Siłomierz / dynamometr / niutonometr - co to jest?

Dynamometr jest to urządzenie do pomiaru siły. W Polsce zamiennie używa się słowa dynamometr, siłomierz oraz bardzo rzadko niutometr. Na skali siłomierza najczęściej znajdują się co najmniej dwie jednostki N- Newton, kg- kilogram czasami lb funt oraz pochodne dawniej używanych jednostek kgf, lbf, Podstawową jednostką miary siły obowiązująca w Polsce i na całym świecie (wyjątek stanowią USA, Liberia) jest 1 N wg Międzynarodowego Układu Jednostek Miar SI (fr. Système international d'unités, SI). Nazwa jednostki pochodzi od nazwiska angielskiego fizyka Isaac Newton

Podstawowy wzór na siłę  F = m x g

m - masa (kg)
g - przyspieszenie ziemskie (przy mniej dokładnych pomiarach 9,81 m/s2), natomiast gdy zależy nam na dokładności pomiarów, koniecznie należy uwzględnić szerokość geograficzną i wysokość dokonywanych pomiarów nad poziom morza np. dla Puszczykowa k. Poznania wynosi to dokładnie 9,81245 m/s2

 

wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego

 

 Precyzyjne ustalenie przyspieszenia ziemskiego jest bardzo ważne przy pomiarach siły i masy. Istnieją anomalie przyspieszenia ziemskiego zależne od wielu czynników mające wpływ na dokładność pomiarów. Pomiar przyspieszenia ziemskiego w siedzibie firmy Wagi Wielkopolska w Puszczykowie. Grawimetr absolutny A10 Micro-g Solutions Inc.

 

1N to 10 razy mniej niz 1kg

 

Przydatne informacje:

1 N to siła z jaką ziemska grawitacja oddziałuje na ciało o masie około ≈ 102 g (przykładowe małe jabłko, które spadło na głowę angielskiego uczonego).
Na powierzchni Ziemi na ciało o masie 1 kg działa siła skierowana w dół o wartości około 9,81 N, czyli 1 kg to prawie 10N

Dynamometr mechaniczny - co to jest?

Dynamometr mechaniczny jest to przyrząd pomiarowy, którego sercem jest najczęściej sprężyna, która zmienia swoją długość proporcjonalnie do przełożonej siły. W najprostszych rozwiązaniach obok sprężyny znajduje się podziałka wycechowana w Newtonach (siłomierze sprężynowe, rurkowe, wagi hakowe). Najczęściej siłomierz ten działa w jednym kierunku na rozciąganie.

dynamometr sprężynowy Kern 281

Dynamometr  sprężynowy (rurkowy) niemieckiej firmy Kern model Kern 281.

dynamometr mechaniczny Sauter FA

Dynamometr mechaniczny o nieco bardziej skomplikowanej konstrukcji wyposażony jest we wskaźnik zegarowy umożliwiający pomiar sił w dwóch kierunkach. Model  Dynamometr Sauter FA. 

 Elementem pomiarowym bywają też gruszki wypełnione powietrzem, a zmiany przykładnej siły są prezentowane na wyskalowanym w Niutonach manometrze - rozwiązania te znalazły zastosowanie w siłomierzach o stosunkowo małych zakresach pomiarowych takich jak siłomierz medyczny do pomiaru siły ścisku dłoni i kciuka. Ze względu na duże błędy pomiarowe i wrażliwość na czynniki zewnętrzne obecnie stosuje się w nich jednak czujniki tensometryczne.

dynamometr do pomiaru ścisku dłoni Sauter MAP

Nowoczesny  dynamometr medyczny do pomiaru siły ścisku dłoni firmy Kern MAP. Zamiast gruszki zastosowano czujnik tensometryczny. Siłomierz medyczny prosty w obsłudze posiada funkcje statystyczne. 

Zamiast powietrza zastosowano olej zamknięty w puszce, dając początek tzw. Siłomierz puszkowy do pomiaru większych sił ściskających od kilku do kilkuset kiloniutonów. (1 kN to 1000 N to około 100 kg)

czujnik tensometryczny puszkowy

Współczesny czujnik siły tensometryczny „puszkowy” służy do pomiaru sił ściskających. Ze względu na dokładność obecnie już się nie stosuje w rozwiązaniach profesjonalnych czujników ciśnieniowych z olejem z powodu niskiej dokładności i powtarzalności pomiarów.

Siłomierze mechanicznego to stosunkowo mało dokładne przyrządy pomiarowe wrażliwe na zmiany temperatury, udary mechaniczne oraz sposób użytkowania i montażu, a ich rozdzielczość jest najczęściej od 100 do 1000 działek odczytowych. Niska cena oraz brak konieczności zasilania powoduje, że są chętnie używane w szkolnictwie oraz niewymagających dokładności pomiarów. Zamiennie stosowane są jako przyrządy do pomiaru masy np. ważenie ptaków, ryb oraz wykonywania prostych czynności serwisowych maszyn i urządzeń. 

dynamometr sauter ważenie ptaków

Kern 281-891 specjalny uchwyt do ważenia ptaków do dynamometrów  sprężynowych firmy Sauter 

Dynamometr elektroniczny - co to jest?

Dynamometr elektroniczny jest to urządzenie pomiarowe składające się tensometrycznego czujnika siły oraz elektronicznego układu pomiarowego prezentującego w postaci cyfrowej wynik pomiaru. Ze względu na rosnące możliwości techniczne i coraz niższą cenę są obecnie najpopularniejszymi przyrządami do pomiaru siły.

Dynamometr z wewnętrznym czujnikiem siły - co to jest?

Czujnik siły siłomierza został zabudowany w jednej obudowie razem z elektroniką pomiarową. Niewątpliwa zaleta tego typu rozwiązania jest brak kabli łączących czujnik siły, tworząc wygodny i poręczny przyrząd pomiarowy do pomiaru siły. Zasilanie bateryjne siłomierza lub akumulatorowe pozwala na używanie dynamometru w terenie i miejscach, gdzie kłopotliwe lub niemożliwe byłoby korzystanie z zasilania sieciowego. Pomimo tego dynamometry te posiadają rozbudowane funkcje pomiarowe z możliwością zapisu do wewnętrznej lub zewnętrznej pamięci zdalna transmisje danych BT oraz szerokie funkcje statystyczne.

dynamometr sauter fa
Nowoczesny siłomierz niemieckiej firmy Sauter model Sauter FH 5

Siłomierz z wewnętrznym czujnikiem siły ma ograniczenia związane z większą wartością zadawania siły, ponieważ trudno przeciętnemu użytkownikowi w sposób wygodny i bezpieczny przyłożyć większą sile niż 200 N. Uchwyt dwuręczny przeznaczony jest do bezpieczne i w miarę wygodnego zadawanie większych sił dla dynamometrów z wewnętrznym czujnikiem. Dynamometr z wewnętrznym czujnikiem siły najczęściej wykonywany jest w zakresie do 500 N, bardzo rzadko można spotkać Dynamometr z wewnętrznym czujnikiem siły powyżej 1000 N. Uchwyt ręczny do siłomierza umożliwia zastosowanie siłomierza do pomiarów dwóch kierunkach. Siłomierz może pracować w kierunku na ściskanie i rozciąganie.

uchwyt dwuręczny Kern
Uchwyt dwuręczny firmy Sauter. Model Sauter FL500G Tombstone tester. W wielu krajach Uni Europejskiej kontroluje się stabilność i odporność na przewrócenie nagrobków i pomników, aby zapewnić bezpieczeństwo osób przebywających na cmentarzach.

Co więcej, aby ułatwić pracę z siłomierzem z wewnętrznym czujnikiem siły dla sił działających prostopadle w dół, można zastosować hak do podwieszenia dynamometru. Zastosowany hak do podwieszenia siłomierza umożliwia też łatwe sprawdzenie dynamometru przez użytkownika oraz adiustacje siłomierza zewnętrznymi wzorcami masy. Do adiustacji wymagane są wzorce masy o odpowiedniej dokładności, idealne do tych celów są wzorce masy szczelinowe. Hak do podwieszenia siłomierza umożliwia też wykorzystanie dynamometru do ważenia ładunków, wykorzystując zmianę jednostki na kg. Należy pamiętać, że wskazywana masa zależy od wartości g. (koniecznie przeczytaj waga hakowa a dynamometr). Uwaga korzystanie z haka umożliwia pracę dynamometru z wewnętrznym czujnikiem tylko w jednym kierunku na rozciąganie.

Pomimo wielu zalet dynamometr z wewnętrznym czujnikiem siły jego budowa uniemożliwia dokonywanie pomiarów tam, gdzie jest mało miejsca na umieszczenie czujnika. Zadawanie siły ręcznie dynamometrem z wewnętrznym czujnikiem siły nie jest wystarczająco precyzyjne oraz masa dynamometru jest wysoka w stosunku do mierzonych sił, wprowadzając dodatkowe błędy pomiaru. Dlatego, aby uniknąć powyższych wad, buduje się dynamometry o innej konstrukcji.

Dynamometr z zewnętrznym czujnikiem siły - co to jest?

Zewnętrzny czujnik siły jest połączony z elektronika pomiarowa za pomocą przewodu sygnałowego. Długość przewodu sygnałowego zewnętrznego czujnika siły wynosi najczęściej około 2-3 metry. Na specjalne zamówienie długość kabla czujnika siły może ulec zmianie. Dzięki braku ograniczeń wymiarów obudowy występujących w siłomierzach z wewnętrznym czujnikiem siły istnieje możliwość budowy siłomierza z zastosowaniem dowolnych czujników siły o różnych wymiarach i kształtach. Duża różnorodność typów czujników siły umożliwia optymalny sposób zadawania siły. Najczęściej czujniki siły działają w obu kierunkach.

dynamometr Sauter FH z zewnętrznym czujnikiem siły

Uzyskanie poprawnych pomiarów zwłaszcza w kierunku na rozciąganie jest stosunkowo proste dzięki możliwości zastosowania uchwytów kulowych, które są wykręcona w obydwa gwintowane końce czujnika. Dynamometr z zewnętrznym czujnikiem siły typu S  model Sauter FH

Dynamometr puszkowy - co to jest?

Oddzielną grupę siłomierzy stanowią popularnie nazywane siłomierze puszkowe na wzór ich mechanicznych pierwowzorów. Dynamometr puszkowy/Siłomierz puszkowy służy do pomiarów w jednym kierunku (na ściskanie). Wykonywanie pomiarów siły w kierunku ściskającymi wymaga precyzyjnego prostopadłego przyłożenia siły, wszelka niecentryczność ma duży wpływ na jakość przeprowadzanych pomiarów. Dlatego jako wyposażenie pomiarowe czasami dostępne jest dokupienie tzw. Kapeluszy pomiarowych, których celem jest niwelowanie wszelkich sił bocznych.

czujnik siły puszkowyCzujnik siły puszkowy firmy Sauter. W otwór gwintowany można wkręcić specjalne adaptory umożliwiające prostopadłe przyłożenie siły.

Układy pomiarowe elektroniki są najczęściej te same, jakie producenci stosują w siłomierzach elektronicznych z wewnętrznym czujnikiem, tylko w miejscu trzpienia pomiarowego znajduje się gniazdo do zewnętrznego czujnika siły. Układ klawiatury i funkcji jest najczęściej ten sam. Dodatkowa zaleta siłomierza z zewnętrznym czujnikiem siły jest możliwość zastosowania wielu czujników siły różnej konstrukcji, przy zastosowaniu tej samej elektroniki pomiarowej tworząc siłomierze wielozakresowe.

Siłomierz wielozakresowy - co to jest?

dynamometr wielozakresowy Axis FB 00

Siłomierz wielozakresowy polskiego producenta AXIS  FB 00 umożliwia zastosowanie jednego miernika do aż 16 czujników zewnętrznych siły. Miernik Axis FC 00 jest dostarczany w wygodnej walizce transportowej.

Wybór czujnika siły w dynamometrze wielozakresowym w zależności od producenta, może odbywać się automatycznie (kalibracja zapisana w układzie elektroniki wtyczki od czujnika) lub ręcznie przez wybór z menu użytkownika. Najczęściej liczba dodatkowych czujników nie przekracza 16 szt. Dostępne zakresy to od kilku N do kilku milionów N.