Сила. Сложение сил. Измерение силы

Сила. Сложение сил. Измерение силы

План урока

• Сила
• Сложение сил. Измерение силы

Цели урока

• знать определение физической величины «сила»
• знать, как определить направление вектора силы
• уметь находить результирующую силу
• знать, при каких условиях тело покоится

Разминка

• В опытах Галилея, которые он проводил вблизи поверхности Земли, мы принимали Землю как инерциальную систему отсчёта. Если мы выходим за пределы Земли, например, рассматриваем движение Земли по орбите вокруг Солнца, то можно ли и тогда считать Землю инерциальной системой отсчёта?
• В известной басне Крылова лебедь, рак и щука тянули телегу. Почему телега не сдвинулась с места?
• Две команды перетягивают канат. Если силы противников равны, то в какую сторону будет смещаться канат?

Сила

Мы установили, что единственной причиной, по которой изменяется скорость тела, т.

е. у тела возникает ускорение, является механическое действие других тел. Чтобы продвинуться дальше, мы должны выяснить:

1. Какая физическая величина вызывает это действие;
2. Направление этой величины;
3. И способы её измерения.

И в физике, и в быту действие одного тела на другое характеризуют силой. В быту под силой можно подразумевать очень многое: силу мышц, силу воли, силу духа, силу мысли и т. п. В физике определение силы однозначное и очень конкретное.

---

Силой называют физическую величину, характеризующую действие одного тела на другое, в результате которого это другое тело получает ускорение в инерциальной системе отсчёта.

---

Одно и то же тело может ускоряться сильнее или слабее. Это говорит о том, что величина силы может быть разной. Например, два одинаковых автомобиля с разными двигателями разгоняются от 0 до 100 км/ч за разное время, скажем 8 и 12 секунд.

 

К примеру, на рисунке 1 показан разгон двух автомобилей, которые стартовали с нулевой начальной скоростью v0 = 0 из начала координат x₀ = 0 в положительном направлении оси X.

Рис. 1. Ускоренное движение автомобилей под действием сил разной величины

Автомобили примерно равны по массе, но на верхний автомобиль действовала большая сила со стороны двигателя, чем на нижний (силы показаны жёлтыми стрелками). Поэтому ускорение верхнего автомобиля больше, и он разогнался (ускорился) до большей скорости v2 > v1, чем нижний автомобиль, и прошёл за то же время t больший путь.

 

a1 = ∆vt = v1 — v0t = v1t > 0;

a2 = ∆vt = v2 — v0t = v2t > 0;

 

v2 > v1 ⇒ a2 > a1.

 

Если бы автомобили оставались неподвижными, это означало бы, что на них не действуют силы, т. е. что приложенные к ним силы равны нулю.

---

Значение силы может быть разным, в том числе нулевым.

---

Из рисунка 1 очевидно, что направление действия силы совпадает по направлению с изменением скорости тела, которое направлено так же, как ускорение:

a→ = ∆v→t.

---

Сила направлена туда, куда направлено вызванное её действием ускорение тела в инерциальной системе отсчёта.

---

Поскольку сила имеет направление, то является векторной величиной. Силу принято обозначать как F→. Если сила направлена в положительном направлении оси координат, то её значение положительно (F > 0). Если сила противоположна оси координат, то её величина отрицательна (F < 0). Единица измерения силы в системе СИ — Ньютон: [F] = H = кг * (мс2).

Сложение сил. Измерение силы

Как мы теперь знаем, только сила является причиной изменения скорости тела в инерциальной системе отсчёта. В практической деятельности человека, и тем более при инженерных расчётах конструкций и механизмов, мы сталкиваемся с тем, что на одно тело могут действовать одновременно много сил. Так, на летящую ракету одновременно действуют (рис. 2):

1. Сила тяжести Земли F→тяж, направленная вертикально вниз;
2. Сила тяги двигателя F→тяг вдоль направления разгона ракеты;
3. Сила трения о воздух F→трен, направленная против движения ракеты.
    

Получается, что на движение тела оказывают влияние несколько сил, а мы пока умеем учитывать вклад только одной силы.

Можно ли свести действие многих сил на тело к действию какой-то одной?

Рис. 2. Обычно на тело действуют несколько сил одновременно

---

Действия, которые оказывают на точечное тело другие тела, не зависят друг от друга.

---

Действительно, сила притяжения ракеты к Земле (рис. 2) не зависит от того летит ракета или покоится. Земля притягивает ракету, потому что она обладает массой. 

В свою очередь сила тяги двигателя зависит только от его конструкции и скорости подачи топлива. И наконец, сила трения о воздух определяется только скоростью движения ракеты и плотностью воздуха. 

 

Если бы на ракету действовали ещё какие-то силы, то точно также они зависели бы только от своих причин. Таким образом, на примере с ракетой мы видим, что силы действуют на тело независимо друг от друга.

 

С другой стороны, практика подсказывает, что:

1. Силы могут быть уравновешены;
2. Силы складываются друг с другом или вычитаются друг из друга в зависимости от их направления.
    

Рассмотрим пример двух одинаковых локомотивов, сцепленных друг с другом и стоящих на горизонтальной поверхности (рис. 3).

Рис. 3. Различные варианты сложения сил

Пусть в первом случае двигатели локомотивов выключены. Тогда на оба этих тела не действуют силы, они продолжают покоиться. Их скорость и ускорение равны нулю: v0 = 0, a = 0.

 

Пусть теперь каждый локомотив развивает одинаковую силу, но эти силы направлены противоположно. Тогда знаки этих сил противоположны: F→2положительна, т. к. направлена вдоль оси X, F→1 отрицательна, т. к. направлена против оси координат. Поскольку модули этих сил равны

 

F→2 = F→1,

 

то они взаимно сокращаются — их сумма равна нулю:

 

F2→ + F1 →= F2→ — F2→ = 0.

 

Результат действия двух равных по модулю противоположных сил такой же, как отсутствие действия сил. Локомотивы покоятся: v0 = 0, a = 0.

---

Если тело в инерциальной системе отсчёта движется равномерно прямолинейно или покоится, то либо на тело

не действуют никакие силы, либо сумма действующих на тело сил равна нулю.

---

Пусть теперь второй локомотив развивает в два раза большую силу, чем первый, и их силы противоположно направлены:

 

F2→ = -2 · F1→.

 

Силы не скомпенсированы, локомотивы ускоряются: v > 0, a > 0.

 

Сложение этих разнонаправленных сил приведёт к тому, что остаётся не скомпенсированной одинарная сила:
 

F2 — F1 = 2 · F1 — F1 = F1.
 

Очевидно, что действие результирующей не скомпенсированной силы F1→ на локомотивы точно такое же, как действие двух сил, связанных равенством F2→ = -2 · F1→.

---

Если на тело действует несколько сил, то результат их действия совпадает с результатом действия одной силы, равной сумме указанных сил с учётом их знака.

---

Отсюда следует способ измерения сил. Если на какое-либо тело действует неизвестная сила, то мы должны подобрать противоположную по величине силу так, чтобы тело пришло в состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. В этом случае подобранная нами известная сила равна по модулю неизвестной силе.

Так, например, мы взвешиваем с помощью безмена, приравнивая известную силу пружины неизвестной силе тяжести груза.

---

Измерить силу — значит подобрать ей равную по модулю силу. Прибором для измерения силы является динамометр .

---

Итоги

 

• Сила — векторная физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое, в результате которого это другое тело получает ускорение в инерциальной системе отсчёта.
• Сила направлена туда, куда направлено вызванное её действием ускорение тела в инерциальной системе отсчёта.
• Если тело в инерциальной системе отсчёта движется равномерно прямолинейно или покоится, то либо на тело не действуют никакие силы, либо сумма действующих на тело сил равна нулю.
• Если на тело действует несколько сил, то результат их действия совпадает с результатом действия одной силы, равной сумме указанных сил с учётом их знака.
• Измерить силу — значит подобрать ей равную по модулю силу.

---

Упражнение 1

 

1. На тело действуют две силы в положительном направлении оси X. Модули этих сил, измеренные в эталонных единицах, равны F→1 = 7, F→2 = 3. Определите модуль и знак результирующей силы.
 

2. На тело действуют две силы. Сила F→1 = 3 действует в положительном направлении оси координат, а сила F→2 = 7 в отрицательном направлении оси. Определите модуль и знак результирующей силы.

---

Контрольные вопросы

 

1. Какую величину в механике называют силой?
2. Когда действующая на тело сила положительна, отрицательна, равна нулю?
3. Можно ли говорить о действующей на тело силе, если мы находимся в неинерциальной системе отсчёта?
4. Существует ли ещё какая-либо причина в инерциальной системе отсчёта для изменения скорости тела, кроме силы?

5. Как определить результат одновременного воздействия на тело нескольких сил?
6. В чём состоит процесс измерения силы?

---

Ответы

Упражнение 1

 

1. F = 10.
 

2. F = −4.

---

Единица силы. Измерение силы | Физика

Сила характеризуется числовым значением (модулем), направлением и точкой приложения. Чтобы определить числовое значение силы, нужно измерить силу, т. е. сравнить ее с другой силой, принятой в качестве единицы силы. Что принято за единицу силы?

Главный результат действия силы — изменение скорости движения тела, которая сама по себе никогда не изменяется. Исходя из этого, была выбрана в СИ единица силы — 1 ньютон (1 Н), названная в честь английского ученого Исаака Ньютона. Существуют кратные и дольные единицы силы: \(1\:кН = 1000\:Н\), \(1\:мН = 0,001\:Н\).

Сила, как вы знаете, может не только изменить скорость, но и вызвать деформацию тела. Пружина растягивается, потому что на нее действует вес груза, который притягивает Земля.

Какой массой должно обладать тело, чтобы действующая на него сила тяжести равнялась \(1,0\:Н\)? Исследования показали, что с силой \(F = 1,0\:Н\) Земля притягивает тело массой \(m = 0,102\:кг\).

Определим значение коэффициента \(g\), входящего в формулу силы тяжести \(F = gm\). Из формулы видно, что \(g = \frac{m}{F}\). Так как на тело массой \(0,102\:кг\) Земля действует с силой \(F ≈ 1,0\:Н\), то: \[g= \frac{1,0\:Н}{0,102\:кг} ≈ 9,8 \frac{Н}{кг}.\]

Значит, если масса тела равна \(1,0\:кг\), то действующая на него сила тяжести \(F = gm = 9,8\:Н\). Следовательно, и вес этого тела (если оно находится в состоянии покоя или движется равномерно) \(P = 9,8\:Н\). Ни в коем случае нельзя приравнивать вес и массу, что, к сожалению, часто встречается в быту. Это разные физические величины, и единицы у них разные. Масса измеряется в килограммах, вес — в ньютонах. Если ваша масса \(m = 50\:кг\),то ваш вес \(P ≈ 500\:Н\).

Как измерить силу? Для этого нужно создать измерительный прибор. Будем подвешивать к пружине сначала одну гирю массой \(m = 102\:г = 0,102\:кг\), затем две, три и т. д. Отметим метками положения указателя, напротив которых ставим значения \(1\:Н\), \(2\:Н\), \(3\:Н\) и т. д.

Пружина с указателем и шкалой представляет собой прибор для измерения сил — динамометр (от греч. dynamis — сила и metreo — измеряю). Динамометром можно измерять не только вес тела, но и любые силы.

Динамометры бывают различных типов и размеров в зависимости от того, для измерения больших или малых сил они предназначены. Для измерения мускульной силы руки используют динамометр-силомер. Определить силу тяги трактора позволяет тяговый динамометр.

Для проведения различных исследований удобен динамометр с реечной передачей. Он позволяет измерять не только силу, направленную вниз, например создаваемую лежащим на опоре А телом, или вес подвешенного к подвесу Б тела. Таким динамометром можно измерить и силу, направленную вверх.

Значение коэффициента \(g\), равное \(9,8 \frac{Н}{кг}\), характерно только для Земли (оно несколько изменяется в зависимости от географической широты места и от высоты подъема тела над поверхностью Земли; с увеличением высоты значение \(g\) уменьшается).

Для Луны этот коэффициент в 6 раз меньше, т. е. \(g_{Л} ≈ 1,6 \frac{Н}{кг}\), для Юпитера \(g_{Ю} ≈ 23 \frac{Н}{кг}\). Для Солнца \(g_{С} ≈ 274 \frac{Н}{кг}\) (почти в 30 раз больше, чем для Земли).

Главные выводы:

1. В СИ единицей силы является 1 ньютон.
2. Силу измеряют с помощью динамометра.
3. С силой \(F = 1\:Н\) Земля притягивает тело массой \(m = 0,102\:кг\).
4. В формуле \(F_{т} = gm\) силы тяжести, с которой Земля действует на тело, постоянный коэффициент \(g ≈ 9,8 \frac{Н}{кг}\).

Читать далее

← Вес тела

Сложение сил. Равнодействующая сила →

Измерение силы

Вот полное руководство по измерителям силы

Что мы знаем о силе?

Сила направлена ​​на изменение всего, что вызывает изменение движения объекта. сила может заставить любой предмет с массой начать движение или изменить свою скорость. Сила иногда также описывается как тянущая или толкающая. Самое основное уравнение, которое связывает силу с другими величинами: F = ma, что определяет, что масса (m) испытывает ускорение (a) под действием силы (F).

Измерение силы

Единица силы — ньютон (Н), масса — килограмм (кг), ускорение — метры на секунду в квадрате (м/с 2). Земля, что составляет 9,80665 квадратных метров в секунду. Следовательно, один килограмм (KGF) равен 9,80665 ньютонов (Н). (ГФ) единиц.

Что такое измеритель силы

Измерители силы  – это измерительные приборы, которые должны точно определять силу.

Типы измерителей силы

Цифровой счетчик и пружинный счетчик. Пружины счетчика обычно аналоговые. Измерители силы пружины измеряют силу, прикладываемую к пружинному механизму для его растяжения.

Цифровые измерители усилия; Используйте тензодатчик. Программное обеспечение и электроника измерителя силы преобразуют электрический сигнал, генерируемый тензодатчиком, в значение силы, которое затем отображается на цифровом экране устройства.

Типы измерителей силы

Цифровые измерители силы для приложений НА СЖАТИЕ/РАСТЯЖЕНИЕ с переворачивающимся на 180° дисплеем, который позволяет держать измеритель силы над или под испытуемой деталью.

Цифровые измерители силы серии FG сочетают в себе эргономичный и компактный дизайн с исключительной точностью и представляют собой измерительное устройство для измерения силы.

 Эти устройства используются в различных приложениях, таких как проверка качества сырья, проверка готовой продукции, исследования и разработки или практически любые другие требования. Это лучший выбор для простых и недорогих операций НА СЖАТИЕ/РАСТЯЖЕНИЕ. Компактный и предоставляет выбор между двумя режимами работы:

Режим слежения — отображение вызовов в режиме реального времени

Пиковый режим — запись максимальных значений, измеренных во время теста.

— Цифровой датчик силы серии FG включает в себя четыре стандартных аксессуара; Крюк плоский, конусный и удлинитель 120 мм.

— Цифровой датчик силы серии FG-SD позволяет записывать данные с помощью внутреннего регистратора с возможностью сбора данных сотен измерений на дисплее. В упаковке этого измерительного прибора силы включает USB-кабель для зарядки, а также программное обеспечение, совместимое с выводом данных.

Наш популярный датчик силы

1.

Датчик силы 20 кг

* Возможность растяжения и сжатия.
* 20 кг, большая емкость, высокое разрешение
, высокая точность, высокая повторяемость
.
* 3 типа дисплея, кг/фунт/ньютон.
* Отдельный датчик.
* Пиковое измерение (максимальная нагрузка).
* Возможность полной загрузки нуля (тары).

2.

Измеритель силы 5 кг

* 5000 г, г/унция/Ньютон.
* Напряжение или сжатие, Пиковое удержание, Ноль.
* Положительный/обратный дисплей.
* 5-разрядный ЖК-дисплей с подсветкой
* Компьютерный интерфейс RS-232.

3.

100-килограммовый измеритель силы

100-килограммовый измеритель силы растяжения и сжатия
Измеряемая мощность: 100 кг/220 фунтов/980 ньютонов
Разрешение 0,05 кг/0,05 фунта/0,2 ньютона
Точность ± (0,5 % + 2 цифры) чтения
Вывод данных через последовательный компьютерный интерфейс RS-232.

Датчик измерения силы | Как это работает

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

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

---

Что такое датчик измерения силы?

Датчик силы, также известный как тензодатчик, представляет собой тип преобразователя, а именно датчик силы. Он преобразует входную механическую силу, такую ​​как нагрузка, вес, растяжение, сжатие или давление, в другую физическую переменную. В этом случае он преобразуется в электрический выходной сигнал, который можно измерить, преобразовать и стандартизировать. По мере увеличения силы, прикладываемой к датчику силы, электрический сигнал изменяется пропорционально. Существует большое разнообразие типов тензодатчиков в зависимости от размера, геометрии и грузоподъемности. Многие из них производятся в США компанией FUTEK Advanced Sensor Technology, ведущим производителем, использующим одну из самых передовых технологий в сенсорной промышленности: технологию тензодатчиков с металлической фольгой.

Датчики силы

стали важным элементом во многих отраслях промышленности, от автомобильной; изготовление с высокой точностью; аэрокосмическая и оборонная промышленность; Индустриальная автоматизация; медицина и фармацевтика, 3D-печать и робототехника, где надежные и высокоточные измерения имеют первостепенное значение. Совсем недавно быстрый прогресс в области коллаборативных роботов (коботов) и хирургической робототехники привел к появлению множества новых приложений для измерения силы.

Посетите наш магазин датчиков силы. Доступно более 600+ типов датчиков силы!

 

Как работает датчик измерения силы?

Во-первых, нам нужно понять основную физику и материаловедение, лежащие в основе рабочего принципа измерения силы деформации , который представляет собой тензодатчик (иногда называемый тензодатчиком ). Тензорезисторы представляют собой электрические проводники, плотно прикрепленные к пленке зигзагообразной формы. Когда эту пленку тянут, она — и проводники — растягиваются и удлиняются. Когда его толкают, он сокращается и становится короче. Это изменение формы приводит к изменению сопротивления электрических проводников. Деформация, приложенная к тензодатчику, может быть определена на основе этого принципа, поскольку сопротивление тензорезистора увеличивается с приложенной деформацией и уменьшается с усадкой.

 

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

 

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

 

При приложении усилия ( растяжение или сжатие ) металлический корпус действует как «пружина» и слегка деформируется, и если его не перегрузить, он возвращается к своей первоначальной форме. По мере деформации изгиба тензорезистор также меняет свою форму и, следовательно, свое электрическое сопротивление, что создает изменение дифференциального напряжения через мостовую схему Уитстона . Таким образом, изменение напряжения пропорционально физической силе, приложенной к изгибу, которую можно рассчитать по выходному напряжению схемы тензодатчика.

Рис. 2: Деформация тензорезистора при растяжении и сжатии.

 

Посетите наш магазин датчиков силы. Доступно более 600+ типов датчиков силы!

 

Эти тензорезисторы расположены в так называемой мостовой схеме Уитстона (см. анимированную схему). Это означает, что четыре тензорезистора соединены между собой в петлевую цепь (цепь тензодатчика), и соответственно совмещена измерительная сетка измеряемой силы.

 

Мостовые тензометрические усилители (или формирователи сигналов тензодатчиков) подают регулируемое напряжение возбуждения в цепь тензодатчиков и преобразуют выходной сигнал мВ/В в другую форму сигнала, более полезную для пользователя. Сигнал, генерируемый тензометрическим мостом, имеет низкую мощность и может не работать с другими компонентами системы, такими как ПЛК, система сбора данных тензометра (DAQ тензометра), компьютеры или микропроцессоры. Если ПЛК не поставляется со специальной платой ввода/вывода тензометрического датчика, ему необходим модуль тензометрического датчика.

При этом функции формирователей сигналов датчика силы включают 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, которую можно рассчитать с помощью уравнения для напряжения цепи тензодатчика .

Рис. 3: Цепь тензометрического датчика силы – Полномостовая схема Уитстона.

 

Посетите наш магазин датчиков силы. Доступно более 600+ типов датчиков силы!

 

Важной концепцией датчиков силы является чувствительность и точность датчика силы. Точность датчика силы можно определить как наименьшее усилие, которое можно приложить к корпусу датчика, необходимое для того, чтобы вызвать линейное и повторяемое изменение выходного напряжения. Чем выше точность тензодатчика, тем лучше, поскольку он может последовательно фиксировать очень чувствительные изменения силы. В таких приложениях, как высокоточная фабричная автоматизация, хирургическая робототехника, датчики космического класса, линейность тензодатчиков имеет первостепенное значение для обеспечения точного измерения ПЛК или системы сбора данных. Некоторые из наших универсальных блинчатых тензодатчиков имеют нелинейность ±0,1% (от номинального выхода) и неповторяемость ±0,05% RO.

 

Каковы преимущества датчиков на основе тензодатчиков?

Тензорезистор из металлической фольги Датчики силы являются наиболее распространенной технологией благодаря их высокой точности, долговременной надежности, разнообразию форм и геометрии датчика, а также экономической эффективности по сравнению с другими технологиями измерения. Кроме того, тензометрические датчики менее подвержены влиянию колебаний температуры.

• Высочайшая точность, которая может соответствовать многим стандартам от хирургической робототехники до аэрокосмической отрасли;
• Прочная конструкция из высокопрочной нержавеющей стали или алюминия;
• Поддерживайте высокую производительность в течение максимально возможного срока службы даже в самых суровых условиях. Некоторые конструкции тензодатчиков могут выдерживать миллиарды полностью обратных циклов (срок службы).
• Множество геометрий и индивидуальных форм, а также варианты монтажа для ЛЮБОЙ шкалы В ЛЮБОМ месте.
• Полная гамма на выбор вместимостью от 10 граммов до 100 000 фунтов.

 

Какие существуют типы тензометрических датчиков?

Хотя существует несколько технологий измерения силы, мы сосредоточимся на наиболее распространенном типе тензодатчика: тензодатчике с металлической фольгой. Среди типов датчиков силы существует множество форм и геометрий корпуса, каждая из которых предназначена для определенных областей применения. Познакомьтесь с ними, если вы хотите купить тензодатчик:

• Встраиваемый тензодатчик . Чаще всего используется в качестве встроенного датчика силы с наружной резьбой. Этот тип преобразователя силы может использоваться как при растяжении, так и при сжатии. Встроенные датчики обеспечивают высокую точность и высокую жесткость при минимальном необходимом монтажном зазоре (например, для измерения натяжения кабеля или измерителя натяжения провода). Они отлично подходят для выносливости и жима. Наносенсоры, такие как QLA414, можно использовать в приложениях роботизированной хирургии с тактильной подачей. LCM325 в линейном тензодатчике используется для измерения силы сопротивления в напорной трубе системы хвостового конуса самолета.
• Тензодатчик колонны — FUTEK предлагает широкий ассортимент канистровых тензодатчиков (также известных как тензодатчики колонны), предназначенных для высокопроизводительных приложений сжатия, таких как испытание силы зажима станков с ЧПУ. Эти модели имеют прочную конструкцию и грузоподъемность от 2 000 до 30 000 фунтов. Компания FUTEK также разработала серию миниатюрных контейнеров для тензодатчиков для применений, где размер является критическим фактором. Учитывая, что тензодатчики колонны могут выдерживать большие нагрузки, их низкопрофильные версии могут использоваться в тормозных системах с тросом.
• Кнопка нагрузки . Эти датчики силы имеют одну плоскую выступающую поверхность (также известную как кнопка), на которую воздействует сжимающая сила. Что впечатляет в кнопках загрузки, так это их низкопрофильный дизайн. Какими бы маленькими они ни были, они известны своей надежностью и используются в усталостных испытаниях. Измерение нагрузки на подшипник качения, измерение силы удара (или испытание падающим шаром), роботизированное тактильное считывание и автоматизация производства аккумуляторов – вот примеры приложений, в которых используются кнопки нагрузки. Кнопки нагрузки также могут быть выполнены в виде тензодатчиков большой емкости.
• Весоизмерительная ячейка с плоской пластиной — Плоская ячейка для измерения силы — идеальное решение для измерения силы, поверхностного давления и перемещения. Эти экономичные и надежные датчики с тонким датчиком нагрузки OEM идеально подходят для приложений с большими объемами. Тонкий миниатюрный дизайн FFP350 делает его идеальным для приложений с ограниченным вертикальным пространством.
• Тензодатчик с S-образной балкой . С другими названиями, включая датчики нагрузки Z-Beam или S-типа, датчик силы с S-образной балкой представляет собой датчик силы растяжения и сжатия с внутренней резьбой для монтажа. Обладая высокой точностью, датчиком силы с тонкой балкой и компактным профилем, этот тип датчика силы отлично подходит для встроенной обработки и приложений с обратной связью для автоматизированного управления, таких как датчики натяжения проволоки. Весоизмерительные ячейки S Beam также можно использовать в качестве бесконтактного датчика расхода при измерении расхода жидкости, в приложениях для измерения коэффициента трения, силы сопряжения соединителя и приложениях для измерения натяжения при обжиме провода.
• Тензодатчик для сквозных отверстий . Датчики силы для сквозных отверстий, также известные как кольцевые или шайбовые, имеют гладкий внутренний диаметр без резьбы и используются для измерения сжимающих нагрузок, требующих прохождения стержня через его центр. Благодаря геометрии, аналогичной тороидальному датчику нагрузки, одним из основных применений этого типа датчика является измерение усилия зажима болта (т. е. измерение нагрузки на болт), которое используется в испытательных стендах для испытания подшипников, анкерном датчике нагрузки в подпорных стенах или в качестве вертикального земледелия. датчики.
• Блинчатые тензодатчики — блинчатые, канистровые или сдвиговые веб-тензодатчики имеют центральное отверстие с резьбой для измерения нагрузок при растяжении или сжатии. Эти преобразователи силы используются в приложениях, требующих высокой износостойкости, высокой усталостной долговечности или высокопроизводительных встроенных измерений, таких как тензодатчик для системы взвешивания резервуаров, тензодатчик крана, структурные испытания самолета, испытание на падение упаковки, измерение центра тяжести, штифт скобы. тензодатчик, усилие сжатия таблетки или усилие зажима при литье под давлением. Они также обладают высокой устойчивостью к внеосевым нагрузкам.
• Тензодатчик на конце штока – Этот тип датчика нагрузки имеет одну наружную и одну внутреннюю резьбу для монтажа. Сочетание наружной и внутренней резьбы хорошо подходит для приложений, где необходимо адаптировать датчик силы к существующему приспособлению.
• Тензодатчик для изгиба балки — Весоизмерительная ячейка для изгибающей балки LBB200 отличается тонкой конструкцией, что делает ее идеальной для OEM-приложений. Тензодатчики для изгибных балок, используемые при сжатии, могут использоваться для измерения силы, поверхностного давления и смещения для OEM-приложений. В то время как средний диапазон цен на тензодатчики и датчики силы FUTEK составляет около $600, LBB200 стоит треть цены. Недорогой тензодатчик LBB200 идеально подходит для экономичных приложений, в которых используются простые, точные и надежные датчики измерения силы на основе тензодатчиков.
• Одноточечный тензодатчик  —  Боковой тензодатчик с одноточечной конструкцией, специально предназначенный для OEM-приложений, требующих высокой точности или крупносерийного производства. Эти датчики силы на основе тензодатчиков, также известные как тензодатчики с поперечной балкой, измеряют растяжение и сжатие, а также известны как компактные параллелограммные датчики или одноточечные тензодатчики (замена тензодатчика Ishida). Весоизмерительные датчики с боковым креплением, такие как модель LSM300, являются рекомендуемым OEM-решением для измерения веса для автоматической машины для розлива бутылок, теста на проволочное соединение или могут использоваться в качестве датчиков веса для управления запасами. LRF400 представляет собой закрытую конструкцию малой емкости, подходящую для таких приложений, как высокоточные миллиграммовые весы для лекарств.
• Тензодатчик для педали : Датчик усилия для педали серии LAU предлагает идеальное решение для автомобильных приложений. Датчики нагрузки на педали предназначены для измерения нагрузки, прикладываемой к педалям тормоза, акселератора и сцепления во время ускорения, замедления и переключения передач. Датчики усилия на педали тормоза предназначены для измерения нагрузки на педали тормоза, акселератора и сцепления во время ускорения, замедления и переключения передач.

 

Как выбрать датчики измерения силы для вашего приложения?

Мы понимаем, что выбор правильного датчика нагрузки является сложной задачей, поскольку не существует реального отраслевого стандарта в отношении того, как выбирать весоизмерительную ячейку для продажи. Вы также можете столкнуться с некоторыми проблемами, включая поиск совместимого усилителя или преобразователя сигнала или потребность в специальном продукте, который увеличит время доставки продукта.

Чтобы помочь вам выбрать датчик силы, FUTEK разработал простое руководство из 5 шагов. Вот проблеск, чтобы помочь вам сузить свой выбор. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим полным руководством «Важные аспекты выбора датчика измерения силы».

• Шаг 1: Изучите свое приложение и то, что вы измеряете . Датчик нагрузки отличается от датчика давления, датчика крутящего момента или датчика силы крутящего момента и предназначен для измерения растягивающих и сжимающих нагрузок.
• Шаг 2 : Определите характеристики монтажа датчика и его сборки. У вас есть статическая нагрузка или это динамический тип? Определите тип монтажа. Как вы будете монтировать этот датчик силы?

 

Схемы в линию

Схемы бокового монтажа

• Шаг 3 : Определите минимальные и максимальные требования к емкости. Обязательно выберите грузоподъемность, превышающую максимальную рабочую нагрузку, и определите все внешние нагрузки (боковые или нецентральные нагрузки) и моменты перед выбором грузоподъемности.
• Шаг 4: Определите размер и геометрию требований (ширина, вес, высота, длина и т. д.) и механических характеристик (выход, нелинейность, гистерезис, ползучесть, сопротивление перемычки, разрешение, частотная характеристика и т. д.). Другие характеристики, которые следует учитывать, включают возможность погружения в воду (водонепроницаемость), криогенные, высокотемпературные, множественные или резервные перемычки и TEDS IEEE1451.4.
• Шаг 5: Определите тип вывода, который требуется вашему приложению. Выходное напряжение цепей преобразователя силы в мВ/В. Таким образом, если для вашего ПЛК или устройства сбора данных требуется аналоговый выход, цифровой выход тензодатчика или последовательная связь, вам обязательно понадобится усилитель тензодатчика или формирователь сигнала. Убедитесь, что выбран правильный усилитель, а также откалибрована вся измерительная система (преобразователь нагрузки + формирователь сигнала). Это готовое решение обеспечивает большую совместимость и точность всей системы измерения силы.

Для получения более подробной информации о нашем 5-этапном руководстве, пожалуйста, посетите наш раздел «Как выбрать датчик измерения силы» для получения полных рекомендаций.

 

Посетите наш магазин датчиков силы. Доступно более 600+ типов датчиков силы!

 

 

Почему важно калибровать датчики силы?

Калибровка датчика силы — это регулировка или набор коррекций, которые выполняются на датчике , или приборе (усилителе), чтобы убедиться, что датчик работает как точно или безошибочно, насколько это возможно.

Каждый датчик силы подвержен ошибкам измерения . Эти структурные погрешности представляют собой просто алгебраическую разницу между значением, отображаемым выходным сигналом датчика , и фактическим значением измеряемой переменной или известными эталонными силами. Ошибки измерения могут быть вызваны многими факторами:

Смещение нуля (или балансировка нуля датчика силы): Смещение означает, что выходной сигнал датчика при нулевой силе (истинный нуль) выше или ниже идеального выходного сигнала. Кроме того, стабильность нуля относится к степени, в которой преобразователь поддерживает баланс нуля при неизменности всех условий окружающей среды и других переменных.

Линейность (или нелинейность): Немногие датчики имеют полностью линейную характеристику, что означает, что выходная чувствительность (наклон) изменяется с разной скоростью во всем диапазоне измерения. Некоторые из них достаточно линейны в желаемом диапазоне и не отклоняются от прямой линии (теоретической), но некоторые датчики требуют более сложных вычислений для линеаризации выходного сигнала. Таким образом, нелинейность датчика силы представляет собой максимальное отклонение фактической калибровочной кривой от идеальной прямой линии, проведенной между выходными сигналами без давления и номинальным давлением, выраженное в процентах от номинального выходного сигнала.

Гистерезис: Максимальная разница между выходными показаниями преобразователя для одного и того же приложенного усилия; одно показание получается путем увеличения силы от нуля, а другое — путем уменьшения силы от номинальной мощности. Обычно он измеряется при половинной номинальной мощности и выражается в процентах от номинальной мощности. Измерения следует проводить как можно быстрее, чтобы свести к минимуму ползучесть.

Повторяемость (или неповторяемость): Максимальная разница между выходными показаниями преобразователя для повторяющихся входов при одинаковой силе и условиях окружающей среды. Это выражается в способности преобразователя силы поддерживать постоянный выходной сигнал при повторном приложении одинаковой силы.

Температурный сдвиг Диапазон и ноль: Изменение выходного сигнала и нулевого баланса, соответственно, из-за изменения температуры преобразователя.

Рис. 5: Калибровочная кривая датчика датчика силы.

Каждый датчик силы имеет «характеристическую кривую» или «калибровочную кривую», которая определяет реакцию датчика на ввод. Во время регулярной калибровки с использованием калибровочного станка преобразователя силы мы проверяем смещение нуля и линейность датчика, сравнивая выходной сигнал датчика при эталонных усилиях и настраивая реакцию датчика на идеальный линейный выходной сигнал. Оборудование для калибровки датчика силы также проверяет гистерезис, воспроизводимость и температурный сдвиг, когда клиенты запрашивают его для некоторых критически важных приложений измерения силы.

Для получения дополнительной информации о калибровке см. нашу страницу часто задаваемых вопросов о калибровке датчика.

Если у вас есть дополнительные вопросы о терминах и определениях калибровки, обратитесь к нашему Глоссарию терминов калибровки датчиков.

Хотите узнать, какие услуги по калибровке мы предлагаем для вашего датчика и/или системы?

Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше!

 

Как часто следует калибровать датчик измерения силы?

Поскольку тензометрические датчики силы подвержены длительному использованию, старению, отклонению выходного сигнала, перегрузке и неправильному обращению, компания FUTEK настоятельно рекомендует выполнять ежегодную повторную калибровку.