Измерение силы резания при сверлении сверлами БТА
Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/53865
| Title: | Измерение силы резания при сверлении сверлами БТА |
| Authors: | Чжоу, Ухуэй |
| metadata.dc.contributor.advisor: | Арляпов, Алексей Юрьевич |
| Keywords: | сверло БТА; силы резания; обработка глубоких отверстий; обработка глубоких отверстий cверлами БТА; составляющих силы резания; BTA Deep Hole Drill; measuring Cutting Force; deep-hole drilling; BTA Deep-Hole Drilling; components of the cutting force |
| Issue Date: | 2019 |
| Citation: | Чжоу У. Измерение силы резания при сверлении сверлами БТА : магистерская диссертация / У. Чжоу ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Инженерная школа новых производственных технологий (ИШНПТ), Отделение материаловедения (ОМ) ; науч. рук. А. Ю. Арляпов. — Томск, 2019. |
| Abstract: | Целью выпускной квалификационной работы является измерение составляющих силы резания при сверлении сверла БТА с различными режимами резания и выяснение зависимости составляющих силы резания от режимов резания.
В данной выпускной квалификационной работе рассматривается теоретическое и экспериментальное исследование силы резания при сверлении сверлами БТА. В работе приводятся сведения о конструкции сверла БТА и процесса сверления сверлами БТА. Помимо этого рассматриваются: сложности и задачи проектирования сверла БТА, система сил, действующих на сверло БТА, анализ выбранной схемы системы сил; описание эксперимента, анализ полученных экспериментальных данных. |
| URI: | http://earchive.tpu.ru/handle/11683/53865 |
| Appears in Collections: | Магистерские диссертации |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
| Комплект состоит из пяти предварительно собранных сегментов, с использованием которых может быть построен оптический пинцет, также известный как оптическая ловушка. | Преимуществом данного комплекта является гибкость по сравнению с другими закрытыми системами оптических пинцетов. |
| Характеристики манипулятора: | |
| Сила захвата: | 1 пН |
| Размер фокального пятна: | 1.1 мкм |
| Глубина фокуса: | ~1 мкм |
| Эффект ввода излучения в оптическую ловушку: | ~42% от выходной мощности из волоконно-оптического кабеля доставки излучения |
| Диаметр входного пучка: | |
| Максимальная мощность на выходе из канала: | 330 мВт |
| Характеристики микрообъектива: | |
| Используемый микрообъектив: | иммерсионный, 100 кратный с числовой апертурой 1.25 |
| Входная апертура: | Ø 5 мм |
| Рабочая дистанция: | 0.23 мм |
| Полоса пропускания: | 380 — 1100 нм |
| Рекомендуемая толщина защитного стекла: | 0,17 мм |
| Характеристики линзы: | |
| Тип: | воздушный конденсор,10 кратное увеличение с числовой апертурой 0.25 |
| Рабочая дистанция: | 7 мм |
| Полоса пропускания: | 380 — 1100 нм |
| Длина волны лазера, используемого для захвата и манипуляции микро- и наночастицами: | 975 нм |
ВНИИМ::Измерение режимов цепей-Публикации
Научно-исследовательская лаборатория госэталонов в области измерений режимов электрических цепей
- Байков В.М., Крестовский В.В., Телитченко Г.П., Шевцов В.И. Методологические особенности проведения международных сличений эталонов переменного напряжения. — Измерительная техника, N 2, 2000
- Галахова О.П. Методы сличений эталонов переменного тока при первичной оценке и периодическом контроле их погрешностей. — Измерительная техника, N 2, 2000
- Крутиков В.Н., Катков А .С . Эталон вольта России. Контрольно-измерительные приборы и системы, N 3, 2000, 25
- R.Behr and J.Niemeyer, A.Katkov. Comparison of the Josephson voltage standards of VNIIM and PTB. Conference Digest CPEM 2000. Sydney, 2000, 251-252.
- D.Reymann, T.J.Witt, P.Vrabček, Y.H.Tang, C.A.Hamilton, A.Katkov, B.Jeanneret, O.Power. Recent developments in BIPM voltage standard comparisons. Conference Digest CPEM 2000. Sydney, 2000, 253-254.
- Катков А.С., Короткова И.В., Павлов О.М. Современное состояние метрологической базы в области измерения силы постоянного электрического тока. — В сборнике материалов 3-й международной конференции «Метрология и измерительная техника». — Харьков, 2000
- Галахова О.П., Телитченко Г.П. Состояние эталонной базы в области измерения силы переменного тока при частотах 20-1.106 Гц. — В сборнике материалов 3-й международной научно-технической конференции «Метрология в электронике». — Харьков, 2000
- R.Behr, J.Niemeyer, A.Katkov. Comparison of the Josephson Voltage Standards of VNIIM and PTB. IEEE Trans. Instrum. Meas. vol.50, pp. 203-205, Apr. 2001.
- D.Reymann, T.J.Witt, P,Vrabcek, Y.Tang, C.A Hamilton, A.S.Katkov, B.Jeanneret, O.Power. Recent Developments in BIPM Voltage Standards Comparisons. IEEE Trans. Instrum. Meas. vol.50, pp. 206-209, Apr. 2001.
- Галахова О.П. Государственный специальный эталон единицы силы тока в диапазоне частот 20-106 Гц. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» — 2001.
- Галахова О.П., Колтик Е.Д. Токовые весы для абсолютных силы постоянного электрического тока. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» — 2001.
- Галахова О.П. Методы сличений эталонов переменного тока при первичной оценке и периодическом контроле их погрешностей. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» — 2001.
- Колтик Е.Д., Семенов Ю.П., Телитченко Г.П. Пути кардинального повышения точности электрических измерений — В книге «Фундаментальные проблемы теории точности» – СПб.: Изд-во «Наука», 2001, глава 10, с. 413-435
- Катков А.С, Павлов О.М. Государственный первичный эталон единицы силы постоянного электрического тока. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» – 2001.
- Катков А.С, Кржимовский В.И., Колтик Е.Д. Государственный первичный эталон единицы электродвижущей силы и электрического напряжения — вольта. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» — 2001.
- Байков В.М. Государственный специальный эталон единицы электрического напряжения в диапазоне частот от 20 Гц до 30 МГц. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» – 2001.
- Крестовский В.В. Государственный специальный эталон единицы электрического напряжения в диапазоне частот 30- 3000 МГц. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» — 2001.
- Байков В.М., Крестовский В.В., Телитченко Г.П., Шевцов В. И. Методологические особенности проведения международных сличений эталонов переменного напряжения. — Российская метрологическая энциклопедия. — СПб.: «Лики России» — 2001.
- Медякова Э.И. Парахуда Р.Н., Шевцов В.И. Автоматизация измерений и контроля. Рабочая программа. Методические указания к изучению дисциплины. Задания на контрольную работу. — РИО СЗТУ, Санкт-Петербург, 2001 г.
- Александров В.С., Катков А.С., Телитченко Г.П. Новый государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы. — Измерительная техника, N 3, 2002, c. 6-9
- Телитченко Г.П. Система обеспечения единства измерений переменного электрического напряжения: состояние — Изд-во С-Петербургского государственного университета, 2002, 44 с.
- Телитченко Г.П., Шевцов В.И. Анализ системы обеспечения единства измерений переменного напряжения — В сб.: Проблемы машиноведения и машиностроения. Вып. 26.-СПб.: СЗТУ, 2002.-c.48-72
- Катков А.С., Короткова И. В. Система обеспечения единства измерений постоянного электрического напряжения и ЭДС. «Гироскопия и навигация» N 4 (39), 2002, c.84
- Лячнев В.В., Крестовский В.В. Современное состояние поверки средств измерений переменного электрического напряжения — Сборник трудов АСМС, 2002.
- Лячнев В.В., Крестовский В.В. Специфика методики поверки милли- и микровольтметров в широком диапазоне частот. — Квалификация и качество, N 4, 2002
- Катков А.С., Галахова О.П., Короткова И. В. История создания и развития эталонов вольта России. Законодательная и прикладная метрология, N 5, 2002, 53-63.
- Парахуда Р.Н., Шевцов В.И. Автоматизация измерений и контроля. Письменные лекции — РИО СЗТУ, Санкт-Петербург, 2002 г.
- Медякова Э.И., Кравченко С.А., Шевцов В.И. Измерительные преобразования и измерительные преобразователи. Письменные лекции — РИО СЗТУ, Санкт-Петербург, 2002 г.
- Alexandrov V.S., Katkov A.S., Telitchenko G.P. В сб.: Conference digest “Conference on precision electromagnetic measurements” CPEM 2002. Ottawa, Canada, June 2002, pp. 492-493
- A.Katkov, V.Lovtsus, R.Behr, J.Niemeyer. Transportable Josephson Voltage Standard. Conference Digest CPEM2002. Ottawa, 2002, 488-489.
- Катков А.С., Галахова О.П., Короткова И.В. История создания и развития эталонов вольта России. Законодательная и прикладная метрология, N 5, 2002, 53-63.
- A.Katkov, R.Behr, G.Telitchenko, J.Niemeyer. VNIIM-PTB Comparison Using a Portable Josephson Voltage Standard. Metrologia 2003, 40, 89-92.
- G.Marullo-Reedtz, R.Cerri, I.Blanc, O.Gunnarsson, J.Williams, F.Raso, K.-T.Kim, R.B.Frenkel, Z.Xiuzeng, A.S.Katkov, R.Dziuba, M. Parker, B.M.Wood, L.A.Christian, E.Tarnow, S.K.Mahajan, A.Singh, Y.Sakamoto. Comparison CCEM-K8 of DC Voltage Ratio: Results. IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 52, N 2, pp.419-423, April 2003.
- Малинин Д.В., Катков А. С. Термостат для мер электродвижущей силы // Измерительная техника. — 2003. — N 10. — С. 36-38.
- A.Katkov. 1000 V dc voltage ratio calibration at VNIIM. Conference Digest CPEM2004, London, 2004, 575-576.
- M.Klushin, A.S.Katkov, E.Pesel and P.Warnecke. DC resistive divider for 10 V HTS voltage calibrator. Conference Digest CPEM2004. London, 2004, 332-333.
- Alexandrov V.S., Korotkova I.V., Pavlov O.M., Telitchenko G.P. Transportable lowest current standard. Conference Digest CPEM2004. London, 2004, 550-551.
- Галахова О.П., Телитченко Г.П. Метрологическое обеспечение средств измерений переменного электрического тока в диапазоне частот 20 Гц — 1 МГц. // Главный метролог, N 5, 2004, С. 36-40
- S.Katkov, A.M.Klushin, G.P.Telitchenko, R.Behr, and J.Niemeyer. Challenges of Josephson Junction Arrays for ac Voltage Generation by Microwave Pulse Power Modulation. IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 15, no. 2, 2005, pp. 352-355.
- Катков А.С. Транспортируемый эталон сравнения на эффекте Джозефсона // Измерительная техника. — 2005 — N 2 — c. 48-51.
- Катков А.С. Метод калибровки эталонных делителей напряжения до 1000 В // Измерительная техника. — 2005 — N 4 — С. 52-56.
- Катков А.С. Особенности построения поверочной схемы для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы. // Измерительная техника. — 2005 — N 8 — c. 48-49.
- R.Behr, A.Katkov, «Comparison of Josephson array voltage standards by using a portable Josephson transfer standard», EUROMET.EM.BIPM-K10.a, Final Report, 2005 (kcdb.bipm.org/AppendixB/appbresults/bipm.em-k10.a/euromet.em.bipm-k10.a_final_report.pdf)
- Klushin M., Katkov A.S., Druzhnov D.M., Klein N. Progress in the voltage calibrator based on arrays of high-temperature superconductor Josephson junctions. Proceedings of 6th International seminar on electrical metrology, Brazil, 2005, р. 29-31.
- Телитченко Г.П. Роль стабильных квантовых эффектов в проблеме повышения точности измерений переменного электрического напряжения. В книге: Проблемы машиноведения. М.: Наука, 2005, 680 с.
- Телитченко Г.П., Шевцов В.И., Клеменсова С.А. Пути модернизации вторичных эталонов РЭН-2 и РЭН-2М. // Главный метролог, N 3, 2005, c.13-15.
| Монтажные приспособления |
Применимые датчики силы |
|
|
Нагрузочная площадка FA |
Датчик силы сжатия |
CLB-NA, CLA-NA, CLP-NB, CLG-NB, CLM-NB, CLU-NA, CLR-NAH |
|
Универсальный датчик силы растяжения/сжатия |
TCLN-NA, TCLB-NA, TCLA-NB, TCLP-NB, TCLK-NA, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB |
|
|
Монтажный фланец FB |
Датчик силы сжатия |
CLB-NA, CLA-NA, CLP-NB, CLG-NB, CLM-NB, CLU-NA, CLR-NAH |
|
Универсальный датчик силы растяжения/сжатия |
TCLB-NA, TCLM-NB |
|
|
Скользящая опора FC |
Датчик силы сжатия |
CLA-NA, CLP-NB, CLG-NB, CLM-NB, CLU-NA, CLR-NAH |
|
Поворотное приспособление FD |
Универсальный датчик силы растяжения/сжатия |
TCLB-NA, TCLZ-NA TCLU-NA, TCLM-NB |
|
Проушина FE |
Универсальный датчик силы растяжения/сжатия |
TCLN-NA, TCLB-NA, TCLA-NB, TCLA-NB, TCLP-NB, TCLK-NA, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB |
|
Датчик силы растяжения |
TLJ-NA |
|
| Рым-болт FF | Универсальный датчик силы растяжения/сжатия | TCLP-NB, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB |
| Нагрузочный болт FG |
Универсальный датчик силы растяжения/сжатия |
TCLB-NA, TCLP-NB, TCLK-NA, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB |
|
Скоба FH |
Универсальный датчик силы растяжения/сжатия |
TCLP-NB, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB |
|
Датчик силы растяжения |
TLP-NB |
|
Трехосевой акселерометр МЭМС компании Analog Devices для измерения больших ускорений позволяет создавать системы обнаружения и измерения силы ударов, обладающие повышенной точностью
Компания Analog Devices, Inc. (ADI), мировой лидер в производстве высококачественных полупроводниковых компонентов для задач обработки сигналов, представила выполненный по технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы) трехосевой цифровой акселерометр с диапазоном измерения 200 g, который обладает наибольшей шириной полосы и наименьшей потребляемой мощностью среди устройств данного класса. Акселерометр МЭМС ADXL375 в непрерывном режиме измеряет длительность воздействия и ускорение, возникающее при ударах, в диапазоне полной шкалы ±200 g без насыщения. Этот новый датчик потребляет ток 140 мкА при полной полосе измерения до 1600 Гц, обеспечивая вдвое большую частоту дискретизации по сравнению с конкурирующими продуктами при вдвое меньшей потребляемой мощности. ADXL375 подходит для применения в сетях беспроводных датчиков с низким энергопотреблением и питанием от батарей, которые используются в задачах выявления возможных сотрясений, транспортировки и отслеживания состояния объектов, а также других областях, для которых характерно внезапное воздействие ударных нагрузок большой силы.
- Ознакомьтесь со страницей продукта ADXL375, загрузите техническое описание или закажите образцы: http://wcm.corpnt.analog.com/ru/products/mems/mems-accelerometers/adxl375.html
- Взаимодействуйте с экспертами по продукции и инженерами по применению Analog Devices в онлайн-сообществе технической поддержки EngineerZone™: http://ez.analog.com/community/mems
ADXL375 делает возможным создание системы обнаружения ударов Blast Gauge™ следующего поколения
ADXL375 был использован в проекте Blast Gauge™ последнего поколения — нательной системы детектирования взрывной волны, разработанной компанией BlackBox Biometrics. Данное устройство в настоящий момент внедряется в вооруженных силах США для измерения и записи данных об ударных воздействиях, которые в дальнейшем используются в целях повышения безопасности и контроля здоровья. В нем также применяется малопотребляющий трехосевой акселерометр МЭМС ADXL362 компании Analog Devices, который используется в составе интеллектуального, непрерывно функционирующего переключателя питания с активацией при движении для повышения срока службы батарей.
“ADXL375 обеспечивает измерение больших ускорений с самой высокой в отрасли частотой дискретизации, позволяя Blast Gauge более точно обнаруживать воздействие взрывной волны и ударов, которым подвергаются солдаты на поле боя и в ходе учений, — говорит Дэвид Боркхолдер, ведущий специалист по технологиям компании BlackBox Biometrics. — Этот компонент в комбинации с обладающим крайне низкой потребляемой мощностью акселерометром ADXL362 сделал возможным создание усовершенствованной системы Blast Gauge с улучшенными способностями различения потенциально опасных и безвредных событий.”
Акселерометр МЭМС ADXL375 с выбираемыми пользователем уровнями срабатывания
Трехосевой акселерометр МЭМС ADXL375 с диапазоном измерения 200 g содержит интегрированную систему управления памятью, включающую в себя буфер FIFO (first-in, first-out) глубиной 32 элемента. Буферная память поддерживает режим пониженного энергопотребления, который может быть использован для задания порогов срабатывания, управления процессом сохранения данных и снижения общей потребляемой мощности системы, освобождая хост-процессор от необходимости выполнения этих задач.
Цена и доступность для заказа
| Продукт | Серийное производство | Цена за штуку при заказе от 1000 штук | Корпус |
| ADXL375 | Выпускается | $4.79 | 14-выводный LGA 3 мм × 5 мм × 1 мм |
Определение измерения силы, продукты, безопасность
Тема измерения силы охватывает надежное и точное измерение сил растяжения и сжатия с использованием различных технологий. Основное внимание уделяется защите людей и высокой стоимости активов, а также безопасности и надежности производства. Благодаря интеграции компании Tecsis, признанного мирового производителя измерительной техники, WIKA предлагает самый большой в мире портфель продуктов для измерения силы, разработанных и изготовленных собственными силами — от датчиков силы с тензодатчиками до гидравлических измерений и измерения силы с помощью тонкопленочной технологии. геометрические формы, при номинальных нагрузках от 0.От 5 Н до более 10 000 кН.
Измерение силы: наше портфолио
Ассортимент продукции в области измерения силы включает датчики силы растяжения и сжатия, датчики кольцевой силы, поперечные и изгибающие балки, динамометрические датчики, нагрузочные штифты, натяжные звенья, датчики силы и деформации троса, датчики нагрузки и датчики гидравлической силы, а также электроника и системы. Они используются во многих отраслях промышленности: машиностроение, автоматизация и технологические процессы — лишь три из многих примеров отрасли.Измерение силы также используется, например, в кранах и подъемных механизмах, в сельскохозяйственной технике, а также в портовой логистике.
Такое разнообразие изделий отражается не только в областях применения и измерениях, но и в многочисленных геометрических характеристиках датчиков силы. Это позволяет нам разрабатывать продукты для наших клиентов, которые могут быть интегрированы непосредственно в поток сил приложения — выполняются требования к высокоточным измерениям. В статье о датчиках силы вы можете узнать больше о технологиях измерения силы, используемых в WIKA: тензодатчики, гидравлические измерения и тонкопленочные технологии.
Если ваше приложение для измерения силы требует особого подхода, наши инженеры будут рады разработать для вас индивидуальное решение.
Измерение силы: наши стандарты качества
Как и в случае со всеми другими параметрами измерения, вы можете положиться на проверенное качество WIKA. Весь производственный процесс сертифицирован. Также предлагаем продукцию с различными допусками:
- Процессы, ориентированные на продукт, оценены DQS и сертифицированы по ISO 9001: 2015
- Датчики силы с протоколом безопасности CANopen и CANopen для задач измерения, связанных с безопасностью
- Датчики силы, совместимые с уровнем полноты безопасности (SIL) и уровнем производительности (PL) и имеющие следующие разрешения для использования во взрывоопасных зонах: ATEX, IECEx, FM, CSA, UL, OIML
- Мы работаем строго в соответствии со спецификациями DIN EN ISO 13849-1 и 2006/42 / EC (директива по машинному оборудованию) и выполняем до PL e
- Международные аудиты и аттестации
- У нас есть возможности TEDS
При измерении силы наши высокие требования к качеству приносят пользу нашим клиентам, с которыми мы часто работаем в тесном сотрудничестве по развитию.В частности, они ценят опыт и компетентность наших инженеров-разработчиков и технических специалистов, которые интенсивно анализируют условия и процессы на месте и включают их в конкретные требования клиентов. Результатом являются индивидуальные решения.
Измерение силы собственного производства: на трех континентах
Основой разнообразного ассортимента продукции для измерения силы является эффективное производство. Как производитель, мы располагаем производственными площадками на трех континентах. Это позволяет нам гибко реагировать на различные требования и предлагать «местные ответы» в глобальном масштабе.
- На главном предприятии в Оффенбахе, Германия, основное внимание уделяется тонкопленочной технологии (вварной) и датчикам гидравлического усилия.
- Наши специалисты по (клееным) тензодатчикам находятся в США. В первую очередь они реализуют специальные решения для качественного индивидуального производства.
- В Китае при измерении силы основное внимание уделяется тензодатчикам, но в основном для специальных решений при серийном производстве.
Измерение силы
Для вас важна эффективность? Именно поэтому на протяжении многих лет мы разработали комплексную стандартную программу для измерения силы.Наша техническая команда продаж может дать вам компетентный совет по этому поводу — мы с радостью будем в вашем распоряжении: как согласовать технологии, так и адаптировать чертежи. Выберите партнера с ноу-хау и опытом. Доверьтесь ведущему производителю в области измерения силы.
Свяжитесь с нами
Хотите получить дополнительную информацию? Напишите нам:
Измерение силы | HBM
Как работает пьезоэлектрический преобразователь силы
В этой статье HBM объясняется, как работают пьезоэлектрические датчики.Узнайте больше о конструкции, способе работы и применении этих датчиков.
Пьезоэлектрические датчики: какой из них подходит для моего применения?
Руководство по выбору пьезодатчиков HBM: как принять правильное решение.
Силовые шайбы для производства, тестирования и мониторинга
Узнайте о силовых шайбах на основе тензодатчиков и пьезоэлектрических датчиков, а также о том, какие задачи и условия измерения требуют какой технологии.
Видео: Методы измерения силы
В нашем новом видео о методах измерения силы дается двухминутный обзор методов, которые лучше всего подходят для вашего приложения.
Гальваническая развязка в пьезоэлектрических измерительных цепях
Прочтите нашу новую техническую статью, чтобы узнать, как гальваническая развязка облегчает установку пьезоэлектрического испытательного и измерительного оборудования в полевых условиях.
Измерение малых сил при высокой начальной нагрузке
В этой статье мы представляем преимущества пьезоэлектрических датчиков и датчиков на основе тензодатчиков, измеряющих небольшие силы при высокой начальной нагрузке.
Датчики силы на основе тензодатчиков
Датчики силы на основе тензодатчиков имеют так называемый пружинный элемент или нагруженный элемент, к которому прилагаются измеряемые силы.
Пьезоэлектрический преобразователь силы: 5 правил установки и
Хотите использовать пьезоэлектрические преобразователи силы? В таком случае убедитесь, что вы соблюдаете наши 5 правил установки и ввода в эксплуатацию, чтобы
Пьезоэффект и его применение
В техническом документе вкратце описывается пьезотехнология.
Пьезоэлектрические или тензометрические преобразователи силы?
Пьезоэлектрические датчики или датчики силы на основе тензодатчиков — какой принцип подходит для измерения силы?
Измерение прямого усилия — обзор
14.22 Экспериментальные измерения двухслойных сил и сил DLVO
На рисунке 14.15 показаны экспериментальные результаты прямых измерений сил между двумя поверхностями слюды в разбавленных растворах электролитов 1: 1 и 2: 1, где длина Дебая велика, что позволяет провести точное сравнение с теорией. производиться на расстояниях, намного меньших длины Дебая. Теоретические законы силы DLVO (с использованием точных решений нелинейного уравнения ПБ, которые отличаются от приближенных уравнений из раздела 14.16 только ниже κ −1 ) показаны сплошными кривыми. Согласование замечательно хорошее при всех разделениях, вплоть до 2% от κ -1 , и указывает на то, что теория DLVO в основном верна. Можно также сделать вывод, что диэлектрическая проницаемость воды должна быть такой же, как и объемная величина даже при расстоянии между поверхностями всего 2 нм, поскольку в противном случае произошли бы значительные отклонения от теории (Hamnerius et al., 1978, показали, что диэлектрическая проницаемость воды остается неизменным даже в пленках толщиной 1 нм).Поверхностные потенциалы ψ 0 , выведенные из величины сил двойного слоя, в пределах 10 мВ согласуются с потенциалами, измеренными независимо на изолированных поверхностях слюды методом электрофореза (Lyons et al., 1981). Кроме того, плотность поверхностного заряда, соответствующая этим потенциалам, обычно составляет 1 e на 60 нм 2 . Таким образом, при расстоянии менее примерно 8 нм поверхности фактически находятся ближе друг к другу, чем среднее расстояние между поверхностными зарядами, и все же силы двойного слоя все еще ведут себя так, как если бы поверхностные заряды размазывались.Причина этого станет ясна в разделе 14.24.
На рис. 14.16 показано первое АСМ-измерение двухслойных сил между двумя поверхностями кремнезема, выполненное Дакером и др. (1991). И снова результаты хорошо согласуются с теорией, за исключением небольших расстояний, когда адгезия не измерялась. Как упоминалось в предыдущем разделе, в случае диоксида кремния считается, что отсутствие адгезии в водных растворах электролитов связано с выступающими группами кремниевой кислоты на поверхности диоксида кремния, которые несут отрицательные заряды и определяют ОНР (см. Также Раздел 15 .8 и Vigil et al., 1994).
Рисунок 14.16. Первое точное измерение двухслойных сил с помощью АСМ между шариком диоксида кремния радиусом R ~ 1,5 мкм и плоской поверхностью диоксида кремния в водных растворах NaCl. Обратите внимание на то, как силы отталкивания ближнего двойного слоя и силы «гидратации» увеличиваются с увеличением ионной силы, даже если диапазон дальнего отталкивания двойного слоя уменьшается — эффект также наблюдается в силах между другими поверхностями, такими как слюда (рис. 14.15).
[Воспроизведено из Ducker and Senden, 1992, с разрешения.]Другие измерения SFA, AFM и осмотического давления двухслойных сил или сил DLVO проводились в различных растворах одновалентных, двухвалентных и поливалентных электролитов (Pashley, 1981a, b, 1984; Pashley and Israelachvili, 1984; Horn et al., 1988a), между поверхностно-активным веществом и липидными бислоями (Pashley and Israelachvili, 1981; Marra, 1986b, c; Marra and Israelachvili, 1985; Claesson and Kurihara, 1989; Pashley et al., 1986; Diederichs et al., 1985; Dubois et al. ., 1992; Delville et al., 1992, 1993; Anderson et al., 2010), через мыльные пленки (Derjaguin, Titijevskaia, 1954; Lyklema, Mysels, 1965; Donners et al., 1977), между кремнеземом, сапфиром и поверхностями металлов или оксидов металлов (Horn et al., 1988a, 1989; Smith et al., 1988; Meagher, 1992; Vigil et al., 1994; Larson et al., 1993), а также в неводных полярных жидкостях (Christenson, Horn, 1983, 1985). Результаты по поверхностно-активным и липидным бислоям, а также по биологическим молекулам и поверхностям обсуждаются более подробно в последующих разделах, посвященных амфифильным и биологическим системам.Здесь мы больше сконцентрируемся на твердых неорганических поверхностях.
В целом результаты хорошо согласуются с теорией DLVO (рис. 14.17), часто вплоть до разделений, значительно меньших длины Дебая (см. Рис. 14.15). Когда отклонения действительно происходят, их обычно можно отнести к наличию других сил, не относящихся к DLVO, или к существованию слоя Штерна или выступающих коионов. Прямое экспериментальное измерение стабилизации слоя Штерна показано на рисунке 14.18, где противоионы, использованные в этом исследовании, были необычно большими.Это показывает, что короткодействующее стабилизирующее отталкивание, даже при высоком содержании соли, не обязательно подразумевает наличие дополнительной силы, не связанной с DLVO (такой как сила сольватации или гидратации, обсуждаемая в главе 15). Но это требует объяснения того, что определяет конечное значение δ .
Рисунок 14.17. Классические силы DLVO, измеренные между двумя сапфировыми поверхностями в 10 −3 M растворах NaCl при различных значениях pH. Сплошные линии — это теоретические силы DLVO для показанных потенциалов и постоянной Гамакера A = 6.7 × 10 −20 J.
[Данные экспериментов SFA с поверхностями в геометрии скрещенных цилиндров, эквивалентных сфере радиуса R вблизи плоской поверхности или двум сферам радиуса 2R, адаптированные из Horn et al., 1988a .]Рисунок 14.18. Пример эффектов слоя Штерна из-за конечного размера противоионов. Измеренные силы между двумя поверхностями слюды в различных растворах тетраалкиламмонийбромида (Claesson et al., 1984). Непрерывные кривые представляют собой ожидаемые взаимодействия DLVO, предполагающие потенциалы, как показано, и толщину слоя Штерна δ на поверхность, равную диаметрам (борновское отталкивание) адсорбированных катионов: δ = 0.6 нм для метиламмония (Me 4 N + ), δ = 0,9 нм для пропиламмония (Pr 4 N + ) и δ = 1,2 нм для пентиламмония (Pe 4 N + ). Обратите внимание, как сдвиг наружу в OHP устранил максимум силы и основной минимум.
[Данные экспериментов SFA с поверхностями в геометрии скрещенного цилиндра, эквивалентными сфере радиуса R вблизи плоской поверхности или двум сферам радиуса 2R.]Как уже отмечалось, для некоторых геометрий двухслойное отталкивание при постоянном потенциале уменьшается на большом расстоянии, но увеличивается на коротком расстоянии с увеличением ионной силы.Этот эффект может объяснить коагуляцию коллоидных частиц и коллапс некоторых заряженных полимеров с увеличением соли с последующим их повторным диспергированием и повторным расширением при дальнейшем увеличении концентрации (Kallay et al., 1986; Drifford et al., 1996).
Возможно, удивительно, что измеренные двухслойные силы так хорошо описываются теорией, которая, в отличие от теории сил Ван-дер-Ваальса, содержит ряд довольно радикальных предположений, а именно. предполагаемое размытие дискретных поверхностных зарядов, то, что ионы можно рассматривать как точечные заряды, игнорирование сил изображения и то, что уравнение PB остается справедливым даже на малых расстояниях и высоких концентрациях.Одна из причин этого заключается в том, что многие из этих эффектов действуют в противоположных направлениях и имеют тенденцию нейтрализовать друг друга. Как только что упоминалось, большинство экспериментальных отклонений в силах от тех, которые ожидаются от теории DLVO, вызваны не каким-либо нарушением теории DLVO, а скорее наличием слоя Штерна или присутствием других сил, таких как ионная корреляция. , сольватация, гидрофобные или стерические силы. Эти дополнительные силы, конечно, очень важны, особенно в более сложных коллоидных и биологических системах, где они часто доминируют во взаимодействиях на коротком расстоянии, где происходит большинство интересных вещей.Их рассмотрение составляет значительную часть остальной части этой книги.
Дифференциальный метод измерения силы на основе электростатической силы
Измерение малых сил очень важно с развитием технологии. Применяется электростатическая сила, при которой пара коаксиальных цилиндрических конденсаторов генерирует электростатическую силу, когда напряжение прикладывается к внутреннему и внешнему электродам. Однако измеренная сила будет перекрываться шумом (ползучесть, вибрация земли и воздушный поток) и не может быть точно измерена.В этой статье мы представляем дифференциальный метод уменьшения влияния шума. Механической пружиной служат два идентичных параллелограммных механизма (ПМ). Один из PM служит эталоном, а другой — датчиком силы. Общий сигнал будет смещен, а разностный сигнал будет служить выходным. Таким образом, эффект ползучести будет уменьшен. Система измерения электростатической силы характеризовалась приложением механических сил известной величины посредством нагружающих грузов калиброванных масс.Была оценена погрешность напряжения, лазерного интерферометра и градиента емкости. Для измеренной силы относительная погрешность составляет менее 4%.
1. Введение
Измерение малых сил очень важно с развитием технологии [1–19]. Он включает в себя прецизионный прибор, MEMS [1, 2], биологию [12, 13], распределение магнитного поля [14, 15] и трибологические свойства материала [16–19]. Научно-исследовательские институты проводят исследования от страны к стране.Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в США создал систему измерения силы, основанную на электростатической силе, с разрешением 15 нН [3, 4]. Чувствительность системы ограничивалась шумом. Чтобы уменьшить вибрацию, система NIST была построена на 12 м под землей, чтобы уменьшить вибрацию. Группа физико-технических специалистов (PTB) в Германии, занимающаяся метрологией силы нано-Ньютона, разработала маятник с алюминиевой пластиной; разрешение установки ограничивалось шумом.PTB установил две идентичные системы для уменьшения шума. Эта установка могла измерять силы менее 10–5 Н с разрешением 10–12 Н [5, 6]. Национальная физическая лаборатория (NPL) разработала баланс сил с рабочим диапазоном от 10 –9 Н до 10 –6 Н [7, 8]. Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) построил калибратор нанофорс, который реализовал калибровку кантилеверов, чья жесткость находится в пределах 0,01 ~ 100 Н / м, с относительной стандартной погрешностью 1% [9, 10].
Шум (ползучесть, вибрация земли и воздушный поток) является одним из пределов разрешения силы. Измеренная сила будет покрыта шумом, и ее нельзя будет точно измерить. Улучшение окружающей среды — один из способов уменьшить влияние шума. Сонг представил воздушное демпфирование для улучшения подавления шума окружающей среды [11]. В этой статье мы представляем дифференциальный метод измерения силы (DFM), чтобы уменьшить влияние шума. По сравнению с другим методом DFM более удобен и менее требователен к среде нанесения.Более того, DFM можно применять в сочетании с другими методами, описанными выше, для дальнейшего снижения шума.
2. Результаты
2.1. Система электростатических сил
Применяется электростатическая сила, в которой пара коаксиальных цилиндрических конденсаторов генерирует электростатическую силу, когда напряжение прикладывается к внутреннему и внешнему электродам [20–22]. Соотношение между приложенным напряжением и электростатической силой определяется следующим образом: где — напряжение, приложенное к внутреннему и внешнему электродам; — генерируемая электростатическая сила; — разность потенциалов между электродами, возникающая в результате предполагаемых эффектов поверхностного поля; — градиент емкости: где — радиус внутреннего электрода, — радиус внешнего электрода и — абсолютная диэлектрическая проницаемость.
Внутренний электрод, который закреплен на конце параллелограммного механизма, свободно перемещается в вертикальном направлении и не ограничивает смещение, тогда как внешний электрод фиксируется, как показано на рисунке 1.
Чтобы Чтобы повысить чувствительность измерения силы, жесткость пружины должна быть как можно меньше. В то время как небольшая жесткость приведет к ползучести, выходное смещение составляет около 1 µ м / ч. Вес внутреннего электрода и его подключения около 20 г; напряжение также приведет к ползучести.По-другому на результаты измерений будут влиять вибрация земли и воздушный поток.
2.2. Дифференциальный метод
Чтобы уменьшить влияние шума, построена дифференциальная система, как показано на рисунке 2. Два идентичных параллелограммных механизма (PM) служат в качестве механической пружины [23–25], как показано на рисунке 2 (a). Для достижения возможности прямолинейного движения необходимы четыре поворотных паза, представляющих собой круглые пазы, которые вырезаны на сцене, как показано на Рисунке 2 (b). В самом тонком месте толщина = 0.2 мм; он имеет ширину = 5 мм, радиус резания = 5 мм и = 70 мм. Жесткость гибкого шарнира составляет 10 Н / м. Один из PM служит ссылкой; другой служит датчиком силы. Сигнал двойного смещения вводился в RLE20. Общий сигнал будет смещен, а разностный сигнал будет служить входом ПИД-регулятора. Таким образом, эффект ползучести будет уменьшен.
Ползучесть ПМ« увеличивалась с нагрузкой; соотношение между и временем показано как где — напряжение PM, а — жесткость и демпфирование.Напряжение ПМ составляет около 0,4 МПа, для массы внутреннего электрода соединения 20 г, а самый тонкий из ПМ 5 × 0,1 мм 2 . Если параметры двух PM идентичны, что очень сложно при обработке, ползучесть может быть полностью компенсирована. Но напряжение будет изменяться с другой измерительной силой. Так что ползучесть со временем изменится.
Устройство показано на рисунке 3 (а); для устранения шума земли устройство находится на изолированной площадке. Для проверки работы дифференциальной системы в систему были загружены стандартные гири (1 мг, 10 мг и 100 мг).Ползучесть при различных нагрузках измеряется смещением PM, которое измеряется лазерным интерферометром с частотой 20 Гц. Результат 50 минут показан на Рисунке 3 (b). Ползучесть недифференциальной системы очень велика, около 1 µ м / ч, в то время как в дифференциальной системе ползучесть составляет 0,05 µ м / ч, 0,1 µ м / ч и 0,2 µ м / ч. ч при нагрузке 1 мг, 10 мг и 100 мг соответственно. Ползучесть дифференциальной системы намного меньше, чем недифференциальной системы.Для проверки динамических характеристик PM переводится в состояние свободной вибрации с помощью импульсного возбуждения. Вибрация внутреннего электрода регистрируется с помощью лазерного интерферометра с частотой дискретизации 100 Гц. Отбор пробы длится 20 с, как показано на рисунке 3 (c). Исходная амплитуда для системы составляет около 0,25 мкм м. Системе требуется 10 секунд, прежде чем она перейдет в стабильное состояние.
2.3. Тест градиента емкости
Тест градиента емкости выполняется перед измерением силы.Согласно (2), электростатическая сила линейна относительно определенного напряжения. Внутренний электрод остается неподвижным, в то время как внешний электрод поднимается вместе с подъемной ступенью для измерения. Шаг внешнего электрода составляет 20 мкм м и длится 30 с на каждый шаг. Цикл состоит из 6 шагов, как показано на рисунке 4 (а).
фиксируется емкостным мостом Ah3700 (с разрешением 1 aF), а смещение измеряется лазерным интерферометром. Относительная емкость показана на рисунке 4 (б).Данные емкости-смещения были подобраны с использованием прямой линии наименьших квадратов, и их можно определить по градиенту линии, как показано на рисунке 4 (c). По результатам экспериментов среднее значение было рассчитано как 0,9164 пФ / мм, при относительном стандартном отклонении 0,03%. Неопределенность приведена в таблице 1 и будет подробно обсуждаться в разделе 3.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.4. Сравнение электростатической силы и массы массы
Для измерения силы нагрузки были приняты нулевые весы. Эти две силы уравновешиваются изменением напряжения на постоянное. А для решения задачи управления положением внутреннего электрода использовался дискретный пропорционально-интегрально-производный (ПИД) регулятор [26, 27]. Блок-схема системы управления показана на рисунке 1.
Для оценки электростатической силы, приложенной для достижения этого равновесия, сигнал напряжения усредняется за период 10 с, начиная с момента, когда смещение полностью компенсируется.Разрешающая способность системы была проверена путем измерения выходного напряжения без нагрузки. Таким образом, были учтены шум окружающей среды (вибрация грунта, тепловой шум и поток воздуха) и тепловыделение электроники. При повторении описанной процедуры двадцать раз стандартное отклонение составило 9 нН, как показано на рисунке 5 (а).
Чтобы оценить точность и повторяемость тестируемой системы, было оценено относительное отклонение. Плотность массы 1 мг составляет 9,801 мкм Н.Система имеет загрузочную кнопку с V-образной канавкой для удержания грузов из проволоки. При повторении процедуры 20 раз результаты для стандартной гири 1 мг имели среднее значение 9,84 мк Н со стандартным отклонением 0,05 мк Н.
Система измерения электростатической силы характеризовалась приложением механических сил. известной величины путем нагружения калиброванных масс (24,49, 32,06, 55,24 и 75,62 мк Н). Здесь = 9.801 Н / кг. Массовый артефакт, использованный в этом прототипе, изготовлен из нержавеющей стали.Результат артефакта (24,49 мк Н) показан на Рисунке 5 (b), а подробные результаты показаны в Таблице 1.
3. Обсуждение
Есть много факторов, которые будут влиять на результаты измерения, такие как окружающая среда (вибрация земли, тепловой шум и поток воздуха), напряжение и лазерный интерферометр.
Тип Неопределенность силы принимается как установленное стандартное отклонение для прогона данных. Погрешность силы,, показана следующим образом:
Неопределенности силы типа B рассчитываются следующим образом: Погрешность,, зависит от поверхности электрода, положения двух электродов и измерения градиента.Шероховатость поверхности приведет к неравномерному распределению заряда и приведет к неопределенности. С другой стороны, поскольку величина зазора между электродами зависит, шероховатость также влияет на. Допуски размеров и ограничены 3 мкм м, в то время как оба отклонения цилиндрической формы были ниже 1 мкм м. Таким образом, была обеспечена однородность плотности энергии электрического поля между электродами. Положение электродов измерялось ПЗС-матрицей (2448 × 2050 пикселей).Чтобы край электродов был чистым и доступным, для экспонирования напротив камеры размещается светодиодный оптический источник. При такой установке отклонения относительно эксцентриситета и наклона электрода могут быть обнаружены до значений = 3 мкм м и = 0,3 °. Следовательно, максимальные относительные отклонения градиента емкости, вызванные эксцентриситетом и ошибкой наклона, составляют 0,0018% и 0,05%. Относительное стандартное отклонение составляет 0,03%. Емкостным мостом и лазерным интерферометром можно было пренебречь.Исходящая погрешность составляет 0,06%, как показано в таблице 2.
| |||||||||||||||||
был предоставлен источником напряжения Keithley 2410c с разрешением 0,01 В и максимально допустимой погрешностью 0,021 В. Погрешность, исходящая из. Представление = 0,91 пФ / мм, а относительная погрешность составляет.
Погрешность лазерного интерферометра оценивается по его разрешающей способности (1 нм), принят метод 3 σ , погрешность лазерного интерферометра = 3 нм. Поскольку в системе измерения используется нулевой баланс, если сигнал обратной связи имеет отклонение от реального начального положения, внутренний электрод не будет восстановлен в исходное положение.Неопределенность, возникающая из-за этого фактора, может быть оценена как. В этой системе = 10 Н / м, = 0,03 µ Н. Относительная погрешность, исходящая от лазерного интерферометра, составляет ()% для измеренной силы.
Стандартные неопределенности и соответствующие данные перечислены в таблице 3. Заявленная суммарная общая неопределенность определяется путем извлечения квадратного корня из суммы вкладов отдельных источников неопределенности в общую неопределенность. Согласно Таблице 3, для измеренной силы = 10 µ Н, относительная погрешность составляет менее 2%.Расширенная неопределенность силы составляет 4% (= 2). Анализ неопределенности согласовался с результатами измерений в таблице 1.
| |||||||||||||||||
4. Заключение
Мы описали дифференциальный метод уменьшения влияния шума. Механической пружиной служат два одинаковых ПМ. Ползучесть дифференциальной системы была намного лучше, чем у недифференциальной системы. Ползучесть системы снизилась с 1 µ м / ч до 0,05 µ м / ч за счет применения недифференциального метода. Работоспособность системы была продемонстрирована путем приложения механических сил известной величины путем нагружения калиброванных масс.Измерение относительной силы составляет менее 4% (= 2) согласно экспериментальному или теоретическому анализу. Эти результаты могут помочь понять механизм ползучести и направить дизайн системы измерения малых сил.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Это исследование было поддержано Тяньцзиньским фондом естественных наук (№ 17JCYBJC19000) и Национальной программой исследований и разработок ключевых технологий Министерства науки и технологий Китая (№2011BAK15B06).
Измерение силы, испытания материалов — Аэрокосмическое производство и дизайн
Обеспечение точности посредством измерения силы и испытания материалов является необходимым требованием в любой отрасли. Учитывайте силу, необходимую для касания экрана смартфона или нажатия кнопок на пульте дистанционного управления; большинство из нас делают это, не задумываясь, но даже для повседневных устройств необходимо учитывать измерение силы.
Исторически испытания на измерение силы рассчитывались с использованием ряда математических уравнений — первого, второго и третьего закона Ньютона.В последние годы он был ограничен портативными метрологическими приборами. Хотя они быстрее, чем длительные вычисления, и более точны, чем предположения, они не обеспечивают уровень точности, необходимый для сложных приложений.
Проектирование деталей и компонентов для таких отраслей, как аэрокосмическая, медицинская и автомобильная промышленность, требует чрезвычайно высокого уровня точности, а производственные ошибки могут стоить дорого. Строгие нормативные требования — и высокие затраты за несоблюдение стандартов — обеспечивают безопасность, полную функциональность и надежность компонентов.
Группа стандартов AS9100, например, гарантирует, что производители производят компоненты в условиях строгого контроля качества, чтобы гарантировать надежность и безопасность самолета. Это особенно важно для сред массового производства, где ожидается, что загруженные производственные линии будут производить большое количество точных, идентичных деталей и компонентов.
Аналогичным образом, требование 21 CFR Part 11 об электронных подписях очень важно для приложений в биологических науках.В соответствии с этим стандартом программные решения, обеспечивающие прослеживаемость данных измерений и документирование, имеют решающее значение для операторов и руководителей, ответственных за приложения.
Выполнение этих стандартов — непростая задача, но для упрощения управления качеством и повышения точности производители выбирают сложные системы измерения силы и метрологии для тестирования компонентов, которые они производят. Программное обеспечение Starrett для измерения силы, L2 Plus, например, может обеспечить всесторонний анализ измерительного теста, предоставляя точные результаты измерения силы, начиная от простого измерения пиковой нагрузки до более сложного определения разрыва.
Экспортируя данные измерений, производители могут получить более подробные сведения, помимо базовых цифр, предоставляемых другими подходами к измерению силы. Ввод требований к детали, материалу или компоненту позволяет программному обеспечению создавать графики с высоким разрешением на основе нагрузки, расстояния, высоты и времени измерения. В системе Starrett L2 plus исторические данные испытаний архивируются для последующего анализа, что помогает ускорить будущие испытания и выявить потенциальные проблемы или ошибки.
Интеллектуальное программное обеспечение повышает точность измерения силы, одновременно повышая точность для инженеров, проектирующих и создающих компоненты.По мере того, как инженеры-конструкторы получают это понимание, они становятся менее ограниченными и могут быть более инновационными. Между тем, менеджеры по контролю качества могут быть уверены, что детали будут соответствовать отраслевым стандартам и с меньшей вероятностью будут иметь производственные ошибки.
Испытания материаловИспытания материалов — еще один вид измерения силы. Единственное отличие состоит в том, что размер образца используется для определения результатов.
Например, результат нагрузки называется стрессом при испытании материала; Напряжение — это результат нагрузки, деленный на площадь поперечного сечения образца.Вот почему напряжение измеряется в фунтах на квадратный дюйм в английских единицах измерения. В единицах СИ общепринятая единица измерения напряжения — ньютон на квадратный мм (Н / мм2). Н / мм2 — это мегапаскаль (МПа). Напряжение = сила / площадь. Деформация, расстояние от измерения силы, является безразмерной величиной, но часто отображается в процентах. Деформация также называется относительным удлинением. Опять же, как и напряжение, деформация зависит от длины образца; деформация — это изменение исходной длины. Если образец имел исходную длину 1 дюйм (25 мм) и был растянут до 2 дюймов (50 мм), деформация составляет 100%.Деформация равна конечной расчетной длине минус исходная расчетная длина, деленная на исходную расчетную длину.
Для компонентов, изготовленных из композитов, часто требуется испытание материалов, поскольку композиты изготавливаются путем комбинирования двух или более материалов, часто с очень разными свойствами. Достижения в области полимерных композитов, которые меняют способы использования композитов и композитов на основе полимеров, продолжают развиваться и находят свое применение в аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности.Полимерные композиты имеют высокое отношение прочности к массе, их относительно легко и недорого производить.
Разработчики продукции и производители оригинального оборудования (OEM) хотят убедиться, что их полимерный композит выдерживает прилагаемую к нему силу. Им также необходимо знать, будет ли материал растягиваться или удлиняться, и определить его точную точку разрыва. Основная цель любого процесса испытаний и измерений — собрать согласованный набор данных о материалах, но в случае композитных материалов один размер редко подходит для всех.
Модуль упругости представляет собой жесткость испытуемого материала. В приложениях, связанных с растяжением, этот модуль часто называют модулем Юнга и представляет собой соотношение между напряжением и деформацией в пределах пропорционального предела. Максимальное напряжение, наблюдаемое на кривой деформации-деформации. Программные решенияРазнообразие композитов создает трудности при создании согласованного набора данных. Данные, вероятно, будут полностью уникальными для каждого сектора, продукта, приложения и области.Наиболее распространенными испытаниями на прочность при растяжении (МПа или фунт / кв. Дюйм) являются хордовый модуль упругости (МПа или фунт / кв. Дюйм), деформация при растяжении (%), коэффициент Пуассона и переходная деформация (%). Однако при тестировании композитных материалов приложение не должно предполагать каких-либо предварительных знаний о том, какие измерения требуются.
Используя программное обеспечение Starrett L3, пользователь не предоставляет заранее заданные данные, а создает метод испытаний для конкретного материала. Используя эту технику, разработчик продукта или изготовитель оборудования может анализировать напряжение, деформацию, нагрузку, расстояние и время для каждого материала, при этом измерения отображаются на графиках и в таблицах данных со статистикой и допусками.Испытания могут использовать силы растяжения, сжатия, изгиба, циклические, сдвиговые и фрикционные силы.
Относительная незнакомость композитных материалов требует механических испытаний на протяжении всего процесса проектирования и производства. Следовательно, автоматизация становится все более привлекательной для производителей, стремящихся получить выгоду от композитных материалов, не тратя время на бесконечные ручные испытания и измерения.
Автоматизированные программные пакеты должны быть способны создавать интерфейс, который связывает аппаратное и программное обеспечение для улучшения процессов от лаборатории до производственного цеха.Для программных приложений измерения силы опыт программирования должен быть необязательным, а не обязательным.
Л.С. Starrett Co.
Методы измерения силы | Зеленый пояс Lean Six Sigma
Краткое описание стандартных тестов измерения силы приведено ниже.
Испытание на растяжение
Прочность на растяжение — это способность металла выдерживать растягивающее напряжение при растяжении. Испытание на растяжение выполняется путем приложения одноосной нагрузки к испытательному стержню и постепенного увеличения нагрузки до его разрушения. Затем нагрузка измеряется в зависимости от удлинения с помощью экстензометра. Данные о растяжении могут быть проанализированы с использованием кривой зависимости напряжения от деформации.
Тест на герметичность
Прочность на сдвиг — это способность противостоять действию типа «проскальзывание» при приложении параллельных, но немного смещенных от оси сил.Сдвиг может применяться как при растяжении, так и при сжатии.
Испытание на сжатие
Сжатие — это результат сил, толкающих друг друга. Испытание на сжатие проводится так же, как испытание на растяжение. Образец помещают в испытательную машину, прикладывают нагрузку и регистрируют деформацию. Кривая деформации сжатия при сжатии может быть построена на основе данных.
Измерение твердости
Титрование
Титрование — это метод анализа, который позволяет определить точную конечную точку реакции и, следовательно, точное количество реагента в колбе для титрования.Бюретка используется для доставки второго реагента в колбу, а индикатор или pH-метр используется для определения конечной точки реакции. Титрование используется в химическом анализе для определения количества конкретного химического вещества.
Измерение твердости
Испытание на твердость (которое измеряет сопротивление любого материала проникновению) выполняется путем создания углубления на поверхности материала твердым шариком, алмазной пирамидой или конусом и последующего измерения глубины проникновения.Испытание на твердость часто относят к категории неразрушающих испытаний, поскольку вдавливание небольшое и не может повлиять на пригодность материала в будущем. На следующих слайдах перечислены наиболее часто используемые методы измерения твердости.
Испытание на твердость по Роквеллу
Самым популярным и широко используемым из всех твердомеров является тестер Роквелла. Этот тип тестера использует две нагрузки для выполнения фактического испытания на твердость. Машины Rockwell могут быть ручными или автоматическими.Значение твердости по Роквеллу основано на глубине проникновения, значение рассчитывается автоматически и напрямую считывается со шкалы станка. Это исключает любую возможную человеческую ошибку. Необходимо снять не менее трех показаний и усреднить значение твердости. Существует примерно 30 различных шкал твердости по Роквеллу, наиболее распространенными из которых являются HRB и HRC, когда они используются при испытании металлов. Тестирование поверхностной твердости по Роквеллу Измеритель поверхностной твердости используется для испытания твердых материалов.Он тестирует ближе к поверхности и может измерять поверхности с твердым покрытием. Процедуры тестирования идентичны обычным тестам Rockwell. Существует примерно 15 различных поверхностных шкал твердости по Роквеллу.
Испытание на твердость по Бринеллю
Метод определения твердости по Бринеллю в основном используется для определения объемной твердости тяжелых профилей из более мягких сталей и металлов. По сравнению с другими испытаниями на твердость отпечаток, оставленный испытанием Бринелля, относительно велик.Этот тип деформации больше подходит для испытаний пористых материалов, таких как отливки и поковки. Тонкие образцы нельзя тестировать этим методом. Поскольку для создания заметной вмятины на очень твердой поверхности потребуется большая сила, метод Бринелля обычно ограничивается более мягкими металлами. HBW (шарик из карбида вольфрама) и HBS (стальной шарик) заменили предыдущую шкалу BHN (числа твердости по Бринеллю).
Испытание на твердость по Виккерсу
Для определения твердостипо Виккерсу используется квадратная пирамида с нагрузкой от 1 до 120 кг.Поверхность должна быть максимально гладкой, ровной и чистой. Перед испытанием образец следует поместить горизонтально на опору. Угол установки алмазного пенетратора должен составлять примерно 136 градусов. Твердость по Виккерсу также проводится как тест на микротвердость с нагрузками в диапазоне от 25 г до 1 кг. Тест на микротвердость по Виккерсу аналогичен тесту на микротвердость по Кнупу и проводится на плоских полированных поверхностях. Единицы измерения — HV, ранее DPH (алмазная пирамидальная твердость).
Испытание на твердость по Моосу
В 1824 году австрийский минералог Ф.Моос выбрал десять минералов разной твердости и разработал шкалу сравнения. Это испытание на царапание, вероятно, было первым разработанным методом испытания на твердость. Он очень грубый и быстрый, и основан на твердости десяти минералов. Самый мягкий минерал по шкале MOHS — тальк, а самый твердый — алмаз.
Проверка твердости файла
Твердость напильника — это вариант метода царапин, при котором металлический образец соскабливается круглым напильником с двойной резкой диаметром 1/4 дюйма.Если файл «впитывается» в материал, он «не является твердым». Если отметки нет, значит, материал «затвердевает». Это очень простой способ для инспекторов определить, подвергался ли материал обработке на твердость.
Метод определения твердости по Сонодуру
Sonodur — один из новейших методов испытаний, в котором в качестве основы измерения используется собственная резонансная частота металла. На эту частоту влияет твердость материала, поэтому ее можно измерить.Этот метод считается очень точным.
Проверка твердости склероскопом по Шору
Склероскоп по Шору — это динамический тест на твердость, в котором используется коэффициент поглощения материала и «измеряется упругое сопротивление проникновению. Он отличается от других методов тестирования тем, что здесь нет проникновения. определяется как прямо пропорциональный твердости материала.Метод Шора имеет незначительную выемку на поверхности образца.Можно протестировать различные материалы, формы и размеры, а оборудование очень портативно.
Измерение крутящего момента
Измерение крутящего момента требуется, когда продукт скрепляется гайками и болтами. Неправильный крутящий момент может привести к поломке сборки из-за ряда проблем. Детали могут быть собраны недостаточно надежно для правильной работы устройства, или резьба может быть сорвана из-за слишком большого крутящего момента, что приведет к выходу устройства из строя.Крутящий момент описывается как сила, создающая вращение вокруг оси. Формула крутящего момента:
Крутящий момент = Сила x Расстояние
Крутящий момент измеряется динамометрическим ключом. Есть много типов динамометрических ключей. Есть много типов динамометрических ключей. Однако наиболее часто используются два типа: «гибкая балка» и «жесткая рама». Динамометрические ключи могут быть предварительно настроены на требуемый крутящий момент. Гаечный ключ будет либо издавать отчетливый «щелкающий» звук, либо «проскальзывать» при достижении желаемого крутящего момента. Достигнут.
Стальное правило
Стальная линейка — широко используемый заводской измерительный инструмент для прямого измерения длины. Стальные линейки и ленты доступны с разной степенью точности и, как правило, градуированы с обеих сторон.
Измерение силы | Imada Inc.
На главную / Измерение силыImada предлагает полный набор датчиков силы, испытательных стендов и приспособлений, которые можно использовать вручную или объединить в индивидуальные системы измерения силы, подходящие для самых разных приложений и бюджетов.
Механические манометрыЭкономичные механические датчики силы предлагают простое и эффективное тестирование вручную или в сочетании с ручными испытательными стендами. Доступны механические манометры малой грузоподъемности до 150 фунтов силы, высокой грузоподъемности до 500 фунтов силы и компактные модели с грузоподъемностью до 50 фунтов силы.
Цифровые манометры Цифровые манометрыоснащены индикаторами Go / No Go, выбираемыми единицами измерения: фунт-сила, кгс и Н, диапазонами до 1100 фунтов-силы, программируемыми высокими / низкими уставками и выводом данных в USB, RS232, Digimatic и аналоговых форматах.Данные о пиковых и непрерывных усилиях могут быть собраны и проанализированы с помощью дополнительного программного обеспечения для сбора данных.
Стенды для ручных испытаний Испытательные стендыс рычажным приводом используют рычаг, тянущий вниз, как при испытании на сжатие, так и на растяжение, и обеспечивают быстрое испытание. Испытательные стенды с колесным приводом отличаются более точным контролем движений и точным позиционированием. Дальномеры позволяют собирать данные как о силе, так и о смещении.
Моторизованные испытательные стендыМоторизованные испытательные стенды оснащены цифровым управлением скоростью и перемещением, а также неразрушающими функциями с контролем силы.Внутренние или внешние измерители расстояния позволяют собирать данные как о силе, так и о смещении.
Принудительный сбор данныхНекоторые цифровые манометры Imada включают базовое программное обеспечение для сбора данных. Дополнительное программное обеспечение для сбора данных фиксирует данные о пиковой или непрерывной силе и автоматически создает графики профиля измерения силы со статистикой.
ВложенияСтандартные насадки и различные сжимающие пластины, крючки, захваты, тиски и другие специализированные приспособления и приспособления облегчают испытания на сжатие, трение, отслаивание, прокол и другие испытания.
