Какая единица измерения силы. Измерение силы и массы

Длина и расстояние Масса Меры объема сыпучих продуктов и продуктов питания Площадь Объем и единицы измерения в кулинарных рецептах Температура Давление, механическое напряжение, модуль Юнга Энергия и работа Мощность Сила Время Линейная скорость Плоский угол Тепловая эффективность и топливная экономичность Числа Единицы измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Угловая скорость и частота вращения Ускорение Угловое ускорение Плотность Удельный объем Момент инерции Момент силы Вращающий момент Удельная теплота сгорания (по массе) Плотность энергии и удельная теплота сгорания топлива (по объему) Разность температур Коэффициент теплового расширения Термическое сопротивление Удельная теплопроводность Удельная теплоёмкость Энергетическая экспозиция, мощность теплового излучения Плотность теплового потока Коэффициент теплоотдачи Объёмный расход Массовый расход Молярный расход Плотность потока массы Молярная концентрация Массовая концентрация в растворе Динамическая (абсолютная) вязкость Кинематическая вязкость Поверхностное натяжение Паропроницаемость Паропроницаемость, скорость переноса пара Уровень звука Чувствительность микрофонов Уровень звукового давления (SPL) Яркость Сила света Освещённость Разрешение в компьютерной графике Частота и длина волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Электрический заряд Линейная плотность заряда Поверхностная плотность заряда Объемная плотность заряда Электрический ток Линейная плотность тока Поверхностная плотность тока Напряжённость электрического поля Электростатический потенциал и напряжение Электрическое сопротивление Удельное электрическое сопротивление Электрическая проводимость Удельная электрическая проводимость Электрическая емкость Индуктивность Американский калибр проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Магнитодвижущая сила Напряженность магнитного поля Магнитный поток Магнитная индукция Мощность поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Радиоактивный распад Радиация. Экспозиционная доза Радиация. Поглощённая доза Десятичные приставки Передача данных Типографика и обработка изображений Единицы измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 ньютон [Н] = 100 джоуль на сантиметр [Дж/см]

Исходная величина

Преобразованная величина

ньютон эксаньютон петаньютон тераньютон гиганьютон меганьютон килоньютон гектоньютон деканьютон дециньютон сантиньютон миллиньютон микроньютон наноньютон пиконьютон фемтоньютон аттоньютон дина джоуль на метр джоуль на сантиметр грамм-сила килограмм-сила тонна-сила (короткая) тонна-сила (дл.) тонна-сила (метрическая) килофунт-сила килофунт-сила фунт-сила унция-сила паундаль фунт-фут в сек² грамм-сила килограмм-сила стен грав-сила миллиграв-сила атомная единица силы

Передача данных и теорема Котельникова

Подробнее о силе

Общие сведения

В физике сила определяется как явление, которое изменяет движение тела. Это может быть как движение всего тела, так и его частей, например, при деформировании. Если, к примеру, поднять камень, а потом отпустить, то он упадет, потому что его притягивает к земле сила притяжения. Эта сила изменила движение камня - из спокойного состояния он перешел в движение с ускорением. Падая, камень пригнет к земле траву. Здесь сила, называемая весом камня, изменила движение травы и ее форму.

Сила - это вектор, то есть, у нее есть направление. Если на тело одновременно действует несколько сил, они могут быть в равновесии, если их векторная сумма равна нулю. В этом случае тело находится в состоянии покоя. Камень в предыдущем примере, вероятно, покатится по земле после столкновения, но, в конце концов, остановится. В этот момент сила тяжести будет тянуть его вниз, а сила упругости, наоборот, толкать наверх. Векторная сумма этих двух сил равна нулю, поэтому камень находится в равновесии и не движется.

В системе СИ сила измеряется в ньютонах. Один ньютон - это векторная сумма сил, которая изменяет скорость тела массой в один килограмм на один метр в секунду за одну секунду.

Архимед одним из первых начал изучать силы. Его интересовало воздействие сил на тела и материю во Вселенной, и он построил модель этого взаимодействия. Архимед считал, что если векторная сумма сил, действующих на тело, равна нулю, то тело находится в состоянии покоя. Позже было доказано, что это не совсем так, и что тела в состоянии равновесия также могут двигаться с постоянной скоростью.

Основные силы в природе

Именно силы приводят в движение тела, или заставляют их оставаться на месте. В природе существует четыре основные силы: гравитация, электромагнитное взаимодействие, сильное и слабое взаимодействие. Они также известны под названием фундаментальных взаимодействий. Все другие силы - производные этих взаимодействий. Сильное и слабое взаимодействия воздействуют на тела в микромире, в то время как гравитационное и электромагнитное воздействия действуют и на больших расстояниях.

Сильное взаимодействие

Самое интенсивное из взаимодействий - сильное ядерное взаимодействие. Связь между кварками, которые формируют нейтроны, протоны, и частицы, из них состоящие, возникает именно благодаря сильному взаимодействию. Движение глюонов, бесструктурных элементарных частиц, вызвано сильным взаимодействием, и передается кваркам благодаря этому движению. Без сильного взаимодействия не существовало бы материи.

Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие - второе по величине. Оно происходит между частицами с противоположными зарядами, которые притягиваются друг к другу, и между частицами с одинаковыми зарядами. Если обе частицы имеют положительный или отрицательный заряд, они отталкиваются. Движение частиц, которое при этом возникает - это электричество, физическое явление, которое мы используем каждый день в повседневной жизни и в технике.

Химические реакции, свет, электричество, взаимодействие между молекулами, атомами и электронами - все эти явления происходят благодаря электромагнитному взаимодействию. Электромагнитные силы препятствуют проникновению одного твердого тела в другое, так как электроны одного тела отталкивают электроны другого тела. Изначально считалось, что электрическое и магнитное воздействия - две разные силы, но позже ученые обнаружили, что это разновидность одного и того же взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие легко увидеть с помощью простого эксперимента: снять с себя шерстяной свитер через голову, или потереть волосы о шерстяную ткань. Большинство тел имеет нейтральный заряд, но если потереть одну поверхность об другую, можно изменить заряд этих поверхностей. При этом электроны передвигаются между двумя поверхностями, притягиваясь к электронам с противоположным зарядом. Когда на поверхности становится больше электронов, общий заряд поверхности также изменяется. Волосы, «встающие дыбом» когда человек снимает свитер - пример этого явления. Электроны на поверхности волос сильнее притягиваются к атомам с на поверхности свитера, чем электроны на поверхности свитера притягиваются к атомам на поверхности волос. В результате происходит перераспределение электронов, что приводит к появлению силы, притягивающей волосы к свитеру. В этом случае волосы и другие заряженные предметы притягиваются не только к поверхностям не только с противоположным но и с нейтральным зарядами.

Слабое взаимодействие

Слабое ядерное взаимодействие слабее электромагнитного. Как движение глюонов вызывает сильное взаимодействие между кварками, так движение W- и Z- бозонов вызывает слабое взаимодействие. Бозоны - испускаемые или поглощаемые элементарные частицы. W-бозоны участвуют в ядерном распаде, а Z-бозоны не влияют на другие частицы, с которыми приходят в контакт, а только передают им импульс. Благодаря слабому взаимодействию возможно определить возраст материи с помощью метода радиоуглеродного анализа. Возраст археологических находок можно определить, измерив содержание радиоактивного изотопа углерода по отношению к стабильным изотопам углерода в органическом материале этой находки. Для этого сжигают предварительно очищенный небольшой фрагмент вещи, возраст которой нужно определить, и, таким образом, добывают углерод, который потом анализируют.

Гравитационное взаимодействие

Самое слабое взаимодействие - гравитационное. Оно определяет положение астрономических объектов во вселенной, вызывает приливы и отливы, и из-за него брошенные тела падают на землю. Гравитационное взаимодействие, также известное как сила притяжения, притягивает тела друг к другу. Чем больше масса тела, тем сильнее эта сила. Ученые считают, что эта сила также как и другие взаимодействия, возникает благодаря движению частиц, гравитонов, но пока не удалось найти такие частицы. Движение астрономических объектов зависит от силы притяжения, и траекторию движения можно определить, зная массу окружающих астрономических объектов. Именно с помощью таких вычислений ученые обнаружили Нептун еще до того, как увидели эту планету в телескоп. Траекторию движения Урана нельзя было объяснить гравитационными взаимодействиями между известными в то время планетами и звездами, поэтому ученые предположили, что движение происходит под влиянием гравитационной силы неизвестной планеты, что позже и было доказано.

Согласно теории относительности, сила притяжения изменяет пространственно-временной континуум - четырехмерное пространство-время. Согласно этой теории, пространство искривляется силой притяжения, и это искривление больше около тел с большей массой. Обычно это более заметно возле больших тел, таких как планеты. Это искривление было доказано экспериментально.

Сила притяжения вызывает ускорение у тел, летящих по направлению к другим телам, например, падающих на Землю. Ускорение можно найти с помощью второго закона Ньютона, поэтому оно известно для планет, чья масса также известна. Например, тела, падающие на землю, падают с ускорением 9,8 метров в секунду.

Приливы и отливы

Пример действия силы притяжения - приливы и отливы. Они возникают благодаря взаимодействию сил притяжения Луны, Солнца и Земли. В отличие от твердых тел, вода легко меняет форму при воздействии на нее силы. Поэтому силы притяжения Луны и Солнца притягивают воду сильнее, чем поверхность Земли. Движение воды, вызванное этими силами, следует за движением Луны и Солнца относительно Земли. Это и есть приливы и отливы, а силы, при этом возникающие, - приливообразующие силы. Так как Луна ближе к Земле, приливы больше зависят от Луны, чем от Солнца. Когда приливообразующие силы Солнца и Луны одинаково направлены, возникает наибольший прилив, называемый сизигийным. Наименьший прилив, когда приливообразующие силы действуют в разных направлениях, называется квадратурным.

Частота приливов зависит от географического положения водяной массы. Силы притяжения Луны и Солнца притягивают не только воду, но и саму Землю, поэтому в некоторых местах приливы возникают, когда Земля и вода притягиваются в одном направлении, и когда это притяжение происходит в противоположных направлениях. В этом случае прилив-отлив происходит два раза в день. В других местах это происходит один раз в день. Приливы и отливы зависят от береговой линии, океанских приливов в этом районе, и расположения Луны и Солнца, а также взаимодействия их сил притяжения. В некоторых местах приливы и отливы происходят раз в несколько лет. В зависимости от структуры береговой линии и от глубины океана, приливы могут влиять на течения, шторма, изменение направления и силы ветра и изменение атмосферного давления. В некоторых местах используют специальные часы для определения следующего прилива или отлива. Настроив их в одном месте, приходится настраивать их заново при перемещении в другое место. Такие часы работают не везде, так как в некоторых местах невозможно точно предсказать следующий прилив и отлив.

Сила движущейся воды во время приливов и отливов используется человеком с древних времен как источник энергии. Мельницы, работающие на энергии приливов, состоят из водного резервуара, в который пропускается вода во время прилива, и выпускается во время отлива. Кинетическая энергия воды приводит в движение мельничное колесо, и полученная энергия используется для совершения работы, например помола муки. Существует ряд проблем с использованием этой системы, например экологических, но несмотря на это - приливы являются многообещающим, надежным и возобновляемым источником энергии.

Другие силы

Согласно теории о фундаментальных взаимодействиях, все остальные силы в природе - производные четырех фундаментальных взаимодействий.

Сила нормальной реакции опоры

Сила нормальной реакции опоры - это сила противодействия тела нагрузке извне. Она перпендикулярна поверхности тела и направлена против силы, действующей на поверхность. Если тело лежит на поверхности другого тела, то сила нормальной реакции опоры второго тела равна векторной сумме сил, с которой первое тело давит на второе. Если поверхность вертикальна поверхности Земли, то сила нормальной реакции опоры направлена противоположно силе притяжения Земли, и равна ей по величине. В этом случае их векторная сила равна нулю и тело находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью. Если же эта поверхность имеет уклон по отношению к Земле, и все другие силы, действующие на первое тело в равновесии, то векторная сумма силы тяжести и силы нормальной реакции опоры направлена вниз, и первое тело скользит по поверхности второго.

Сила трения

Сила трения действует параллельно поверхности тела, и противоположно его движению. Она возникает при движении одного тела по поверхности другого, когда их поверхности соприкасаются (трение скольжения или качения). Сила трения также возникает между двумя телами в неподвижном состоянии, если одно лежит на наклонной поверхности другого. В этом случае - это сила трения покоя. Эта сила широко используется в технике и в быту, например при движении транспорта с помощью колес. Поверхность колес взаимодействует с дорогой и сила трения не позволяет колесам скользить по дороге. Для увеличения трения на колеса надевают резиновые шины, а в гололед на шины надевают цепи, чтобы еще больше увеличить трение. Поэтому без силы трения невозможен автотранспорт. Трение между резиной шин и дорогой обеспечивает нормальное управление автомобилем. Сила трения качения меньше по величине сухой силы трения скольжения, поэтому последняя используется при торможении, позволяя быстро остановить автомобиль. В некоторых случаях, наоборот, трение мешает, так как из-за него изнашиваются трущиеся поверхности. Поэтому его убирают или сводят к минимуму с помощью жидкости, так как жидкостное трение намного слабее сухого. Именно поэтому механические детали, например, велосипедную цепь, часто смазывают маслом.

Силы могут деформировать твердые тела, а также изменять объем жидкостей и газов и давление в них. Это происходит когда действие силы распределяется по телу или веществу неравномерно. Если достаточно большая сила действует на тяжелое тело, его можно сжать его то до очень маленького шара. Если размер шаре меньше определенного радиуса, то тело становится черной дырой. Этот радиус зависит от массы тела и называется радиусом Шварцшильда . Объем этого шара настолько мал, что, по сравнению с массой тела, почти равен нулю. Масса черных дыр сконцентрирована в таком незначительно малом пространстве, что у них огромная сила притяжения, которая притягивает к себе все тела и материю в определенном радиусе от черной дыры. Даже свет притягивается к черной дыре и не отражается от нее, поэтому черные дыры действительно черны - и называются соответственно. Ученые считают, что большие звезды в конце жизни превращаются в черные дыры и растут, поглощая окружающие предметы в определенном радиусе.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

1 джоуль на метр [Дж/м] = 12137804,1108138 атомная единица силы

Исходная величина

Преобразованная величина

Подробнее о силе

Общие сведения

Основные силы в природе

Сильное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие

Слабое взаимодействие

Гравитационное взаимодействие

Приливы и отливы

Другие силы

Сила нормальной реакции опоры

Сила трения

Можно скрыть статьи при частом использовании конвертера. Файлы cookies должны быть разрешены в браузере.

Силой называют количественную характеристику процесса взаимодействия объектов (например, сила трения).

Понятие «масса» характеризует инерционность объектов и их гравитационную способность.

В измерениях, обычно, не делают отличия между массой (количеством вещества) и весом - силой притяжения тела Землей (гравитационной силой), поэтому для измерения силы и массы-веса применяют одни и те же методы измерения.

Приборы для измерения массы по гравитационной способности объекта называют весами . Измерение силы осуществляют посредством динамометров . Разделение средств измерений силы на весы и динамометры обусловлено тем, что направление вектора гравитационной силы строго определено в пространстве. Это обстоятельство учитывают при конструировании средств измерений гравитационной силы, а также при подготовке весов к работе. В частности, в конструкции весов предусматривают уровни и отвесы, позволяющие установить их в горизонтальное положение с требуемой точностью. Рабочее положение динамометров может быть любым – главное, чтобы линия измерения совпадала с направлением вектора силы. При соблюдении этого условия весы могут быть использованы для измерения негравитационной силы, а динамометры – для определения веса. Таким образом, разделение средств измерений силы на весы и динамометры определяется их назначением.

Измерение силы. В общем случае динамометры состоят из преобразователя силы – упруго деформируемого элемента, преобразователя деформации при необходимости, и показывающего прибора.

Динамометры (динамометр от греческого dynamis - сила и метр) изготовляют трёх типов: ДП - пружинные, ДГ- гидравлические, ДЭ - электрические.

Многообразие конструкций упругих элементов можно классифицировать в зависимости от вида реализуемой деформации : использующие деформации сжатия или растяжения, деформацию изгиба, деформацию сдвига и смешанную деформацию (рис.61)

Динамометрические пружины растяжения или сжатия обычно выполнены в виде сплошного или полого цилиндра, иногда в виде стержня прямоугольного сечения (от 10 кН до 1 МН).

Рис.61. Преобразователи силы в деформацию: а) сжатия, б) изгиба, в) сдвига, г) смешанную

Деформация изгиба реализуется также в упругих элементах, выполненных в виде системы из радиально размещенных балок, колец, мембран, рамы и т.п. (от 10 Н до 10 кН – рабочие средства). Для кольцевых элементов до 2 МН.

Динамометры со сложным упругим элементом (рис. 3г) призваны приблизить характеристику преобразования к линейной и широко применяются в качестве рабочих и эталонных средств измерения.

Механические динамометры применяют только для измерения статических сил. Деформацию чувствительного элемента (0,1 – 2 мм) измеряют индикатором часового типа или индикаторной головкой. Механические динамометры выпускаются серийно для нагрузок до 10 МН. Класс точности достигает 0,1 – 2 %.

Для упругих элементов большой жесткости (стержневых) применяют тензорезисторные и струнные преобразователи деформации в электрический сигнал. При малой жесткости (кольцевые, упругие балочные элементы) применимы емкостные, индуктивные и другие преобразователи.

Среди электрических динамометров наибольшее значение имеют тензорезисторные. Диапазон их применения от 5 Н до 10 МН и более. Чувствительный элемент таких динамометров выполняют в виде стержня, трубы, радиально нагруженного кольца, сдвоенной балки, консольной торсионной балки и др. Наклеенный на чувствительный элемент тензорезистор регистрирует деформации растяжения – сжатия, изгиба, кручения, среза. Тензорезисторные динамометры пригодны как для статических, так и для динамических измерений.

В струнных динамометрах применяют струнный тензометр. Чувствительным элементом является ферромагнитная струна, расположенная вдоль оси упругого полого цилиндра и связанная с ним двумя плоскостями. При приложении к цилиндру нагрузки вследствие его деформации одновременно меняется натяжение струны и частота её колебаний, возбуждаемых электромагнитом. Собственная частота колебаний влияет на значение напряжения на выводах измерительной катушки и является мерой нагрузки. Диапазон сил от 200 Н до 5 МН. Класс точности 1 %.

При измерении больших нагрузок (до 50 МН) находят применение магнитоупругие преобразователи.

В основе магнитоупругих динамометров – ферромагнитные материалы (например, железоникелевые сплавы), которые изменяют свою магнитную проницаемость в направлении воздействия на них силы растяжения или сжатия. Магнитоупругий динамометр может быть выполнен в виде катушки с замкнутым сердечником из магнитомягкого материала. Изменение индуктивности, возникающее при нагружении, может быть измерено электрическими методами (рис. 62). Класс точности магнитоупругих динамометров от 0,1 до 2%.

Рис. 62. Схема включения магнитоупругого динамометра

Пьезоэлектрические динамометры применяют для измерения динамических и квазистатических сил (непригодны для статически сил). Класс точности 1%.

Действие силы может быть преобразовано в изменение давления (гидравлические динамометры). Гидравлическая система измерения сил включает воспринимающее устройство с полностью замкнутой камерой и показывающий прибор. Сила, действующая на поршень, создает давление. В качестве показывающего прибора принципиально могут быть применены все измерители давления (манометры). Чаще всего используют механические приборы. Номинальные силы от 200 Н до 20 МН. Класс точности 1 – 2 %.

Погрешности динамометров обусловливаются следующими причинами: нелинейностью характеристики преобразования, её воспроизводимостью, гистерезисом, температурной зависимостью чувствительности и положения нуля, ползучестью (упругое последействие).

Основные параметры и размеры динамометров общего назначения , пружинных со шкальным и цифровым отсчётным устройством, предназначенных для измерений статических растягивающих усилий, устанавливает ГОСТ 13837 «Динамометры общего назначения. Технические условия».

Пределы измерения динамометров, предусмотренные стандартом: наибольший от 0,10 до 500 кН, наименьший - 0,1 от наибольшего предела.

ГОСТ 13837-79 предусматривает изготовление динамометров классов точности 0,5, 1 и 2. Класс точности определяется пределом допускаемой основной погрешности динамометра, представленным в виде приведенной погрешности. Нормирующее значение при этом равно наибольшему пределу измерений.

Пределы дополнительной погрешности динамометров, вызванной изменением температуры окружающей среды, в рабочем диапазоне температур, отличных от температуры нормальных условий, составляют: не более 0,5 основной погрешности на каждые 10 °С - для динамометров 1-го класса; не более 0,25 основной погрешности на каждые 10 °С - для динамометров 2-го класса.

Для градуировки, поверки и калибровки преобразователей силы используют силоизмерительные машины/установки а также средства измерений, в состав которых входят эталонные динамометры и силозадающие устройства (прессы). По функциональному назначению перечисленные устройства относятся к мерам силы.

Силоизмерительные машины/установки позволяют воспроизводить любые значения силы в установленном диапазоне или ряд дискретных значений.

В зависимости от конструктивной реализации различают машины непосредственного нагружения, силоумножающие установки (рычажные, гидравлические и клиновидные) и установки деления силы.

Непосредственное нагружение реализуется с помощью грузов и гравитационной силы Земли.

Создание силоумножающих установок обусловлено тем, что при больших значениях силы непосредственное нагружение приводит к увеличению погрешностей и металлоемкости, большим экономическим издержкам. Однако и в силоумножающих установках значение силы изначально задается с помощью грузов, которое затем увеличивается с помощью неравноплечих рычагов (до 1МН ), поршневых пар разных эффективных площадей (до 10 МН ) или эффекта клина (до 5 МН?).

Для уменьшения силы могут быть использованы те же конструктивные решения, что и для увеличения, но с передаточным отношением меньше 1. Однако такое решение экономически не выгодно и имеет ограниченные функциональные возможности. Наиболее приемлемым решением для деления силы является устройство с изменением угла наклона оси цилиндрической массы, взвешенной в аэростатическом подвесе (рис.63).

В качестве силозадающих устройств применяют винтовые, рычажные, гидравлические, электромеханические и т.п. прессы. Одно из основных требований к силозадающим средствам – постоянство задаваемого значения силы во времени.

Измерение массы. При взвешивании гравитационную силу сравнивают с известной силой, создаваемой следующими способами:

Грузом известной массы (классический метод);

Растяжением/сжатием пружины (пружинные весы)

Деформированием жестких упругих элементов (деформации измеряют электрическими методами (электромеханические весы);

Пневматическим или гидравлическим устройством (измеряют давление воздуха или жидкости);

Электродинамически при помощи соленоидной обмотки, находящейся в постоянном магнитном поле (измеряемой величиной является ток);

Погружением тела в жидкость (глубина погружения зависит от массы тела).

В этой связи различают весы механические (рычажные, пружинные, поршневые), электромеханические (с емкостными, тензорезисторными, индуктивными и пьезоэлектрическими преобразователями перемещений или деформаций), оптико-механические (с зеркальным или интерференционным указательным устройством), радиоизотопные (абсорбционные и рассеянного излучения). Основное применение находят механические и электромеханические весы.

Требования к весам для статического взвешивания устанавливает ГОСТ 29329 – 92.

Весы для статического взвешивания классифицируют по следующим признакам.

По области применения (эксплуатационному назначению) весы подразделяют на: вагонные; вагонеточные; автомобильные; монорельсовые; крановые; товарные; для взвешивания скота; для взвешивания людей; элеваторные; для взвешивания молока; багажные; торговые; медицинские; почтовые.

По точности взвешивания весы по точности разделяют на 4 класса: 1 класс - весы специальной точности; 2 класс - высокой точности; 3 класс - средней точности; 4 класс - обычной точности. Стандарт ГОСТ 29329 – 92распространяется на весы неавтоматического действия среднего и обычного классов точности.

По способу установки на месте эксплуатации весы подразделяют: встроенные, врезные (врезные весы – передвижные весы, платформа которых находится на одном уровне с полом помещения), напольные, настольные, передвижные, подвесные, стационарные.

По виду уравновешивающего устройства различают весы: механические, электромеханические (электронные - термин «Электронные весы» применим к настольным весам).

Механические весы - весы, в которых уравновешивание силы тяжести осуществляется с помощью различных механизмов. Различают весы гирные, пружинные, гидравлические, пневматические. Весы, в которых передаточным устройством является рычаг или система рычагов называют рычажными.

Электромеханические весы - весы с уравновешивающим устройством в виде преобразователя, в котором сила тяжести преобразуется в электрический сигнал.

По виду грузоприемного устройства различают весы: бункерные, монорельсовые, ковшовые, конвейерные, крюковые, платформенные.

По способу достижения положения равновесия различают весы: с автоматическим уравновешиванием, с полуавтоматическим уравновешиванием, с неавтоматическим уравновешиванием.

В зависимости от вида отсчетного устройства различают весы: с аналоговым отсчетным устройством (циферблатные и шкальные), с дискретным отсчетным устройством (цифровые).

Стандартом ГОСТ 29329-92 предусмотрены следующие основные характеристики весов .

Цена поверочного деления е - условное значение, выраженное в единицах массы и характеризующее точность весов.

Цена поверочного деления для класса точности «средний» 0,1 г ≤ е ≤ 2 г при числе поверочных делений n = 100…10000 и е ≥5 г при n = 500…10000; для класса точности «обычный» е ≥5 г при n = 100…1000. (n - число поверочных делений, определяемое как отношение наибольшего предела взвешивания весов к цене поверочного деления).

Значения цены поверочного деления (е ), цены деления шкалы (d ) и дискретности отсчета (d d ) в единицах массы выбирают из ряда: 1×10 а; 2×10 а и 5×10 а, где а - целое положительное, целое отрицательное числа или нуль. Цена поверочного деления весов без вспомогательного отсчетного устройства должна соответствовать цене деления шкалы для весов с аналоговым отсчетным устройством и дискретности отсчета для весов с цифровой индикацией.

Значение цены деления или дискретности отсчета массы, а также значение цены поверочного деления указывают на весах или в эксплуатационной документации на них.

Наибольший (НПВ) и наименьший (НмПВ) пределы взвешивания весов – наибольшее и наименьшее значения массы, при которых обеспечивается соответствие весов требованиям нормативных документов.

Наибольший предел взвешивания весов (НПВ), предусмотренный ГОСТ 29329-92,составляет от 200 г до 500 т (ряд значений НПВ не соответствует рядам предпочтительных чисел).

Наименьший предел взвешивания - для класса точности средний принимают равным 20·е; для класса точности обычный - 10·е . Где е – цена поверочного деления.

Пределы допускаемой погрешности весов нормируют в зависимости от НмПВ и класса точности и составляют от 0,5∙е до 1,5∙е при первичной поверке на предприятиях: изготовителе и ремонтном. При эксплуатации и после ремонта на эксплуатирующем предприятии - от 1,0∙е до 2,5∙е. Пределы допускаемой погрешности устройства установки на нуль - ± 0,25 е .

Различают следующие типы рычажных весов для измерения массы: лабораторные (аналитические, квадрантные, электронные, равноплечие), настольные циферблатные, счетные коромысловые, платформенные передвижные (шкальные, циферблатные, почтовые).

Принцип действия рычажных весов состоит в уравновешивании момента, создаваемого гравитационной силой от измеряемой массы, моментом силы тяжести гири или груза.

В рычажных весах реализованы следующие варианты преобразователей:

С переменной уравновешивающей массой: рычаг со шкалой и гирями; рычаг с накладными гирями;

С переменной длиной рычага: рычаг с передвижными гирями; рычаг с роликовым грузом;

С переменным углом отклонения: квадрант; противовес.

Требования к параметрам весов рычажных общего назначения устанавливает ГОСТ 14004.

В зависимости от наибольшего предела взвешивания весы общего назначения делят на три группы: -настольные (до 50 кг); -передвижные и врезные (50 – 6000 кг); -стационарные (вагонные, автомобильные, элеваторные) (от 5000 до 200000 кг).

Наименьший предел взвешивания 20 d (d-цена деления шкалы) для настольных весов и 5% от P max для остальных.

Рычажные весы применяют совместно с гирями, которые в зависимости от назначения подразделяют на гири общего назначения, эталонные и специального назначения. В последнюю группу входят гири рейтерные (применяются для повышения точности отсчета лабораторных весов), условные гири (предназначены для комплектации весов и других устрой с отношением плеч рычажной системы 1:100), гири, встроенные в весы, и гири, применяемые в технологических весах и дозаторах.

Конструктивно гири общего назначения выполняют в виде проволочки, многоугольной пластины (треугольной, квадратной или пятиугольной), цилиндра с головкой, параллелепипеда. Номинальное значение массы гири принимают из ряда значений 1·10 n , 2·10 n , 5·10 n (n - любое целое положительное или отрицательное число). Стандарт ГОСТ 7328 – 2001 «Гири. Общие технические условия» предусматривает выпуск гирь массой от 1 мг до 5000 кг. В зависимости от допуска на изготовление гирям присваивают классы точности: Е 1 , Е 2 , F 1 , F 2 , М 1 , M 2 , M 3 (в порядке уменьшения точности). Гири могут поставляться в виде наборов, состав которых формируется в соответствии с рекомендациями ГОСТ 7328 – 2001.

Пример условного обозначения в документации гири массой 500 г класса точности F 1: Гиря 500 г F 1 ГОСТ 7328-2001. Набор гирь: Набор (1 мг – 1 кг) Е 2 ГОСТ 7328 – 2001.

В пружинных весах чувствительным элементом является пружина (сжатия, растяжения, спиралевидная и др.), деформация которой пропорциональна силе тяжести. Значение деформации измеряется непосредственно или подвергается дополнительному преобразованию.

В электронных весах в качестве первичного преобразователя находят применение два основных типа датчиков: пьезокварцевые и тензорезисторные.

Отдельную группу составляют весы для взвешивания транспортных средств в движении . Общие технические требования к ним приведены в ГОСТ 30414-96.

Стандарт распространяется на весы, предназначенные для взвешивания в движении или для статического взвешивания и взвешивания в движении следующих транспортных средств: железнодорожных вагонов (включая цистерны), вагонеток, составов из них, автомобилей, прицепов, полуприцепов (включая цистерны), автопоездов.

Таблица 7. Механические рычажные весы

В зависимости от конструкции грузоприемного устройства оно может определять нагрузку сразу от всего вагона (вагонетки, автомобиля, прицепа, полуприцепа) или автономно - одновременно или поочередно - от каждой тележки, колесной пары (оси) или от каждого колеса.

В зависимости от нормируемых значений метрологических характеристик весы подразделяют на четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1; 2. Обозначение класса точности соответствует погрешности допускаемой при эксплуатации. При этом в диапазоне от НмПВ до 35% НПВ включительно – это приведенная погрешность, нормирующее значение для которой равно 35% НПВ. В диапазоне свыше 35% НПВ до НПВ класс точности определяет относительную погрешность измерения.

При первичной поверке или калибровке допустимые погрешности уменьшают в 2 раза.

Измерение расхода

Расходом называют количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода в единицу времени. Различают объемный и массовый расходы. Средства измерений расхода называют расходомерами . Многообразие расходомеров определяется не только конструктивными решениями, но и принципами действия, которые в них реализованы. Рассмотрим наиболее применяемые варианты.

Объемные счетчики. Принцип действия объемных счетчиков основан на непосредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мерных камер известного объема и подсчете числа порций, прошедших через счетчик. Наиболее распространенным объемным счетчиком жидких веществ является счетчик с овальными шестернями (рис. 64) Овальные шестерни 1 и 2, размещенные в корпусе 3, вращаются за счет перепада давлений Р 1 и Р 2 . За один оборот шестерен измерительные полости, объем которых точно известен V 1 и V 2 , дважды наполняются и дважды опорожняются. Ось одной из шестерен вращает счетный механизм, расположенный вне корпуса 3. Счетчик характеризуется высокой точностью измерения (погрешность 0,5…1 %), малой потерей давления, независимостью показаний от вязкости, значительным вращающим моментом. Недостатком этих счетчиков является необходимость хорошей фильтрации измеряемой среды, а также высокий уровень акустического шума.

Рис. 64. Схема счетчика с овальными шестернями

Для измерения газовых потоков применяют ротационные газовые счетчики, принцип действия которых аналогичен принципу действия счетчиков с овальными шестернями. Они применяются для измерения расходов от 40 до 40000 м/ч и имеют класс точности 2 и 3.

К числу объемных счетчиков для измерения расхода жидкости относятся лопастные счетчики , характеризуемые верхним пределом измерений 100…300 м/ч и классами точности 0,25 и 0,5.

Скоростные счетчики позволяют установить величину расхода по зависимости частоты вращения аксиальной или тангенциальной турбинки от объемного расхода потока. Если к турбинке (рис. 65) последовательно подключить тахогенератор и вольтметр, то по показанию вольтметра можно судить о скорости потока. А можно подключить счетчик оборотов и измерять расход за определенный отрезок времени. Классы точности приборов 1; 1,5; 2 при расходах 3…1300 м/ч.

На рисунке 65 показан также скоростной счетчик с тангенциальной турбинкой 1. (Цифрой 2 обозначен фильтр.) Такие счетчики применяют при расходе до 3…20 м/ч и имеют класс точности 2 и 3.

Дроссельные расходомеры. Одним из самых распространенных принципов измерения расхода жидкостей, газа и пара является принцип переменного перепада давления на сужающем устройстве.

Преимуществами этого метода являются: простота и надежность, отсутствие движущихся частей, низкая стоимость, возможность измерения практически любых расходов, возможность получения градуировочной характеристики расходомеров расчетным путем.

Рис. 65. Схема скоростного счетчика с аксиальной и тангенциальной турбинками.

1 - струевыпрямитель, 2 - передаточный механизм, 3 - счетное устройство, 4 – камера, 5 – червячная пара, 6 – турбинка.

В соответствии с изложенным принципом в трубопровод устанавливают сужающее устройство. Скорость потока через отверстие сужающего устройства выше, чем до него, вследствие чего на сужающем устройстве создается перепад давления, измеряемый дифференциальным манометром. Показания дифференциального манометра зависят от скорости потока в сужении или от расхода потока. Схемы стандартных сужающих устройств и места подключения ветвей дифференциального манометра показаны на рисунке 66.

Рис. 66 Схемы сужающих устройств: а) диафрагма, б) стандартное сопло, в) сопло Вентури, г) труба Вентури

Расходомеры обтекания (ротаметры). В этих расходомерах обтекаемое тело (поплавок, поршень, клапан, поворачивающаяся пластинка, шарик и др., примеры на рисунках 67 и 68) воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, которое при возрастании скорости потока увеличивается и перемещает обтекаемое тело. В качестве противодействующей силы служит вес обтекаемого тела или сила пружины. Расходомеры конструируются таким образом, что перемещение обтекаемого тела сопровождается изменением площади проходного сечения для прохода жидкости или газа. При этом увеличение скорости потока приводит к увеличению проходного сечения. Вследствие чего скорость потока уменьшается. Такая отрицательная обратная связь приводит к стабилизации положения обтекаемого тела. Выходным сигналом рассматриваемых преобразователей расхода является перемещение обтекаемого тела.

Рис. 67. Схемы преобразовательных элементов расходомеров обтекания а) поплавковый, б) клапанный, в) поршневой

Рис. 68. Схемы расходомеров обтекания: а), б) – поплавкового типа; в), г) – клапанного типа; д) – поршневого типа.

Обозначения на рисунках.

Рисунок а: 1 – стеклянная коническая трубка, 2 – поплавок, 3 – ограничитель хода поплавка, 4 – шкала.

Рисунок б: 1 – цилиндрический поплавок с отверстием по середине, 2 – неподвижный стержень конического сечения, 3 – стеклянная цилиндрическая трубка.

Рисунок в: 1 – клапан, 2 – кольцевая диафрагма, 3 – металлический корпус, 4 – шток, 5 – сердечник дифференциально-преобразовательного элемента 7, 6 – трубка из немагнитной стали.

Рисунок г: 1 – пневмодроссель, 2 – пневматическое сопло, 3 – магнит, 4 – трубка из немагнитного материал, 5 – сердечник, 6 – клапан, 7 – сильфон.

Рисунок д: 1 – грузы, 2 – поршень, 3 - сердечник, 4 – индукционная катушка, 5 – канал подвода выходного давления в надпоршневое пространство, 6 – выходное отверстие прямоугольной формы из подпошневого пространства.

Ротаметры с выходным пневматическим сигналом 0,02 ..0,1 МПа выпускают классов точности 1,5 и 2,5.

Кроме перечисленных видов для измерений расходов используются расходомеры переменного уровня, электромагнитные, тепловые (калориметрические) и другие расходомеры.

Литература

1.Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений.- 2004.

2.Бриндли К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие.- 1991.

3.Козлов М.Г. Метрология и стандартизация. Учебное пособие.- 2004.

4.Болтон. Карманный справочник инженера метролога.- 2002.

5.Харт З. Введение в измерительную технику.- 1998.

6.Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник.- 2010.

1.Методы и средства измерений электрических величин………………… ………..1

1.1.Меры электрических величин…………………………… …… …………..1

1.2.Электроизмерительные приборы……………………………… … ……….4

1.3.Осциллографы. Цифровые приборы………………………………… ……..10

1.4.Аналоговые измерительные преобразователи……………………… ……..14

1.5.Измерение электрических величин…………………………………… ……17

2.Измерения магнитных величин…………………………………………………......25

3.Измерение неэлектрических величин……………………………………… ……...28

3.1.Измерительные преобразователи………………………………………… ...28

3.2.Измерения длин и углов………………………………………… …………..35

3.3.Измерение температуры………………………………………… …………..39

3.4.Измерение давления……………………………………… … ………….…46

3.5.Измерение силы и массы……………………………………………………..50

3.6.Измерение расхода………………………………………………………… .55