Embed Size (px)
Citation preview
Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb
CW01 - Teorie
měření a
regulace
© 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.
ZS – 2012/2013 8.8
Ústav technologie, mechanizace a řízení
staveb
Teorie měření
a regulace
© 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.ZS – 2014/2015
13.SP-t.6.
měření síly
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2009/2010
A
Další pokračování
o
principech
měření …………
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 20122013
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Síla patří mezi základní fyzikální veličiny - je to vektor vyjadřu-
jící míru vzájemného působení těles nebo polí –
Síla se projevuje statickými účinky = příčina deformace těles – a
dynamickými účinky = příčina změny pohybového stavu tělesa
(hmotného bodu), např.: uvedení tělesa z klidu do pohybu nebo
naopak, či změny velikosti nebo směru rychlosti tělesa - změna je
vždy podmíněna působe-ním jiných těles, ať už přímým dotykem
(nárazem, třením, taže-ním, tlačením) nebo prostřednictvím
silového pole.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2012/2013
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Síla je vektorovou veličinou - působící na hmotný bod jako váza-
ný vektor, tj. působiště síly je v tomto bodě.
Toto působení je v Newtonově mechanice spojováno s existencí
síly působící mezi oběma inter-reagujícími tělesy.
Síla se měří siloměrem.
Princip: Podle Hookova zákona čím větší síla, tím větší deformace
a tím větší také výchylka na stupnici siloměru.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2012/2013
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Princip měření síly je založen na platnosti vztahu:
F = d(m*v) / dt = v * ( dm / dt ) + m * ( dv / dt )
anebo stačí použít zjednodušený vztah:
F = m * a
kde a … zrychlení
m … hmota
v …. rychlost.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2012/2013
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Síla se obvykle značí písmenem F (z anglického force).
V soustavě SI má jednotku newton se značkou N - pro technická
měření je obvyklé udávat výsledek v kilonewtonech.
Fyzikální rozměr síly je kg.m.s-2.
V dříve rozšířené technické soustavě jednotek byl jednotkou síly
kilopond (kp), který byl dokonce základní jednotkou této
soustavy.
Převodní vztah je 1 kp = 9,806 65 N.
Imperiální jednotkou síly je librová síla (lbf), pro kterou platí
převod 1 lbf = 4,448 22 N.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2010/2011
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Statická definice síly vychází z tíhového zrychlení:
G = m * g
kde
g … tíhové zemské zrychlení
g = 9,80665 m/s2 na 45 rovnoběžce u hladiny moře.
Přesné hodnoty pro velká města:
Praha – nadmořská výška 191 m nhm – 9,81090 m/s2
Brno – nadmořská výška 227 m nhm – 9,81014 m/s2.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2009/2010
A
Měření fyzikálních veličin – moment síly
Měření momentu síly – snímače využívají principy:
• odporový
• magnetický
• kapacitní
• indukční
• inverzní Wiedermanův jev
• piezoelektrický
• fotoelektrický
• optický
• laserový.
Siloměr (řec. dynamometr) – nejjednodušší základní provedení
přístroj k měření velikosti síly nebo kroutícího momentu.
Měřítkem velikosti síly je stupeň deformace pružné části silo-
měru, například pružiny - tvar a tuhost pružné části siloměru je
volen s ohledem na měřicí rozsah siloměru a na způsob odečítání
hodnoty deformace, tj. síly.
Měřená síla se odečítá buď přímo opticky na stupnici nebo pro-
střednictvím elektrického měření.
Elektrický siloměr tenzometrický - využívá vhodně tvarovanou
pružnou část polepenou tenzometry nebo s tenzometry napařenými
přímo na pružící části.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2012/2013
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Siloměr - podle směru a účinku působící síly:
tahové
tlakové
tahotlakové
zkrutné.
Měřené síly: tíhová, tahové, tlakové, vztlaková, třecí, odporová,
dostředivá, odstředivá, torzní (vyvolávající kroucení tělesa podle
podélné osy)…
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2012/2013
A
Měření fyzikálních veličin – síla
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2012/2013
Měření fyzikálních veličin – síla
Pružinový
mechanický
siloměr
Elektrický tenzometrický
siloměr
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2009/2010
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Na přístroje pro měření síly (hlavně na snímače) jsou kladeny tyto
požadavky:
• rozsah 10-3 N až 108 N (ne jediným výrobkem ! )
• vysoká tuhost vylučující posuny měřeného bodu či zkreslení na-
měřené hodnoty + necitlivost na působící boční síly a momenty
• maximální stabilita mechanická i teplotní
• nulová nebo minimální hystereze
• vysoká přesnost a výborná opakovatelnost měření
• minimální rozměry snímače – tj. snadné umístění i zabudování
• malá hmotnost pohybujících se členů a z toho vyplývající malá
časová konstanta při dynamických měřeních.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2009/2010
A
Měření fyzikálních veličin – síla
Pro elektrické snímače síly jsou využívány fyzikální principy:
• změna odporu – 0,001 N až 100 MN – přesnost 0,01 až 10 %
• změna kapacity – 0,001 N až 10 MN – přesnost 1 (0,01) až 3 %
• změna indukčnosti – 0,01 N až 10 MN – přesnost 1 až 3 %
• změna tvaru magnetického pole – 1 N až 10 MN – lze pro
přetížení až 10 % (extrémně až 30 %) bez poškození
• piezoelektrický jev – 0,1 N až 109 N
• Hallův jev (hlavně pro malé síly)
• mikroelektronické polovodičové prvky
• tenzometry.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2009/2010
A
Měření fyzikálních veličin – moment síly
Měření momentu síly je v průmyslových aplikacích jedním ze zá-
kladních - ověřuje, zda:
• hnací motor má dostatek energie pro hnanou část stroje
• nedochází v některých pracovních nebo poruchových stavech ke
zbytečnému přetěžování hnacího motoru
• nedochází k zadírání hnané strojní části (mechanizmu) – např.
v rámci funkce provozní diagnostiky
• nejsou přetěžovány pohybové součástky v jednotlivých pracov-
ních režimech
• nejsou přetěžovány pohybové součástky při přechodových dějích
• atd.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2009/2010
A
Měření fyzikálních veličin – moment síly
Realizace měření momentu síly
Nejjednodušší je na stojících částech – konstrukce stroje, rám
stroje nebo např. objekt výrobní haly atd.
Naopak dosti složité je měření pohybujících se (zvláště u vyso-
kých rychlostí pohybu a dlouhých drahách) nebo rotujících částí.
Principem měření síly je měření deformace na nějakém známém
rameni působící síly.
T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2009/2010
A
Měření fyzikálních veličin – moment síly
V běžné praxi se pro měření krouticích momentů využívají
dvě možnosti:
• speciální měřicí hřídele, které se vkládají do hřídelové části
rotující součásti stroje
• tenzometrické principy využívající informace z tenzomet-
rických snímačů deformace – tenzometry se nalepují přímo
na měřený hřídel či jinou pohybující se součástku.
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
… a to by bylo k informacím
o měření síly a momentu sil
(skoro)
vše98....
T- MaR
© VR - ZS 2009/2010
Témata
