформ в ряд. Однако, когда дело доходит до прыжкового тестирования, обычно можно найти одну из двух схем — одностороннюю или двустороннюю. Различия между этими конфигурациями силовых платформ легко понять из их соответствующих названий, но просто для ясности — односторонняя система состоит из одной силовой пластины, а двусторонняя система состоит из двух силовых пластин.Обе настройки полезны для тестирования прыжков, но двусторонняя конфигурация позволит пользователю исследовать лево-правую асимметрию. Во многих случаях двусторонняя установка может означать более сложную установку, а также большее количество кабелей. Для некоторых силовых пластин это также означает дополнительные затраты на оборудование, например дополнительную силовую пластину, усилитель и кабель.

Силовые пластины в спорте

За последние 5 лет или около того технология измерения силы стала популярной в элитных спортивных и тренировочных центрах и постепенно проникает во все другие аспекты спорта.Силовые платформы чаще всего используются для мониторинга эффективности тренировок, протоколов возврата к игре и скрининга спортсменов. Графики тестирования сильно различаются в зависимости от типа спортсмена и философии тренера — мы работали с тренерами, которые тестируют до 3 раз в день, и с другими, которые тестируют только несколько раз в год. Независимо от того, как они используются, совершенно ясно одно: силовые пластины являются отличным инструментом для измерения спортсменов из-за их достоверности. Прыжковые испытания на силовых платформах чрезвычайно повторяемы, надежны и просты в проведении.Время настройки для каждого отдельного спортсмена практически отсутствует, и большие группы могут быть протестированы в быстрой последовательности без необходимости размещения датчиков. Кроме того, очень сложно (если не невозможно) обмануть прыжковый тест на силовых пластинах, чтобы либо замаскировать травму или боль, либо казаться сильнее, быстрее или мощнее, чем на самом деле — по простому факту, что нельзя читерская физика. При этом чрезвычайно важно всегда учитывать, какие показатели вы используете для оценки своих спортсменов и как эти показатели рассчитываются.

Как работают силовые платформы?

В платформах

Force используются датчики для измерения приложенных к ним трехмерных или вертикальных сил. На рынке представлено несколько типов силовых пластин, и они классифицируются либо по количеству используемых в них опор (однопьедестал или многопьедестал), либо по типу преобразователя. На силовых платформах обычно встречаются следующие типы преобразователей: тензодатчик, пьезоэлектрический датчик, емкостной датчик, эффект Холла и пьезорезистивный датчик.Хотя эти датчики функционируют по-разному с технологической точки зрения, все они измеряют силу, отслеживая электрический ток, протекающий через датчики, и наблюдая и записывая его изменения при приложении силы. Затем изменение силы тока преобразуется в значение в ньютонах на основе калибровки платформы.

Хотите узнать больше о силовых плитах в спорте или о том, как можно начать? Напишите нам по адресу [email protected] или заполните контактную форму на нашем веб-сайте здесь.

Датчик силы

— обзор

3.1.2 ГРАФИКИ ПРИСОЕДИНЕНИЙ

Датчики силы и смещения позволяли строить графики силы (горизонтальной, F _x и вертикальной, F _z) по отношению к абразеру положение лезвия ( x ) относительно испытательного образца эластомера. Чтобы дать общую картину эволюции силовых структур, F _x и F _z были нанесены на график для однонаправленного скольжения в виде уровней серого цвета против x (по оси ординат) и числа проходов абразивного станка (). n ) по оси абсцисс.Графики для F _x и F _z были похожи по внешнему виду, хотя в сигнале F _z было меньше «шума». (Усредненные) пиковые значения F _x находились в диапазоне от 33 (± 18) до 36 (± 18) Н для NR45, NR55, NR65 и NBR, в то время как для EPDM значение составляло приблизительно 20 ± 15 Н. На рисунке 6 показаны графики в градациях серого F _z (с вычитанием среднего значения F _z) против x и n .Кроме того, преобразования Фурье выполнялись на графиках силы для каждого прохода абразивного станка с лезвиями. На Рисунке 7 графики в градациях серого показывают содержание гармоник F _x как функцию обратной длины волны и количества проходов.

Рис. 6а. Усилие ( F _z [Н]), показанное шкалой серого, в зависимости от числа ходов ( n ) и положения ползуна ( x [мм] для NR55.

Рис. 6b. Усилие ( F _{) z} [N]), показанное в градациях серого, в зависимости от числа ходов ( n ) и положения плунжера ( x [мм] для NBR.

Рис. 6c. Усилие ( F _z [Н]), показанное шкалой серого, в зависимости от числа ходов ( n ) и положения ползуна ( x [мм] для NR45.

Рис. 6d. Сила ( F _{) z} [N]), показанное шкалой серого, в зависимости от числа ходов ( n ) и положения ползуна ( x [мм] для EPDM.

Рис. 7a. Составляющие силы Фурье ( F _z [ N]) в оттенках серого (темный — высокий) в зависимости от числа штрихов ( n ) и обратной длины волны ( λ ^{— 1} [мм ^{— 1}]) для NR55.

Рис. 7б. Компоненты силы Фурье ( F _z [Н]), показанные в оттенках серого (темный — высокий) в зависимости от числа штрихов ( n ) и обратной длины волны ( λ ^{— 1} [мм ^{— 1}] ) для NBR.

Рис. 7c. Компоненты силы Фурье ( F _z [Н]), показанные в оттенках серого (темный — высокий) в зависимости от числа штрихов ( n ) и обратной длины волны ( λ ^{— 1} [мм ^{— 1}] ) для NR45.

Рис. 7г. Компоненты силы Фурье ( F _z [Н]), показанные в оттенках серого (темный — высокий) в зависимости от числа штрихов ( n ) и обратной длины волны ( λ ^{— 1} [мм ^{— 1}] ) для EpDM.

Исследование графиков сил и их анализ Фурье показали, что для NR65, NBR и EPDM была одна доминирующая длина волны (или узкий диапазон длин волн) в измеренных силах, составляющих от 2 до 3 мм. Для NR45 на поздних этапах процесса истирания появились другие основные компоненты Фурье на других длинах волн.(Для NR55 также были некоторые предположения о других длинах волн в спектре F _x .) Глазное исследование (фотографических) изображений шлифованных поверхностей (паттерны Шалламаха) указывало на преобладающие длины волн, которые, хотя и были несколько меньше, но были того же порядка, что и полученные из Фурье-анализа сигналов силы. Как видно из Фиг.6 и Таблицы 2, циклические диаграммы силы появляются на первом проходе абразивного устройства с лезвием или очень близко к нему ( n ₁ сила).Образцы, изначально слабые, увеличивались в силе, но сначала оставались практически неподвижными — на это указывают горизонтальные параллельные серые полосы на Рисунке 6. Во всех случаях, кроме EPDM, дрейф рисунка силы начинался после примерно 100–300 проходов абразивным устройством ( n ₂ сила) — обозначены наклонными параллельными серыми полосами. В течение следующих ~ 100 проходов скорость дрейфа достигла постоянного значения. Однако было отмечено, что доминирующие длины волн силовых структур оставались неизменными от начала до и во время этого переходного периода, а затем в большинстве случаев.Кроме того, несмотря на экспериментальную ошибку, значения n ₂ (сила) и n ₂ (изображение) были аналогичными. Более того, постоянные скорости дрейфа силового рисунка и рисунка Шалламаха (изображение) были аналогичными. Хотя EPDM давал циклические образцы силы, они не смещались в течение 5000 проходов расширенного теста (за исключением поворотных точек). Истирание было наиболее сильным для NR45, и графики силы для него показали более сложное поведение, чем у других материалов, например.грамм. для NR45 в конечном итоге оказалось, по крайней мере, 2 различных, но сосуществующих скорости дрейфа паттерна.

До или в отсутствие четкого рисунка Шалламаха увеличение амплитуды рисунка силы, по-видимому, связано с повреждением поверхности.

Сходство в поведении (визуального) Шалламаха и силовых паттернов предполагает тесную связь между ними.

Измерительная сила | Что такое датчик датчика силы?

Что такое датчик силы , какие существуют типы датчиков силы и как они работают?

Ознакомьтесь с функциями и возможностями различных датчиков силы, также известных как тензодатчики, в этом подробном руководстве.

Датчик силы , произведенный в США компанией FUTEK Advanced Sensor Technology (FUTEK), ведущим производителем огромного ассортимента датчиков , использующих одну из самых передовых технологий в сенсорной индустрии: технологию тензодатчика с металлической фольгой . Датчик силы определяется как датчик, который преобразует входную механическую нагрузку , вес, растяжение, сжатие или давление в электрический выходной сигнал (определение тензодатчика).Датчики измерения силы также широко известны как датчики нагрузки. Существует несколько типов датчиков веса в зависимости от размера, геометрии и грузоподъемности.

Загляните в наш магазин. Доступно более 600+ типов датчиков веса!

Что такое датчик силы?

По определению, датчик силы — это тип преобразователя, в частности преобразователь силы . Он преобразует входную механическую силу , такую как нагрузка , вес , растяжение , сжатие или давление (т.е.е. измерение давления) в другую физическую переменную, в данном случае в электрический выходной сигнал, который можно измерить, преобразовать и стандартизировать. По мере увеличения силы, приложенной к датчику веса, электрический сигнал изменяется пропорционально.

Преобразователи

стали важным элементом во многих отраслях промышленности, включая автомобилестроение (автомобильные датчики или автомобильные датчики), высокоточное производство, аэрокосмическую и оборонную промышленность, промышленную автоматизацию, медицину и фармацевтику и робототехнику, где первостепенное значение имеет надежное и высокоточное измерение силы (т. Е.медицинский тензодатчик). Совсем недавно, с развитием коллаборативных роботов (коботов) и хирургической робототехники, появилось много новых приложений для измерения силы.

Миниатюрный линейный датчик нагрузки LCM100:

Ячейка нагрузки через отверстие пончика ЛТх400 — Шайба силы

Загляните в наш магазин. Доступно более 600+ типов датчиков веса!

Как датчик силы работает для измерения силы?

Во-первых, нам нужно понять физику и материалы, лежащие в основе принципа работы датчика силы, которым является тензодатчик (иногда называемый тензодатчиком ).Тензодатчик из металлической фольги — это датчик, электрическое сопротивление которого зависит от приложенной силы. Другими словами, он преобразует (или преобразует) силу, давление, растяжение, сжатие, крутящий момент, вес и т. Д. В изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить.

Тензодатчики — это электрические проводники, плотно прикрепленные к пленке зигзагообразно. Когда эту пленку натягивают, она вместе с проводниками растягивается и удлиняется. Когда его толкают, он сокращается и становится короче. Это изменение формы вызывает изменение сопротивления в электрических проводниках.На основании этого принципа можно определить прилагаемую к весоизмерительной ячейке деформацию, поскольку сопротивление тензодатчика увеличивается с приложенной деформацией и уменьшается с уменьшением.

Рис. 1. Тензорезистор из металлической фольги. Источник: ScienceDirect

Конструктивно датчик тензодатчика состоит из металлического корпуса (также называемого изгибом), к которому прикреплены тензодатчики из фольги . Корпус датчика обычно изготавливается из алюминия или нержавеющей стали, что придает датчику две важные характеристики: (1) обеспечивает прочность, чтобы выдерживать высокие нагрузки, и (2) обладает эластичностью, позволяющей минимально деформироваться и возвращаться к своей исходной форме при воздействии силы. удаленный.

При приложении силы ( растяжение или сжатие ) металлический корпус действует как «пружина» и слегка деформируется, и, если он не перегружен, он возвращается к своей первоначальной форме. По мере деформации изгиба тензодатчик также изменяет свою форму и, следовательно, свое электрическое сопротивление, что создает изменение дифференциального напряжения через схему моста Уитстона . Таким образом, изменение напряжения пропорционально физической силе, приложенной к изгибу, которую можно рассчитать с помощью выходного напряжения цепи весоизмерительной ячейки.

Рис. 2: Деформация тензодатчика как при растяжении, так и при сжатии.
Эти тензодатчики расположены в так называемой цепи моста Уитстона (см. Анимированную схему). Это означает, что четыре тензодатчика соединены между собой в виде замкнутой цепи (цепи тензодатчика), и измерительная сетка измеряемой силы выравнивается соответствующим образом.
Тензометрические мостовые усилители (или формирователи сигналов тензодатчиков) подают регулируемое напряжение возбуждения на схему весоизмерительной ячейки и преобразуют выходной сигнал мВ / В в другую форму сигнала, более полезную для пользователя (т.е. тензодатчик ADC). Сигнал, генерируемый тензодатическим мостом, является сигналом низкой мощности и может не работать с другими компонентами системы, такими как ПЛК, модули сбора данных (DAQ), регистраторы данных с тензодатчиками, компьютеры или микропроцессоры. Таким образом, функции усилителя тензодатчика включают в себя напряжение возбуждения, фильтрацию или ослабление шума, усиление сигнала и преобразование выходного сигнала.
Кроме того, изменение выходного напряжения усилителя откалибровано так, чтобы оно было линейно пропорциональным ньютоновской силе, приложенной к изгибу, которая может быть вычислена с помощью уравнения для напряжения цепи весоизмерительного датчика .
Обратитесь к нашим специалистам по применению . Доступно более 600 типов датчиков!
Рис. 3: Схема тензометрического датчика — полная мостовая схема Уитстона.
Важной концепцией тензодатчиков является чувствительность и точность тензодатчиков. Точность датчика можно определить как наименьшее количество силы, которое может быть приложено к корпусу датчика, необходимое для того, чтобы вызвать линейное и повторяемое изменение выходного напряжения. Чем выше точность датчика веса, тем лучше, поскольку он может постоянно фиксировать очень заметные изменения силы.В таких приложениях, как высокоточная автоматизация производства, хирургическая робототехника, аэрокосмическая промышленность, линейность весоизмерительных датчиков имеет первостепенное значение для обеспечения точного измерения в системе управления PLC или DAQ. Некоторые из наших универсальных весоизмерительных ячеек имеют нелинейность ± 0,1% (от номинальной мощности) и неповторяемость ± 0,05% RO, что делает их подходящей моделью для стендов для испытания тяги ракетных двигателей.
Каковы преимущества тензометрических преобразователей силы?
Тензодатчик из металлической фольги Датчики силы являются наиболее распространенной технологией, учитывая их высокую точность, долгосрочную надежность, разнообразие форм и геометрии датчиков, а также экономическую эффективность по сравнению с другими технологиями измерения.Кроме того, тензодатчики меньше подвержены влиянию колебаний температуры.
Наивысшая точность, соответствующая многим стандартам от хирургической робототехники до авиакосмической промышленности;
Прочная конструкция из высокопрочной нержавеющей стали или алюминия;
Поддерживать высокую производительность при максимально долгом сроке службы даже в самых суровых условиях. Некоторые конструкции тензодатчиков могут работать до миллиардов полностью обращенных циклов (срок службы).
Множество геометрий и индивидуальных форм, а также варианты крепления для ЛЮБОЙ шкалы В ЛЮБОМ месте.
Полная гамма блюд с вместимостью от 10 граммов до 100 000 фунтов.
Какие типы датчиков силы на основе тензодатчиков?
Несмотря на то, что существует несколько технологий измерения силы, мы остановимся на наиболее распространенном типе датчиков веса: тензодатчиках из металлической фольги. В пределах типов датчиков силы существует множество форм и геометрий тела, каждый из которых предназначен для различных применений. Познакомьтесь с ними, если хотите купить датчик веса:
Встроенный датчик веса — Чаще всего называется встроенным датчиком нагрузки с наружной резьбой.Датчик силы этого типа может использоваться как при растяжении, так и при сжатии. Проточные датчики обеспечивают высокую точность и высокую жесткость при минимальном необходимом монтажном зазоре. Они отлично подходят для обеспечения выносливости, применения в приложениях для измерения усилия и в случаях, когда требуется микродатчик силы (он же миниатюрный датчик силы, миниатюрный тензодатчик или микродатчик).
Датчики нагрузки на колонну — FUTEK предлагает широкий ассортимент емкостных датчиков нагрузки (также известных как датчики нагрузки на колонну), предназначенных для приложений с высокой нагрузкой на сжатие, таких как испытание силы зажима тисков станков с ЧПУ.Эти модели предлагают прочную конструкцию с грузоподъемностью от 2 000 до 30 000 фунтов. Компания FUTEK также разработала серию миниатюрных контейнеров для тензодатчиков для приложений, где размер является критическим фактором.
Кнопка нагрузки — Эти датчики силы имеют одну плоскую выступающую поверхность (также известную как кнопка), на которую прикладывается сжимающая сила. Что впечатляет в кнопках загрузки, так это их низкопрофильная конструкция датчика веса. Какими бы небольшими они ни были, они известны своей надежностью и используются в приложениях, связанных с усталостью.Измерение нагрузки на подшипник качения — это приложение, в котором используются кнопки нагрузки.
Тензодатчик с S-образной балкой — С другими названиями, включая датчик нагрузки с поперечной балкой или датчики нагрузки S-типа, датчик силы с S-образной балкой представляет собой датчик нагрузки сжатия и датчики нагрузки на растяжение с внутренней резьбой для монтажа. Обладая высокой точностью, датчиком нагрузки с тонким пучком и компактным профилем, этот тип датчика отлично подходит для поточной обработки и приложений с автоматической обратной связью, таких как датчики натяжения проволоки.Весоизмерительные ячейки S Beam также могут использоваться в качестве бесконтактного датчика потока в приложении для измерения расхода жидкости.
Тензодатчик со сквозным отверстием — Тензодатчик со сквозным отверстием, также известный как тензодатчик или датчик нагрузки с шайбой, традиционно имеет гладкий внутренний диаметр без резьбы, используемый для измерения сжимающих нагрузок, которые требуют, чтобы стержень проходил через его центр. Одно из основных применений этого типа датчика — измерение нагрузки на болты.
Блинные весоизмерительные ячейки — Блинные, канистровые или универсальные весоизмерительные ячейки имеют центральное резьбовое отверстие для измерения нагрузок при растяжении или сжатии.Эти датчики используются в приложениях, требующих высокой прочности, высокой усталостной долговечности или высокопроизводительных поточных измерений, таких как испытание силы материала, тензодатчик для системы взвешивания резервуаров, тензодатчик крана, тензодатчик штифта скобы, сила сжатия планшета, автомобильное сиденье. тестирование приложений. Они также обладают высокой устойчивостью к внеосевым нагрузкам, что делает их пригодными для применения в тензодатчиках двигателя. Эти модели также доступны как низкопрофильные весоизмерительные ячейки.
Тензодатчик со стержневым концом — Также известный как датчик нагрузки с приводом, этот тип датчика нагрузки предлагает одну наружную резьбу и одну внутреннюю резьбу для установки.Комбинация наружной и внутренней резьбы хорошо подходит для приложений, в которых необходимо приспособить датчик к существующему приспособлению.
Тензодатчик с изгибающейся балкой — Обладает тонкой конструкцией, что делает его идеальным для OEM-приложений. Датчики нагрузки с изгибающимися балками, используемые при сжатии, можно использовать для измерения силы, поверхностного давления и смещения в OEM-приложениях. Консольные весоизмерительные ячейки благодаря своему миниатюрному размеру являются отличным выбором для работы в тесных условиях.
Одноточечный датчик веса — Одноточечный датчик веса с боковой установкой, разработанный специально для OEM-приложений, требующих высокой точности или крупносерийного производства.Эти датчики силы на основе тензометрических датчиков измеряют растяжение и сжатие и также известны как компактные параллелограммные датчики или одноточечные датчики нагрузки. Весоизмерительные ячейки с боковым креплением, такие как серия LSM, являются рекомендуемым решением для измерения веса OEM и датчиками, используемыми на заводах по розливу бутылок.
Также доступны другие уникальные конструкции, такие как датчики нагрузки со штифтом (также известный как штифт датчика веса), датчик нагрузки ремня безопасности и другие.
Миниатюрный тензодатчик с колонной LCA305
Поговорите с нашими специалистами по датчикам силы.Доступно более 600 типов тензодатчиков!
Как выбрать датчик силы для вашего приложения?
Мы понимаем, что выбор подходящего датчика нагрузки — непростая задача, так как нет реального отраслевого стандарта относительно того, как выбирать датчики нагрузки для продажи. Вы также можете столкнуться с некоторыми проблемами, в том числе с поиском совместимого модуля усилителя тензодатчика или формирователя сигнала, а также с требованием нестандартного продукта, который увеличил бы время доставки продукта.
Чтобы помочь вам выбрать датчик, компания FUTEK разработала простое руководство из 5 шагов. Вот краткая информация, которая поможет вам сузить круг выбора. Ознакомьтесь с нашим полным руководством «Важные соображения при выборе датчика измерения силы» для получения дополнительной информации.
Шаг 1: Изучите свое приложение и то, что вы измеряете . Датчики нагрузки отличаются от датчиков давления или датчиков крутящего момента и предназначены для измерения нагрузок на растяжение и сжатие.
Шаг 2 : Определите монтажные характеристики датчика и его сборку. У вас статическая нагрузка или она динамическая? Определите тип крепления. Как вы будете устанавливать этот датчик?

Диаграммы на линии
Схемы бокового монтажа
Шаг 3 : Определите минимальные и максимальные требования к емкости. Обязательно выберите грузоподъемность сверх максимальной рабочей нагрузки и определите все посторонние нагрузки (боковые нагрузки или нецентральные нагрузки) и моменты до выбора грузоподъемности.
Шаг 4: Определите свой размер и геометрию требования (ширина, вес, высота, длина и т. Д.) И требования к механическим характеристикам (выход, нелинейность, гистерезис, ползучесть, сопротивление моста, разрешение, частотная характеристика и т. Д.) Другие характеристики, которые следует учитывать, включают водонепроницаемый датчик силы (также известный как погружной датчик нагрузки), криогенный, высокотемпературный, множественные или дублирующие мосты и TEDS IEEE1451.4.
Шаг 5: Определите тип вывода, который требуется вашему приложению. Цепи преобразователя выдают напряжение в мВ / В. Итак, если вашему ПЛК или DAQ требуется аналоговый выход (например, аналоговый выход тензодатчика 4-20 мА), цифровой выход тензодатчика или последовательная связь, вам, безусловно, понадобится усилитель тензодатчика. В некоторых приложениях требуется портативный дисплей или индикатор весоизмерительной ячейки для локального считывания показаний весоизмерительной ячейки. Убедитесь, что вы выбрали правильный усилитель, а также откалибруйте всю систему измерения (датчик нагрузки + формирователь сигнала). Это готовое решение обеспечивает большую совместимость и точность всей системы измерения нагрузки.
В сочетании с тросовым датчиком (он же струнный потенциометр) тензодатчики являются стержнем современной автоматизации производства.
Для получения более подробной информации о нашем 5-шаговом руководстве, пожалуйста, посетите наш «Как выбрать датчик измерения силы» для получения полных рекомендаций.
Силомеры | PCE Инструменты
В физике сила — это физическая величина, которая измеряет интенсивность обмена импульсом между двумя частицами или системами частиц (на языке физики элементарных частиц это называется взаимодействием).Согласно классическому определению, сила — это любой агент, способный изменять количество движения или форму материальных тел. Это не следует путать с понятиями усилия или энергии.
Виды силы
Сила растяжения:
Натяжение — это название внутренней силы, прилагаемой к телу за счет приложения двух сил, которые тянут в противоположных направлениях и растягивают его.
Логично, что натяжение любого участка, перпендикулярного этим силам, нормально к этому участку, и они имеют противоположный эффект силам, пытающимся растянуть тело.
В случае твердых тел деформация может быть постоянной; в этом случае тело превысило предел текучести и ведет себя как пластик, так как после прекращения силы тяги оно остается растянутым; если деформация непостоянна, тело называют упругим, так что когда сила тяги исчезает, оно восстанавливает свою первоначальную длину.
Взаимосвязь между возникающей растягивающей силой и производимой деформацией обычно представляется графически с помощью диаграммы с декартовой осью, которая иллюстрирует процесс и предлагает информацию о поведении рассматриваемого тела.

Сила сжатия:
Сжатие — это результат напряжений или давлений, которые существуют в деформируемом или полунепрерывном твердом теле, характеризующийся тем, что он имеет тенденцию к уменьшению объема тела и укорачивает тело в определенном направлении.
В общем, когда материал подвергается действию ряда сил, возникает такое сильное изгибание, такое как сдвиг или скручивание, все эти силы вызывают появление напряжений, как растяжения, так и сжатия.Однако в технике существует различие между силой сжатия (осевой) и растяжением сжатия.
В механической призме сила сжатия может быть просто результирующей силой, которая воздействует на определенный участок, поперечный барицентрической оси указанной призмы, что приводит к укорачиванию детали в направлении барицентрической оси. Призматические детали, подверженные значительному сжимающему усилию, подвержены изгибу при изгибе, поэтому для правильного выбора размера необходимо изучить этот тип нелинейной геометрии.
Помимо измерения максимальной силы разрыва или разрыва, с помощью измерителей силы, он может определять временной дискурс силы. Для этого требуется дополнительный пакет программного обеспечения и ручной тестовый стенд LTS-20. Справа вы можете увидеть фотографию, на которой показана комбинация этих устройств. В Измерители силы серии PCE-FM могут определять множество значений измерений, но программное обеспечение способно передавать эти данные по одному значению каждые 2 секунды. Если требуется более высокая скорость передачи, можно использовать гипертерминал Windows.Звоните в наши офисы по: Для клиентов из Великобритании +44 (0) 23 809870 30 / для клиентов из США (561) 320-9162. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно программного обеспечения или передачи данных на компьютер. По следующей ссылке вы найдете информацию о: Сертификатах калибровки для измерителей силы.
Все о датчиках силы — определение, размеры и применение
Аналоговый или механический датчик силы с допустимой нагрузкой 50 Ньютон.
Изображение предоставлено: Mrs_ya / Shutterstock.com
Измерители силы — это измерительные приборы, которые используются для количественной оценки силы, приложенной к объекту во время испытания или эксплуатации.Эти инструменты используются в самых разных отраслях и сферах применения, чаще всего в исследованиях и разработках, производственных операциях или в целях тестирования и контроля качества. Измерители силы обычно используются для проведения испытаний на выталкивание или вытягивание. По этой причине датчики силы также известны как датчики силы тяги или тяги или датчики силы натяжения и сжатия.
В этой статье дается краткое описание типов датчиков силы, их использования и принципов действия. Чтобы узнать больше о других разновидностях манометров, см. Соответствующее руководство по различным типам манометров.
Что такое Force
Сила может рассматриваться или определяться как взаимодействие, которое заставляет объект толкать, тянуть или воздействовать каким-либо иным образом, что влияет на объект или его характеристики. Сила может применяться как в заданной величине, так и в направлении, и поэтому является векторной величиной.
Существуют различные типы сил, которые могут применяться к объектам. Общеизвестная сила, с которой мы все сталкиваемся, — это сила тяжести, которая возникает из гравитационного поля Земли.Другие силы включают электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами, а также сильные и слабые ядерные взаимодействия, которые удерживают атомы вместе и объясняют бета-распад.
Измерители силы
предназначены для измерения механических сил, приложенных к объектам. Эти силы обычно являются толкающими или тянущими силами, также называемыми сжимающими или растягивающими силами.
Зависимость силы от веса
Одна общая область путаницы связана с пониманием разницы между силой и весом или массой объекта.Когда мы измеряем вес объекта с помощью весов или весов, мы действительно измеряем массу объекта. Масса — это мера количества вещества, из которого состоит объект, обычно выражается в фунтах (фунтах) или килограммах (кг).
Масса объекта постоянна независимо от того, где она измеряется во Вселенной. Но гравитационная сила, приложенная к объекту, будет варьироваться от места к месту во Вселенной. Два объекта заданной массы, один из которых расположен на Луне, а другой на Земле, имеют одинаковую массу, но при измерении с помощью весов будут отображать разные значения веса.Это связано с тем, что гравитационная сила Луны меньше, чем у Земли, и поэтому сила, оказываемая Луной на объект, меньше силы, которую Земля оказывает на объект той же массы.
Чтобы еще больше усложнить ситуацию, сила тяжести на Земле изменяется в зависимости от местоположения по широте и высоте. Итак, когда вы используете весы для измерения массы или веса объекта, эти весы необходимо откалибровать для того места, в котором они используются. Гравитационная постоянная (g), которая представляет собой ускорение, сообщаемое объекту у поверхности земли, имеет приблизительное значение 9.81 м / с ² или 32,2 фут / с ².
В то время как весы — это инструменты для измерения массы или веса, датчики силы предоставляют более широкие возможности и вместо этого измеряют силу, которая не всегда может быть напрямую связана с весом или массой. Единица силы обычно измеряется в Ньютонах (Н), килограммах-силе (кг-Ф), граммах-силе (г-Ф), фунтах-силе (фунт-фут) или унциях-силе (унция-Ф).
Типы манометров
Измерители силы
обычно бывают двух основных типов:
Механические (аналоговые) манометры
Цифровые манометры
Механические (аналоговые) манометры
В механических или аналоговых датчиках силы
используется датчик нагрузки или пружина, чтобы преобразовать величину измеряемой силы в калиброванное значение силы, которое отображается положением стрелки на индикаторе с градуированной шкалой.Этот тип датчика силы прочен, прост в использовании, легко транспортируется и, будучи механическим по своей природе, не требует электроэнергии для работы.
У механических силовых манометров
есть несколько ограничений. Во-первых, хотя они отображают результаты на циферблатном индикаторе при изменении условий силы, они не способны производить выборку и удерживать значения с течением времени. Большинство устройств могут удерживать только пиковое значение. Кроме того, циферблаты настроены на запись в единой системе измерения и единице измерения, такой как ньютоны.Это требует наличия нескольких датчиков или выполнения преобразований, если требуются разные единицы измерения.
Цифровые манометры
Вместо циферблатного индикатора с стрелкой в цифровых датчиках силы используется датчик нагрузки или тензодатчик, который преобразует величину приложенной или измеренной силы в электрический сигнал, который можно количественно измерить, откалибровать и оцифровать для непосредственного отображения. Хотя цифровые измерители силы могут быть более дорогими и для работы требуются аккумуляторные батареи, они обладают способностью отбирать, записывать и сохранять данные об измеренных значениях с течением времени, что дает дополнительное представление о характеристиках выполняемых измерений.Они также могут обеспечивать измерения средних и пиковых значений силы и лучше подходят для измерения быстро меняющихся значений силы, например, при испытании на удар. Кроме того, многие модели позволяют пользователю выбрать желаемую единицу измерения, в которой должны отображаться показания. По этим причинам цифровые датчики силы в значительной степени становятся предпочтительным инструментом для метрологических приложений, связанных с измерением силы.
Размеры и характеристики манометра
Измерители силы
обычно имеют размер и характеристики по нескольким общим параметрам, которые показаны ниже.Обратите внимание, что характеристики этих устройств могут отличаться от производителя к производителю, а также обратите внимание, что характеристики меняются в зависимости от типа датчика силы. Базовое понимание этих спецификаций упростит процесс поиска или определения модели.
Размер или вместимость — представляет максимальное значение силы, которое устройство способно зарегистрировать.
Градация — для аналоговых устройств означает количество линий, которые появляются на шкале измерения устройства.Больше линий обеспечивает большую детализацию измерения.
Разрешение — это степень точности, с которой могут быть выполнены измерения, и относится к емкости и градуировке. Так, например, аналоговый датчик силы с допустимой нагрузкой 500 Н и 100 линиями градуировки будет иметь разрешение 500/100 = 5 Н.
Точность — мера степени отклонения измеренного значения от действительной величины измеренной силы. Точность обычно определяется как +/- процент от полной шкалы датчика.
Единицы измерения — в зависимости от типа устройства датчики силы могут измерять и отображать значения силы в метрических или британских единицах. Аналоговые модели обычно устанавливаются для данной единицы измерения, в то время как цифровые датчики силы часто позволяют пользователю выбирать из различных желаемых единиц измерения.
Варианты насадок — большинство силовых манометров имеют набор насадок, включая крючки, удлинители и формы зонда, такие как плоский наконечник, конический наконечник, наконечник с долотом и наконечник с зубцами для различных применений.
Ход или отклонение — представляет собой максимальное перемещение плунжера или механического датчика, которое используется для измерения толкающей / тянущей силы, обычно определяемое при полном показании манометра.
Тип дисплея — для аналоговых устройств тип дисплея обычно представляет собой циферблатный индикатор со стрелкой. Для цифровых моделей варианты отображения могут включать ЖК-дисплей, светодиодный или цветной дисплей с высоким разрешением.
Отображаемые цифры — для цифровых силовых манометров представляет количество цифр, отображаемых устройством.Например, это могут быть 4 цифры с тремя справа от десятичной дроби. По мере увеличения емкости модели количество цифр может оставаться прежним, но слева от десятичной точки отображается больше цифр. Кроме того, разрешение устройства имеет тенденцию к снижению при увеличении мощности.
Частота дискретизации — это мера частоты, с которой собираются образцы данных значений усилия, обычно указывается в герцах (Гц). Более высокие частоты дискретизации обычно позволяют регистрировать измеренные значения, которые могут быть разбросаны при более низких скоростях дискретизации.
Конфигурация
— хотя многие датчики силы являются портативными, некоторые модели предназначены для установки на испытательные стенды для настольного использования.
Поддержка языков — любые цифровые модели могут поддерживать отображение на нескольких языках.
Срок службы батареи — приблизительное количество часов, в течение которых цифровой датчик силы может проработать, прежде чем потребуется подзарядка батареи.
Другие особенности — некоторые цифровые датчики силы могут иметь удаленные датчики нагрузки, которые позволяют удобно расположить дисплейную часть устройства вдали от измеряемого объекта.Другие модели могут иметь сменные зонды или датчики, которые можно использовать, например, для измерения крутящего момента, а также силы. Также доступен ряд вариантов испытательных стендов, включая моторизованные, механические или пневматические.
Примеры использования манометров
Калибры кузнечного калибра находят множество применений в различных отраслях промышленности — приведенные ниже примеры дают некоторое представление о том, как эти устройства могут быть применены.
Спорт — профессиональные спортсмены, например боксеры, используют измерители силы для измерения силы мышц и силы удара.
Измерение прочности материала — датчики силы используются для определения того, обладают ли материалы достаточной прочностью, чтобы выдерживать нагрузки, которым они будут подвергаться во время транспортировки или эксплуатации. Например, бутылка для воды может быть испытана на сжатие, чтобы определить, не вызовут ли силы сжатия, ожидаемые во время транспортировки, разрушение бутылки и утечку содержимого. В другом примере металлы могут быть испытаны, чтобы установить их предел прочности на разрыв и предел текучести, подвергая металл сжимающим и растягивающим усилиям и наблюдая за характеристиками материала.
Эргономика — когда пользователи взаимодействуют с продуктом, датчики силы могут использоваться для оценки того, является ли конструкция продукта функциональной с точки зрения взаимодействия с человеком — это означает, что сила, необходимая для взаимодействия с продуктом, представляет собой приемлемую и приемлемую силу. возможности большинства людей. Этот подход может применяться к различным ситуациям, таким как открытие дверной ручки автомобиля, нажатие клавиш на клавиатуре компьютера или открытие и закрытие крышки флакона с лекарством, отпускаемым по рецепту.
Измерение постоянной пружины — производители механических пружин будут использовать датчики силы, чтобы установить, что производимые пружины имеют надлежащую жесткость пружины (k), которая связывает усилие, которое пружина может создавать, с ее смещением из положения равновесия.
Отслаивание и расслоение — производители клеев могут использовать датчик силы для проверки прочности сцепления клеев, взяв образцы и записав максимальное усилие, которое испытательный образец может выдержать до разделения соединенных материалов.
Безопасность — дизайнеры и инженеры могут использовать датчики силы для проверки грузоподъемности различных крепежных элементов, которые фиксируют объекты, такие как поручни и перила, чтобы убедиться, что крепежные детали обеспечивают достаточное прилегание продукта для обеспечения безопасного использования и эксплуатации.
Сводка
В этой статье представлен краткий обзор датчиков силы, включая то, что они собой представляют, типы, основные характеристики и размеры. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70000 различных категорий продуктов и услуг, а также поставщиков силовых манометров и различных других датчиков, включая резьбовые пробки и кольцевые калибры, толщиномеры, ультразвуковые толщиномеры, цифровые манометры, калибры внутреннего диаметра, глубиномеры, профильные калибры, кольцевые калибры, пробковые и кольцевые калибры, калибры для резьбы и манометрические манометры.
Источники:
https://imada.com/what-is-a-force-gauge/
https://www.qualitymag.com/articles/93661-compression-force-testing-why-and-how
https://www.ametektest.com
https://www.testandmeasurementtips.com/force-gauges-and-their-applications/
https://www.forcegauge.net/
https://www.qualitymag.com/articles/85141-quality-101-force-gage-basics
https://www.pce-instruments.com/
Изделия для других манометров
Механические манометры: подробный обзор различных типов манометров
Магнитные уровнемеры для жидкости
Все о калибрах-щупах — определение, размеры и применение
Все о толщиномерах — определение, размеры и применение
Все о цифровых манометрах — определение, размеры и применение
Все о калибрах для внутреннего диаметра — определение, размеры и применение
Все о глубиномерах — определение, размеры и применение
Все о профильных калибрах — определение, размеры и применение
Все о кольцевых калибрах — определение, размеры и применение
Все о манометрах — определение, размеры и применение
Все о манометрах для пробок — определение, размеры и применение
Все о высотомерах — определение, размеры и применение
Все об уровнемерах — определение, размеры и применение
Больше от Instruments & Controls
Лучшие инструменты для измерения силы: аналоговые и цифровые датчики силы
Производители практически во всех отраслях полагаются на инструменты измерения силы при разработке важных реальных продуктов.Есть много различных типов инструментов, используемых для точного измерения силы. Сила может быть толкающей или тянущей. Хотя вы не можете увидеть силу, вы можете увидеть ее в действии. Для проведения этих измерений используются различные измерители силы, такие как измерители крутящего момента, испытатели на растяжение, испытатели на отслаивание и испытатели на сжатие. Единицей силы, используемой в этом типе измерения, является Ньютон, который обозначается буквой N.
Аналоговые и цифровые манометры
Тестирование проводится для проверки качества или возможностей продукта.Одним из примеров может служить способность ремня безопасности защитить человека при аварии на большой скорости. Другой пример — измерение силы, необходимой для открытия упаковки продукта. Существует множество различных способов использования аналоговых и цифровых датчиков силы для измерения силы, необходимой для использования практически каждого продукта, который вы используете в повседневной жизни. CSC Force Measurement имеет широкий спектр цифровых и аналоговых датчиков силы. Некоторые из наших наиболее популярных вариантов включают датчики силы Mark-10 и датчики силы Chatillon, оба из которых доступны на нашем веб-сайте.
Тензодатчик — это устройство, которое используется для преобразования одной формы энергии в другую. Датчики веса — это очень простой метод, который можно использовать для точного измерения силы. Многие различные отрасли промышленности полагаются на датчики веса для получения точных данных измерений. При правильной установке точность стандартных и нестандартных тензодатчиков может быть разработана для поддержки практически любого применения. Существует два основных типа тензодатчиков: аналоговые и цифровые. Важно понимать разницу между этими двумя типами инструментов измерения силы, а также их общее использование и преимущества.
Как работают аналоговые манометры
Одним из наиболее широко используемых типов датчиков веса является аналоговый датчик, который используется для измерения напряжения и деформации веса. Инженеры используют аналоговые датчики силы для точного измерения силы. В настоящее время у нас есть три аналоговых датчика силы, чтобы удовлетворить потребности наших клиентов. Первый — это механический датчик силы Chatillon серии DG. Он идеально подходит для испытаний при нагрузках до 500 фунтов-силы или 2,5 кН. Мы также предлагаем другие датчики силы Chatillon, в том числе серию Chatillon LG, которая является отличным выбором для широкого спектра применений для испытаний на силу до 100 фунтов-силы или 500 Н.Третий вариант в нашем предложении аналоговых манометров — модель Dillon X-ST. Он доступен в семи различных вариантах мощности, от 100 до 10 000 фунтов-футов с точностью ± 1 процент от полного диапазона.
Аналоговые датчики силы могут использоваться в качестве переносных испытательных устройств. Однако они также могут использоваться с механическим испытательным стендом для очень универсального и экономичного метода испытаний. В зависимости от модели и бренда, которые вы выберете, существует множество функций и дополнительных опций, которые могут быть добавлены в соответствии с вашими потребностями.Сертификаты калибровки стандартно поставляются с этими механическими датчиками силы. Используется для множества различных функций, включая испытание на растяжение и сжатие, в зависимости от ваших потребностей в инструментах измерения силы.
Как работают цифровые манометры
Основное различие между аналоговыми датчиками силы и цифровыми датчиками силы заключается в способе обработки сигнала. Цифровые сигналы намного сильнее аналоговых сигналов, обеспечивая более стабильный сигнал, защищенный от помех, которые могут быть вызваны температурой, электромагнетизмом и радиосигналами.Частота выборки данных цифровых силовых манометров также намного выше, чем у аналоговых тензодатчиков. В результате цифровые датчики веса и цифровые датчики силы могут считывать и записывать сотни измерений за секунды. Аналоговые датчики силы отлично подходят для простых испытаний; однако цифровые датчики силы лучше всего подходят для более сложных требований к измерениям.
Компания CSC Force Measurement предлагает цифровые датчики силы двух основных брендов: датчики силы Mark-10 и датчики силы Chatillon. У нас есть Mark-10 Series 2 (M2), Series 3 (M3), Series 4 (M4), Series 5 (M5) и Series 7 (M7).У нас также есть датчик Mark-10 M5-2-COF (коэффициент трения), который является основным элементом системы тестирования COF. В серии Chatillon мы предлагаем серию DFE II, серию DFS II / DFS II-R и серию DFX II, которые доступны в четырех вариантах грузоподъемности, включая 10 фунтов-силы, 50 фунтов-силы, 100 фунтов-силы и 200 фунтов-силы.
Нужна помощь? Обратитесь в CSC Force Measurement
Если вы не уверены, какие измерители силы лучше всего подходят для ваших нужд, позвоните нам по бесплатному телефону 1-800-866-3672. Наша команда может ответить на любые ваши вопросы об аналоговых и цифровых датчиках силы.На нашем веб-сайте представлены подробные спецификации, спецификации и видеоролики обо всех датчиках силы Mark-10 и датчиках силы Chatillon, которые мы продаем. Позвоните сегодня, чтобы разместить заказ или узнать больше о нашем полном спектре инструментов для измерения силы в CSC Force Measurement.
No related posts.

Разное