Электронный динамометр особенности эксплуатации и правила применения

Электронный динамометр особенности эксплуатации и правила применения

Для проведения измерений силы растяжения или сжатия применяются специальные приборы контрольно-измерительного назначения, которые называются динамометрами. Эти устройства различаются по функциональному типу, конструкции, конкретной сфере применения. Среди всех модификаций особым спросом пользуются электронные модификации.

Краткое содержимое статьи:

  • Сфера применения
  • Особенности работы динамометра сжатия-разжатия
  • Использование индукции и пьезоэлектрического эффекта
  • Приспособление с проволочным датчиком
  • Преимущества моделей
  • Фото электронных динамометров

Сфера применения

Динамометр представляет собой приспособление, которое используется в процессе измерения силовых параметров в различных агрегатах и механизмах. С высокой точностью производится измерение динамометром, например, силы резания. Затеряется также сила тяги и даже момента крутящего типа.

Замеры производятся, как правило, нескольких параметров одновременно – от 1 до 3. Это фактор ложится в основу классификации устройств – однокомпонентный, двухкомпонентный и трехкомпонентный типы.

Конструкции данных приспособлений достаточно схожи, хотя по внешнему виду они могут и различаться, что видно на фото динамометров. В построении изделий предусмотрен специальный резец, работа которого синхронизирована с механизмом, ответственным за распределение силы резки на отдельные составляющие.

Присутствуют датчики для преобразования зафиксированной силы в соответствующие показатели, которые затем будут сосчитаны элементом регистрации.


Если вас интересует вопрос, какие есть динамометры, то целесообразно выделить такие их виды:

  • индукционные;
  • пьезоэлектрические;
  • конденсаторные;
  • устройства, использующие проволочные датчики сопротивления.

Результативный вид получаемых замеров представляет собой запись, аналогичную представленной на осциллограмме. Поэтому применяется устройство для определения нагрузок в процессах производства и при проведении СМР.

Особенности работы динамометра сжатия-разжатия

В наибольшей степени в практике задействуется тензорезисторный вид электродинамометров. Они обладают высоким показателем собственной частотой, равной нескольким килогерцам и позволяют производить динамические и статистические замеры.

Первый тип измерений дает оценку нормативных значений и законов, которые лежат в основе процессов физического характера, происходящих в объекте. Статические измерения позволяют определить возможность фиксации физической величины непосредственно в ходе измерений.

Динамометр тензорезисторного типа конструктивно включает элемент с высокой степенью упругости, а также ряд решеток тензорезисторного вида.

Воздействующая на устройство нагрузка приводит к их деформации. Это обусловливает разбалансировку токов моста сопротивления, в связи с чем генерируется сигнал. Он записывается на специальной шкале вторичного прибора. Данная шкала имеет градацию в силовых единицах, что позволяет определить динамометром силу сжатия.

Использование индукции и пьезоэлектрического эффекта

Динамометр индукционного типа задействуется в процессе испытаний двигателей с параметром мощности до 966 л. с. Это электрическое устройство малоинерционное и охлаждается при помощи воды. В процессе работы создается момент торможения вследствие возникновения вихревых токов.

Конструктивно имеется диск из металла, зафиксированный в магнитном поле. Вращение диска осуществляется с заданной скоростью. Возникающие токи вихревого характера определяются на тензодатчике.

Наличие датчика со специфическим магнитным эффектом позволяет зафиксировать число совершаемых диском оборотов в течение 1 мин.

Динамометр пьезоэлектрического типа замеряет статические силы. В конструкции присутствуют пластины, основу которых составляет пьезокварц. Благодаря применению данного материала создается пьезоэффект. Он может быть прямым и обратным. Заряд формируется на пластинах вследствие нагрузки на них. Вид реакции определяется расположением разреза к осям установленных кристаллов. Это состояние зависит от действующей силы – происходит ли сжатие или сдвиг.


Положение пластин таково, что они имеют круговое расположение и зажимаются стальными кольцами. Усилитель с большим входным сопротивлением подключен к пластинам и осуществляет преобразование заряда в электронапряжение, снимаемое электродами. Заряд, возникающий при ударе, позволяет использовать такие динамометры в процессе определения ударных нагрузок.

Приспособление с проволочным датчиком

В приборе присутствует пластина в форме квадрата Она расположена в корпусе на специальных упругих звеньях. В качестве материала для их изготовления берется закаленная сталь.

Форма звеньев – полые трубки с небольшой степенью жесткости применительно к вектору, который перпендикулярен оси. Однако по параллельной оси вектора степень жесткости будет высокой.

В опорах расположены проволочные датчики. Их база 10 мм. В конструкции имеются датчики:

  • для замеров горизонтальных сил;
  • для фиксации крутящего момента.
Читайте также:  Рено Сандеро замена салонного фильтра где находится и как снять

Устройство применяется в процессе фрезеровки, шлифовании, точении и позволяет произвести замер силы резания.

Преимущества моделей

Электронные динамометры отличаются такими достоинствами:

  • стабильность многократных измерений вследствие минимальности отклонений и амплитуды замеров;
  • возможность передачи данных по кабелю на ПК;
  • высокий уровень разрешающей способности, обеспечивающий детализацию замеров;
  • удобство конструкции и простота калибровки;
  • удобный дисплей;
  • простота в эксплуатации.

Электронный динамометр обеспечивает высокую точность измерений сил растяжения и сжатия. Использование устройства достаточно простое и не требует специальных навыков.

Тормозные устройства и динамометры

В условиях стендовых испытаний нагрузка двигателя осуществляется тормозным механизмом, оснащенным динамометром, с помощью которого определяется развиваемый двигателем крутящий момент.

Современные испытательные стенды оснащены гидравлическим или электрическим тормозными механизмами. Наибольшее распространение получили гидравлические тормозные механизмы, отличающиеся сравнительной простотой конструкции и большой энергоемкостью.

Основными узлами гидравлического тормозного механизма являются статор, установленный на подшипниках в опоpax станины, и ротор, вращающийся в подшипниках, соединенный муфтой с валом двигателя. Через гидравлический тормозной механизм протекает вода. При вращении ротора вследствие гидродинамического сопротивления воды создается тормозной момент, равный моменту, развиваемому двигателем. Энергия, полученная при вращении ротора, передается статору, на котором также создается момент, равный моменту, развиваемому двигателем. От проворачивания статор удерживается динамометром, с которым он соединен с помощью рычага.

Изменение тормозного момента осуществляется за счет изменения активной площади взаимодействия ротора с водой. В зависимости от степени заполнения водой используются гидравлические тормозные механизмы полного или частичного заполнения. В тормозных механизмах полного заполнения активная площадь ротора изменяется перемещением заслонок-шиберов, установленных между ротором и статором, а в тормозных механизмах частичного заполнения — изменением количества подаваемой в гидравлически и тормозной механизм воды.

Ротор и статор гидравлического тормозного механизма могут иметь различное конструктивное исполнение.

Рис. Лопастной гидравлический тормозной механизм: 1 и 2 — вентили; 3 — лопатки ротора; 4 — лопатки статора; 5 — ротор; б — диск статора; 7 — ротора; 8 — подшипник ротора; 9 — подшипник статора; 10 — соединительная муфта; 11 — опора статора; 12 — станина; 13 — заслонки-шиберы; 14 — статор

Лопастные гидравлические тормозные механизмы в роторе и в дисках статора имеют карманы овального сечения, между которыми образуются лопатки. Эти тормозные механизмы работают при полном их заполнении водой. Изменение тормозного момента осуществляется перемещением заслонок-шиберов.

Рис. Дисковый гидравлический тормозной механизм: 1 — диск статора; 2 — ротор; 3 — вал ротора; 4 — сливной патрубок; 5 — сливная трубка; б — червячное колесо

В дисковых гидравлических тормозных механизмах ротор выполняется в виде диска с отверстиями, а к статору крепятся диски, имеющие сотовидные рабочие поверхности.

В штифтовых тормозных механизмах на ободе прикреплены два или несколько рядов стальных штифтов, которые обычно крепятся и к статору. Штифты устанавливаются с небольшим зазором между штифтами ротора.

Дисковые и штифтовые гидравлические тормозные механизмы работают при их частичном заполнении водой. Вода под действием центробежной силы отбрасывается к периферии, образуя вращающее водяное кольцо. Тормозной момент зависит от толщины этого водяного кольца.

По энергоемкости дисковые и штифтовые тормозные механизмы уступают лопастным. Недостатком гидравлических тормозных механизмов частичного заполнения водой является также нестабильность тормозного момента при изменении давления воды. Поэтому питание гидравлических тормозных механизмов водой осуществляется обычно из бака, поднятого на высоту 3—4 м.

Во избежание кавитации, повышенной коррозии и образования накипи температура воды на выходе из гидравлического тормозного механизма не должна превышать 333—338 К.

В электрических тормозных механизмах статор балансирно установлен на опорах фундаментной рамы, а вал ротора соединен с двигателем.

Механическая энергия в этих тормозных механизмах преобразуется в электрическую. Так как электрические машины имеют возможность рекуперации, то в случае питания электроэнергией с внешнего источника электроэнергии они работают в режиме электрического двигателя и преобразуют электрическую энергию в механическую. Обычно используют электрические машины постоянного тока. При работе их в тормозном режиме (в режиме генератоpa) ток поступает на обмотку возбуждения и индуцирует магнитное поле. При вращении якоря (ротора) в его обмотке возникает электродвижущая сила. Ток якоря своим магнитным полем противодействует вращению якоря, следовательно, и вращению вала испытываемого двигателя. На статоре при этом возникает реактивный момент, равный крутящему моменту двигателя. Изменение тормозного момента осуществляется путем изменения силы тока в обмотках возбуждения. Электрическая энергия, вырабатываемая электрическим тормозным механизмом при работе в тормозном режиме, поглощается нагрузочными реостатами или передается в общую электрическую сеть.

Читайте также:  Типы двигателей для строительной техники - особенности и производители

При работе электрической машины в режиме электрического двигателя (например, для пуска двигателя или снятия его тормозных характеристик) электрический ток подается как в обмотку возбуждения, так и на цепь якоря. В результате взаимодействия магнитных полей якоря и статора на якоре возникает крутящий момент, а на статоре — реактивный момент, направленный в сторону, противоположную направлению вращения якоря.

Зависимость тормозной мощности от частоты вращения коленчатого вала определяется характеристикой тормозного механизма. Область возможных режимов работы тормозного механизма показана на рисунке.

Кривая OA на рисунке соответствует работе гидравлического тормозного механизма при максимально разведенных заслонках или при полном заполнении водой. На этом участке тормозная мощность изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала: Рт = аn^3, где а — коэффициент пропорциональности.

Рис. Внешние характеристики: 1 — гидравлического тормозного механизма; 2 — электрического тормозного механизма; 3 — двигателя

В точке А тормозной момент достигает максимального значения. Дальнейшее поглощение мощности возможно только при постоянном максимальном моменте, который поддерживается прикрытием заслонок или уменьшением расхода воды.

В точке В поглощаемая мощность ограничивается допустимой температурой воды. Дальнейшее повышение частоты вращения коленчатого вала возможно при постоянной мощности двигателя, следовательно, уменьшении крутящего момента пропорционально росту частоты вращения коленчатого вала. Это достигается сближением заслонок или уменьшением расхода воды.

В точке С частота вращения ограничена показателем прочности ротора. На участке CD кривой внешней характеристики крутящий момент и мощность уменьшаются пропорционально. Кривая DO соответствует изменению тормозной мощности, затрачиваемой на трение в подшипниках и ротора о воздух при отсутствии воды в гидравлическом тормозном механизме.

В электротормозе при максимально допустимой силе тока в обмотке возбуждения тормозная мощность в зависимости от частоты вращения коленчатого вала изменяется по кривой ОА’ которая описывается уравнением Рт = bn^2. В точке А’ тормозная мощность ограничивается допустимой температурой нагрева обмоток якоря. Для дальнейшего повышения частоты вращения коленчатого вала (кривая А’В’) необходимо снизить крутящий момент путем увеличения сопротивления в цепи якоря или уменьшения силы тока возбуждения. Ограничение частоты вращения коленчатого вала в точке В обусловлено механической прочностью обмотки якоря.

Кривая С’О соответствует тормозной мощности, поглощаемой электротормозом, при отсутствии тока возбуждения.

Тормозной механизм считается пригодным для испытания двигателя, если внешняя характеристика двигателя полностью соответствует площади, ограниченной внешней характеристикой тормозного механизма. В этом случае тормозной механизм обеспечивает испытание двигателя на всех возможных режимах его работы.

Для измерения крутящего момента, развиваемого двигателем, используются механические, гидравлические и электрические динамометры.

Рис. Схема механического квадрантного динамометра: 1 — маятник; 2— кулак-квадрант; 3 и 7 — ленты; 4 — стрелка; 5 — кулак; б — зубчатая рейка; 8 — груз; 9 — балансир; 10 — зубчатое колесо

Наиболее точным является механический квадрантный динамометр. Он имеет два маятника, укрепленных на кулаках-квадрантах, которые подвешены на тонких стальных лентах. Сила F через балансир передается кулакам, конструктивно объединенным с квадрантами.

При отсутствии силы F маятники занимают положение, при котором их центры тяжести лежат на одной вертикали с точкой крепления ленты. Под влиянием силы F, которая передается от рычаг статора тормозному механизму, маятники совершают сложное движение, перекатываясь по стальным лентам квадрантами и отклоняясь от положения равновесия. Балансир, к которому приложена сила F, сместится при этом вниз. При перемещении балансира связанная с ним зубчатая рейка поворачивает стрелку, которая указывает показание динамометра, соответствующее крутящему моменту, развиваемому двигателем:

Читайте также:  Polaris Ranger XP 1000 — лучший вездеход для охоты; Мототехника Поларис

где к = 716,2/l — постоянная (указывается в паспорте динамометра).

Студенческая жизнь .

Сайт о жизни студентов во всех ее проявлениях

Как сделать динамометр?

Динамометр — отличный прибор. Современная промышленность выпускает какие угодно модификации. С разными единицами измерения — шкала градуируется в килограммах, например. Существуют пределы измерения от минимального до очень большого, исчисляемого десятками тонн. Однако, давайте посмотрим, как сделать динамометр своими руками. Простой и точный.

Основа физического процесса

Чтобы понять, как сделать динамометр, стоит остановиться на принципе его работы. В основе лежит третий закон Ньютона, который гласит, грубо, что на каждое действие есть равное противодействие. Поэтому простейший динамометр будет состоять из рабочего элемента, который деформируется при воздействии нагрузки. И шкалы, которая может быть проградуирована в любых единицах и служить методом визуального определения приложенной силы.

Конструктивное исполнение

Пока отвлечемся от основного рабочего элемента и посмотрим на детали прибора.

  • Нам понадобится точка приложения силы. В самом простом случае — металлический крюк небольшого размера. Можно изготовить из канцелярской скрепки.
  • Чтобы было удобнее, не будем крепить крюк на рабочий элемент. Нам нужен передатчик. Нерастяжимая прочная нитка — подойдет. Закрепляем на нее крюк.
  • Шкала. Ее будем размечать самостоятельно, поэтому ограничимся полоской бумаги.
  • Понадобится какая-то основа, на которой будет закреплен рабочий элемент и поместится участок со шкалой. Здесь никто не ограничен в фантазии, можно использовать что угодно.

Когда есть все детали, можно переходить к выбору основного рабочего тела и решать, как сделать динамометр лучшим образом.

Рабочий элемент

1. «Авиационная» резинка.

Такой простой способ вполне подойдет, если нужен динамометр для измерения небольших усилий. Резинка такого типа хорошо растягивается и что самое главное — очень линейно. Чтобы понять, как сделать такой динамометр, представьте дощечку. На верхней части закреплен конец резинки. Внизу — полоска для шкалы. Длина резинки рассчитывается так, чтобы ее растяжение было удобно фиксировать в пределах выделенного пространства.

2. Пружина.

Выбор зависит от силы, которую необходимо будет мерять. Основное требование — пружина должна растягиваться на большую длину. Конструкция динамометра будет аналогичной той, которую придумали для резинки. Если нужен большой диапазон силы, можно снять пружину с кровати или дверную. С последней работать проще — она длинная и можно «откусить» сколько нужно, формируя предел измерения.

Градуировка прибора

Вопрос «как сделать динамометр» в конструктивном плане более-менее ясен. Теперь нужно сделать так, чтобы «это показывало», то есть обеспечить правильную разметку шкалы. Для этого понадобится несколько грузов разной массы, естественно, известной. Они просто последовательно подвешиваются на крюк и степень растяжения рабочего элемента отмечается на шкале.

Если динамометр использовать как безмен, этого хватит. Измеряем линейкой, сколько миллиметров шкалы приходится на один грамм или килограмм и размечаем.

Для того чтобы динамометр измерял то, для чего предназначен — с помощью калькулятора для каждого грузика считаем силу, умножая его массу на ускорение свободного падения. После этого градуируем шкалу, как написано выше для измерения массы. Все, работа окончена.

Заключение

Мы рассмотрели самый простой способ. Для тех, кто хочет узнать, как сделать динамометр с круглой шкалой, можем дать совет. В качестве рабочего тела используйте полоску закаленной стали или пластиковую линейку, которая гнется и уверенно возвращается в исходное положение. Закрепив один конец и подвешивая груз на другой — можно градуировать дугу отклонения и получить динамометр с круглой шкалой. Все просто, сделать прибор для измерения силы несложно и своими руками.

Школьный эксперимент — видео

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector