Механические измерительные устройства

В механических динамометрах, предназначенных для измерения силы в процессе движения, можно использовать и трение, управляемо меняя его силу, а тем самым силу сопротивления активному движению, и гидродинамическое сопротивление. Эти факторы задаются программой измерений. Механические динамометры, позволяющие измерять силу не в изометрическом, а в преодолевающем режиме телодвижения, могут быть построены и на других принципах: на преодолении гравитации и на преодолении силы инерции.

В первом случае это некоторый дозированный груз (силы сопротивления — его вес, сила трения между деталями динамометра, сила инерции грузов (последнюю принимают во внимание, если ускорение существенно). Динамометры, на которых измеряют силу при движении с постоянной скоростью, часто неверно называют изокинетическими,тогда как следует называть изокинематическими.

Груз Стержень Груз Ступица со шкивом

Тяговый трос

Ось Ось

Ступица Ось

Крепление

а Трос б

Рис.4.4. а — маятник Обербека (спереди, сбоку), б — «мальтийский крест» (спереди).

Динамометры, в которых основная часть сопротивления — сила инерции, называют инерционными. Основная часть инерционного динамометра — так называемый «маятник Обербека» (рис.4.4,а) или «мальтийский крест» (рис.4.4,б). Это устройство закреплено на валу (1) и вращается (разгоняется) вместе с ним под воздействием троса (2), намотанного на вал или надетый на этот вал шкив. Трос тянет испытуемый. Грузы (3) можно перемещать и закреплять ближе к ступице (4) или дальше от нее, что соответственно уменьшает или увеличивает момент инерции маятника, а следовательно — отношение величины инерционного сопротивления к ускорению троса. При этом величина силы (F) воздействия на инерционный динамометр определяется как частное от деления произведения углового ускорения (e) и момента инерции (I) вращающегося устройства (т.е. I´e) на плечо (d) приложенной к тросу силы тяги: F = I´e ½ d.

Механический метод лежит в основе некоторых изменений методики измерения пути и скорости — как линейной (поступательного движения), так и угловой (вращательного движения). Если нужно измерить малый путь или скорость на малом пути, могут быть использованы тяги, поводки, рычаги, одним концом соединенные с наблюдаемой точкой, а другим — с регистрирующим механизмом. Механизм, регистрирующий путь, обычно прост: например, второй конец тяги или рычага оформлен как стрелка, скользящая по линейной или изогнутой шкале. Либо на общей с поводком оси ставят храповой механизм, и стрелка регистратора перемещается только в одном направлении. Либо через систему зубчатых передач вращение передается на цифровые барабаны, выдающие числовую информацию.

В основе систем для измерения больших перемещений иная схема. Катушка (боббина) с намотанной леской, свободным концом прикрепленной к контролируемой точке тела спортсмена или движу­щегося предмета, при его перемещении вращается. Вращение зубча-

7 6

А

5 V г

2 в 2

4 7

3 1 5

1 а 6 б

Рис.4.5. а — механический гониометр; б — электрический гониометр. в — потенциометр, г — реостат. 1 и 2 — бранши, 3 — плоский шарнир, соединяющий бранши гониометра, 4 — стрелка, закрепленная на правой бранше, круговая шкала (не показана) — на левой), 5 — сопротивление потенциометра (закреплено на правой бранше), 6 — подвижный контакт потенциометра (закреплен на левой бранше), 7 — круговой потенциометр.

той или фрикционной передачей преобразуется в движение регистрирующего механизма — стрелочного, записывающего, цифрового.

Для измерения суставных углов и небольших угловых перемещений служат гониометры. Механический гониометр состоит из 2 браншей (на рис.4.5,а они помечены цифрами 1 и 2) — продолговатых скрепленных плоским шарниром (3) пластин, закрепленных на сочленяющихся звеньях тела так, чтобы центр шарнира оказался на оси сустава. К одной бранше прикреплена шкала в форме транспортира, к другой — стрелка-указатель (4) — см рис.4.5,а.

Схемы измерения скорости (поступательной, угловой) аналогичны схемам измерения перемещения: вращение через зубчатую или ременную) передачу (или систему передач) преобразуется в функцию стрелочного, записывающего или цифрового регистратора.

F балка

F

F F

4 4 3 _{консоль}

1 F _{тензо- стойка}

2 ^кольцо

5 5 8

6 тензорезистор F₁ F₂

а 7 б в

Рис.4.6. а — инерционный (центробежный) преобразователь: 1 — вал, вращающаяся со скоростью, соответствующей скорости измеряемого объекта; 2 и 3 — грузы; 4 — стержни, соединяющие грузы с осью; 5 — стержни, соединяющие грузы с подвижной муфтой 6, с которой соединена стрелка 7; 8 — шкала. Тонкими линиями показано состояние устройства при быстром вращения оси, т.е. при большей скорости измеряемого объекта. б — проволочный тензорезистор. в — силоизмерительные элементы.

Если движение поступательное, оно часто предварительно преобразуется во вращательное движение конструктивного элемента измерительной системы. Во многих случаях в качестве регистратора можно применять устройство, основанное на возникновении центробежной силы F_цб при вращении симметрично расположенных одинаковых грузиков 2 и 3 (см. рис.4.6,а; здесь принцип тот же, что в предохранительном клапане Уатта).

Во всех случаях измерения силы или скорости можно наблюдать либо записывать весь процесс в наблюдаемом интервале времени или пространства, но можно фиксировать и только максимальное значение, достигнутое в данном интервале — тогда прибор (устройство) называют максимальным (динамометром, спидометром).

Дата добавления: 2015-04-30