Siłomierz / Niutonometr

Siła jest zwykle widoczna tylko wtedy, gdy powoduje konkretne zmiany. Nie widzimy więc siły jako takiej, ale jej efekt. Jednak efekt ten zależy nie tylko od poziomu i kierunku siły, ale także od wpływów czynników przeciwdziałających sile. Opracowano różne metody i urządzenia zwane siłomierz lub niutometr służące do pomiaru sił. Urządzenie zwane siłomierz zostało opracowane, po to aby siły można było określać i porównywać w sposób obiektywny.

Niutometr może być wyposażony w wyświetlacz analogowy. W tym wypadku mierzona siła zwykle przesuwa wskazówkę wzdłuż skali. Siłomierz z wyświetlaczem cyfrowym pokazuje zmierzone wartości w postaci graficznej lub liczbowej na wyświetlaczu elektronicznym. Wiele modeli urządzenia jakim jest niutometr może przechowywać dane pomiarowe w pamięci wewnętrznej, w którą został wyposażony siłomierz lub przesyłać je bezpośrednio do komputerów lub innych urządzeń poprzez interfejsy. Funkcje te ułatwiają analizę wyników pomiarowych przeprowadzonych przez niutometr. Podstawową jednostka pomiarową wskazywaną przez siłomierze jest Niuton, natomiast nowoczesne urządzenia typu siłomierz / niutometr posiadają możliwość automatycznego przeliczenia i wyświetlenia wartości siły w różnych skalach, w zależności od potrzeb użytkownika np. kg, kgf, Ibf. W obszarze języka anglo-amerykańskiego odniesienie do siły można rozpoznać po dodanym f oznaczającym siłę (siła), tam nie jest to kg, ale kgf. Siła jednego kilograma (kg lub kgf) odpowiada około 10 (9,81) niutonów, a jeden niuton około 100 (102) g.

Zakres pomiarowy i dokładność pomiaru urządzeń typu siłomierz / niutometr zależą od metody pomiaru i zastosowanego przetwornika siły . Urządzenie jakim jest Siłomierz może zostać zniszczone przez nadmierne siły, ale także przez nieprawidłowe obciążenie z niewłaściwym punktem przyłożenia siły, niewłaściwym kierunkiem siły lub dodatkowymi obciążeniami dynamicznymi, które nie zostały uwzględnione w specyfikacji. Wielkość i kierunek sił oraz to, czy mogą być bezpiecznie rejestrowane i oceniane przez urządzenie pomiarowe, odgrywają zatem ważną rolę przy wyborze urządzenia potrzebnego do wykonania pomiaru siły jakim jest siłomierz. Istotne są również warunki pracy i przechowywania urządzenia, na które należy zwrócić uwagę dokonując zakupu urządzenia. Dla niektórych zastosowań istnieje duży wybór różnych typów urządzeń, dla innych możliwych jest tylko kilka wariantów urządzeń lub należy opracować specjalne adaptacje lub specjalne rozwiązania dla indywidualnych przypadków.

Na rynku istnieje wiele modeli urządzenia jakim jest siłomierz / niutometr. Dokonując wyboru warto odpowiedzieć sobie na następujące pytania:
1. Jakie siły powinien rejestrować siłomierz?
2. W jakim obszarze zastosowania będzie używany siłomierz / niutometr?
2. Czy siłomierz będzie dokonywał pomiaru w specyficznych warunkach środowiskowych?
3. W jaki sposób siłomierz / niutometr powinien przetwarzać i wyświetlać wyniki pomiaru?
4. Jaka będzie maksymalna wartość siły działającej na siłomierz?
5. Jaka powinna być dokładność wybranego przez nas urządzenia?

Należy pamiętać ,że: jeżeli standardowe modele urządzenia jakim jest siłomierz / niutometr nie spełniają Państwa oczekiwań istnieje możliwość opracowania rozwiązań indywidualnych dostosowanych do specyficznych, niestandardowych wymagań.

Siłomierz / Niutometr – rodzaj badanej siły
W zależności od rodzaju badanej siły należy zastosować siłomierz / niutometr z odpowiednimi czujnikami. Dlatego pierwszym pytaniem, na które powinien sobie odpowiedzieć użytkownik jest:

Jaki rodzaj siły ma zmierzyć zakupiony siłomierz / niutometr.

Rodzaje siłomierzy ze względu na rodzaj badanej siły:
- Siłomierz / niutometr do sił rozciągających
- Siłomierz / niutometr do sił ściskających
- Siłomierz / niutometr do sił rozciągających i ściskających
- Siłomierz / niutometr do momentów obrotowych

Siłomierz / Niutometr – obszary zastosowania
Siłomierz / Niutometr to urządzenie, które znajdzie swoje zastosowanie w środowiskach badawczo - rozwojowych, jakościowych, laboratoryjnych, produkcyjnych, terenowych ale również w życiu codziennym. Popularność urządzenia jakim jest siłomierz / niutometr wynika zarówno z faktu, iż określenie siły niezbędne jest np. w procesach kontroli, podczas oceny jakości przedmiotów czy produktów, a także charakterystyki technicznej urządzenia oraz z faktu, iż za pomocą siłomierzy wykonamy pomiar sił różnego rodzaju. Dlatego przy wyborze urządzenia należy wziąć pod uwagę gdzie siłomierz / niutometr będzie wykonywał pomiar.

Siłomierz / Niutometr rodzaje:
Podziału urządzeń możemy dokonać:

Ze względu na budowę:
- siłomierz analogowy (mechaniczny)
- siłomierz cyfrowy (elektroniczny)

Ze względu na umieszczenie czujnika siły:
- siłomierz z zewnętrznym czujnikiem siły
- siłomierz z wbudowanym (wewnętrznym) czujnikiem siły


Siłomierz / Niutometr - wpływ warunków środowiskowych
Siłomierz / Niutometr to urządzenie, które może mierzyć i wyświetlać bezpiecznie i prawidłowo wyniki pomiarów tylko w określonych warunkach środowiskowych dotyczących temperatury powietrza, wilgotności i ryzyka wybuchu. Dlatego też dokonując wyboru modelu urządzenia jakim jest siłomierz koniecznie należy zapoznać się z jego specyfikacja w tym ze środowiskowymi warunkami pracy i magazynowania.

Siłomierz / Niutometr - Wyświetlanie i przetwarzanie wyników pomiarowych
Siłomierz / Niutometr pokazuje aktualnie mierzoną wartość siły na tarczy wskazówkowej (skali) lub jako wartość liczbową elektronicznym wyświetlaczu. Nawet proste urządzenia typu siłomierz / niutometr, ze sprężynami naciągowymi mogą osobno wyświetlać maksymalne wartości serii pomiarowej. Cyfrowe siłomierze mają jednak szereg innych, dodatkowych opcji. Obejmują one np. możliwość przechowywania kilku zmierzonych wartości w pamięci wewnętrznej, w którą wyposażony jest siłomierz, ocenę wyników pomiarów za pomocą funkcji statystycznych, przesyłanie zmierzonych wartości do oprogramowania komputerowego, za pomocą którego można wyświetlać wartości i zapisywać je w formie tabelarycznej i graficznej. Niektóre cyfrowe niutonometry mają funkcję alarmu, która emituje alarmy wizualne lub dźwiękowe, jeśli ustawione wartości graniczne zostaną przekroczone lub nie zostaną osiągnięte. Specjalne, urządzenie typu siłomierz / niutometr może być wyposażone w styki przełączające do kontroli procesu.

W celu graficznego przedstawienia wyników pomiarów należy przestrzegać maksymalnej możliwej częstotliwości próbkowania tj. przedziału czasu, w którym rejestrowane są zmierzone wartości. Im częściej sprawdzana jest wartość mierzona urządzeniem zwanym siłomierz / niutometr, tym dokładniej można wyświetlić krzywą pomiarową.

Przy porównywaniu urządzenia typu siłomierz / niutometr należy również rozważyć, czy wszystkie dane pomiarowe są rejestrowane i przetwarzane indywidualnie, czy też siłomierz tworzy średnią z pewnej liczby tych zmierzonych wartości.

Siłomierz / Niutometr – maksymalna wartość mierzonej siły
Siłomierz / Niutometr to urządzenie, które może być obciążane tylko do określonej siły maksymalnej. Jeśli na siłomierz działają większe siły, nie można już wyświetlać wiarygodnych wartości, a bez zabezpieczenia przed przeciążeniem jednostka pochłaniająca siłę ostatecznie ulegnie zniszczeniu.
Maksymalna siła jest również bezpośrednio związana z osiągalną dokładnością pomiarów. Przy tej samej konstrukcji siłomierze o niskiej sile maksymalnej mają najwyższą rozdzielczość.

Siłomierz / Niutometr – dokładność
W zależności od zastosowania od używanego przez nas urządzenia typu siłomierz / niutometr wymagane są różne dokładności. Należy zauważyć, że dokładność i rozdzielczość pomiaru nie są tożsame np. w przypadku siłomierza o bardzo wysokiej rozdzielczości dokładność może być wielokrotnie większa niż rozdzielczość.

Mechaniczny Siłomierz / Niutometr ze sprężyną
Prostym i niedrogim urządzeniem typu siłomierz / niutometr, którego zakres pomiarowego mieści się w przedziale do 500N (50 kg) jest siłomierz sprężynowy. Ten niutometr znany również jako waga sprężynowa, jest nadal używany w przemyśle, badaniach, edukacji i opiece zdrowotnej. Podczas pomiaru sprężyna wbudowana w siłomierz / niutometr jest ściskana lub naciągana. Zdefiniowana sprężyna może przebyć określoną drogę tylko pod działaniem odpowiednich sił, a siłomierz pokazuje użytkownikowi tę odległość przeliczoną na niutony.

Mechaniczne Siłomierz / Niutometr z płynem hydraulicznym
Inne mechaniczne urządzenia typu siłomierz / niutometr mogą mierzyć działające siły za pomocą płynu hydraulicznego. W zależności od konstrukcji hydrauliczne czujniki mogą mierzyć siły od kilku niutonów do wielu kiloniutonów. Siłomierz hydrauliczny wykorzystuje kombinację tłoka z obudową jako jednostkę rejestrującą siłę. Do wyświetlania siły służą manometry, przetworniki ciśnienia lub manometry z urządzeniami kontaktowymi. Siłomierz hydrauliczny jest solidny i nie wymaga dodatkowego zasilania.

Siłomierze / Niutometr z tensometrami (DMS)
Siłomierz / Niutometr z tensometrami wykorzystuje zmianę rezystancji elektrycznej, gdy przewody zmieniają długość w trakcie pomiaru siły. Kompresja zmniejsza, rozciąganie zaś zwiększa opór elektryczny. Meandrujący drut oporowy jest zgrzewany z paskiem folii i przyklejany do rzeczywistej bryły odkształcającej, do której przykładana jest siła. Połączenia krzyżowe rezystorów poprawiają sygnał wyjściowy i precyzję pomiaru. Siłomierz z tensometrami występuje w wielu kształtach geometrycznych.

Siłomierz / Niutometr działający na zasadzie wibrującego drutu
Paski napędowe w maszynach lub naprężone struny w instrumentach muzycznych wibrują w zależności od zastosowanego napięcia. Okres tej oscylacji można określić za pomocą pomiaru częstotliwości optycznej. Urządzenia do pomiaru siły do określania naprężenia pasa znane są także pod nazwą siłomierz / niutometr nici.

Siłomierz / Niutometr z kompensacją elektromagnetyczną
W urządzeniu typu Siłomierz / Niutometr z kompensacją elektromagnetyczną poruszająca się cewka jest umieszczona w polu magnetycznym. Prąd przepływający przez cewkę jest proporcjonalny do siły działającej na cewkę. Zasada ta jest stosowana na przykład w wagach precyzyjnych.

Siłomierz / Niutometr – normy prawne, zasady wykonywania pomiaru
Wytyczne dotyczące badań z wykorzystaniem pomiaru siły lub momentu obrotowego określa ASTM. Skrót ASTM oznacza American Society for Testing and Materials jest to międzynarodowa organizacja normalizacyjna. ASTM International ma swoją siedzibę w USA i współpracuje z ekspertami ze 150 krajów w celu opracowania i aktualizacji norm w celu zwiększenia bezpieczeństwa i jakości produktów. Standaryzując właściwości produktów i procedury testowania, normy ułatwiają również handel międzynarodowy.

Dla wielu produktów i materiałów istnieją zarówno normy ASTM, jak i normy EN. Specyfikacje dla odpowiednich testów produktów różnią się w niektórych przypadkach. Aby nie było błędnych interpretacji, wyniki testu muszą być wyraźnie oznaczone. W przypadku wykorzystania urządzenia jakim jest siłomierz / niutometr do pomiarów według różnych norm, powinna istnieć możliwość jednoznacznego przypisania zapisanych wyników pomiarów do zastosowanej normy. Jeżeli siłomierz nie pozwala na różnicowanie, użytkownik jest odpowiedzialny za prawidłowe przypisanie mierzonych wartości.

Obecnie około 13 000 wytycznych ASTM jest podzielonych na różne obszary, które są oznaczone dużymi literami:

• Metody ASTM A dla metali żelaznych
• Metody ASTM B dla metali nieżelaznych
• Metody ASTM C dla cementu, ceramiki, betonu i materiałów ściennych
• Metody ASTM D dla różnych materiałów
• Metody ASTM E dla różnych przedmiotów
• Metody ASTM F dla materiałów do zastosowań specjalnych
• ASTM G Metody badań korozyjnych

Wytyczne dotyczące pomiarów siły i momentu obrotowego oraz wymagania dotyczące stosowanego urządzenia typu siłomierz / niutometr są pogrupowane w odpowiednie obszary zgodnie z ich zastosowaniem. W poniższych sekcjach przedstawiono przykłady niektórych norm ASTM dotyczących testów w warunkach skrajnych.

UWAGA!
Niektóre metody testowe ASTM podają wartości zarówno w jednostkach cal-funt, jak i jednostkach SI. Nie można ich po prostu przekształcić w inne E, ponieważ podstawowe specyfikacje testów mogą się różnić, na przykład grubością materiału próbek. Jednostki cal-funt to jednostki, które są nadal szeroko stosowane w anglo-amerykańskim obszarze językowym, a więc także w USA. Jednostki SI to jednostki metryczne określone w Międzynarodowym Systemie Jednostek.