Kuvvet Ölçüm Cihazı

Kuvvet, genelde sadece değişime neden olduğunda görünür ve görünen şey gücü değil etkisidir. Ancak bu etki, kuvvetin yüksekliği ve yönüne ek olarak kuvvete karşı koyan etkilere de bağlıdır. Kuvvetlerin objektif olarak belirlenebilmesi ve karşılaştırılabilmesi için çeşitli yöntemler ve cihazlar geliştirilmiştir. Analog ekranlı bir kuvvet ölçüm cihazında ölçülecek kuvvet genelde bir işaretçiyi bir ölçek boyunca hareket ettirir. Dijital ekranlı bir kuvvet ölçüm cihazı, ölçüm değerlerini grafik ya da sayısal değer olarak görüntüler. Bu tür kuvvet ölçüm cihazlarının birçoğu, elektronik formda bulunan ölçüm değerlerini kaydedebilir ya da arayüz aracılığıyla doğrudan bilgisayarlara ya da diğer cihazlara aktarabilir.

Kuvvet için kullanılan uluslararası birim Newton’dur. Bu, yer çekiminin neden olduğu ağırlık kuvveti için de geçerlidir. Günlük hayatta, tıpta ve yük ifadelerinde ağırlık terimi genelde kilogram birimindeki bilgilerle birlikte kullanılır ve diğer kuvvetler kilogram olarak belirtilir. Bu nedenle, ölçüm değerlerini gram ya da kilogram olarak görüntüleyen pek çok kuvvet ölçüm cihazı modeli vardır. Anglo-Amerikan dil alanında kuvvet referansı “force” (kuvvet) için kg ifadesinin sonuna f harfi eklenir (kgf). Bir kilogramlık (kg ya da kgf) bir kuvvet yaklaşık 10 (9.81) Newton’a eşittir ve bir Newton yaklaşık 100 (102) grama eşittir. Ölçüm aralığı, çözünürlük ve hassasiyet ölçüm yöntemine ve kuvvet ölçüm cihazına bağlıdır. Örneğin, belirli bir serideki bir kuvvet ölçüm cihazı 0.000 ila 5.000 Newton arasında 0.001 N çözünürlükte ölçüm gerçekleştirirken aynı serideki bir diğer kuvvet ölçüm cihazı 100.000 N çözünürlükte 10 N’a kadar ölçebilir.

Çok büyük kuvvetlerin yanı sıra yanlış kuvvet ölçüm noktası, yanlış kuvvet yönü ya da dikkate alınmayan ek dinamik yükler ile yanlış yükleme sonucunda da kuvvet ölçüm cihazında hasar meydana gelebilir. Kuvvet büyüklüğü, yönü ve bunun kuvvet ölçüm cihazı tarafından güvenli bir şekilde alınıp değerlendirilip değerlendirilemeyeceği kuvvet ölçüm cihazı seçiminde önemli bir rol oynar. Ayrıca, kuvvet ölçüm cihazlarının çoğunun yalnızca belirli çevre koşullarına uyulduğunda güvenilir bir şekilde çalıştığına dikkat edilmelidir. Bazı uygulamalar için çeşitli kuvvet ölçüm cihazı türleri mevcutken diğerleri için ise sadece birkaç kuvvet ölçüm cihazı seçeneği vardır ya da özel uygulamalar geliştirilmelidir.

Kuvvet ölçüm cihazı çeşitli ölçüm görevleri için kullanılır. Hangi kuvvet ölçüm cihazının uygulamanız için uygun olduğunu ve kuvvet ölçüm cihazı seçerken neleri göz önünde bulundurmanız gerektiğine aşağıdaki metinde yer verilmiştir.

Çok sayıda kuvvet ölçüm cihazı arasından bir seçim yaparken aşağıdaki kriterlere dikkat ederek seçiminizi daraltabilirsiniz:

1. Kuvvet ölçüm cihazı hangi kuvvetleri ölçmelidir?

2. Kuvvet ölçüm cihazı hangi uygulama alanında kullanılmalı?

3. Özel çevre koşullarına dikkat edilmeli midir?

4. Ölçüm sonuçları nasıl görüntülenmeli ve işlenmelidir?

5. Kuvvet ölçüm cihazını etkileyen maksimum kuvvetler nelerdir?

6. Kuvvet ölçüm cihazı için hedeflenen hassasiyet nedir?

Standart kuvvet ölçüm cihazı modelleri gereksinimlerinizi karşılamıyorsa bireysel çözümler geliştirilebilir. Bu hem tasarım hem de yazılım fonksiyonları için geçerlidir.

Ölçüm görevine göre uygun sensörleri bulunan bir kuvvet ölçüm cihazı kullanılmalıdır. Kullanıcının cevaplaması gereken ilk soru, kuvvet ölçüm cihazına kuvvet girişinin türüdür. En yaygın uygulamalar şunlardır:

- Çekme kuvvetleri için kuvvet ölçüm cihazı

- Basma kuvvetleri için kuvvet ölçüm cihazı

- Çekme ve sıkıştırma kuvvetleri için kuvvet ölçüm cihazı

- Tork için kuvvet ölçüm cihazı

Kuvvet ölçüm cihazı, laboratuvarda, üretim esnasında ya da yerleşik ürün ve bileşenler üzerinde kullanılabilir. Kuvvet ölçüm cihazı, laboratuvar ölçümleri için sabit kuvvet standlarına entegre edilebilir; böylece, ölçüm gerçekleştirmek kolaylaşır. Kuvvet ölçüm cihazı ve özellikle kuvvet sensörü seçerken mevcut alana dikkat edilmelidir.

Kuvvet ölçüm cihazı genellikle kuvvet sensörü ve ekran ünitesinden oluşur. Mekanik bir kuvvet ölçüm cihazının aksine harici sensörlü dijital bir kuvvet ölçüm cihazındaki iki bileşen kolay bir şekilde ayrılabilir. Çeşitli ölçüm görevleri için sensörün kolay bir şekilde değiştirilebildiği kuvvet ölçüm cihazı modelleri vardır. Sensörler çeşitli şekilde tasarlanabilir. Kuvvet ölçüm cihazı için bazı sensörler çeşitli kuvvet yönlerinin (bir eksen boyunca çekme ve basma ya da birkaç eksenin eş zamanlı ölçümü) algılanmasını sağlar.

Ağırlık bir kuvvet olduğundan teraziler de kuvvet ölçüm cihazları olarak sayılabilir. Bazılarında ekranda Newton cinsinden değerler görüntülenirken bazılarında kilogram Newton’a çevrilebilir.

Çoğu kuvvet ölçüm cihazı özel adaptörlerle donatılabilir. Bu adaptörler, çekme testleri için çeşitli numunelerin güvenli bir şekilde takılmasını/sıkıştırılmasını ya da belirli yüzeylerdeki basıncın ölçülmesini sağlar.

Kuvvet ölçüm cihazlarının kullanımında güvenliğe her zaman dikkat edilmelidir. Gerekirse özel koruyucu kapaklar sağlanmalı ya da ölçüm tehlike oluşturmayacak şekilde değiştirilmelidir.

Kuvvet ölçüm cihazı, ölçüm yöntemine bağlı olarak yalnızca hava sıcaklığı, nem ve patlama tehlikesi ile ilgili belirli çevre koşulları altında güvenli ve hassas bir şekilde ölçüm gerçekleştirebilir. Elektriksel bir özelliğin değerlendirildiği kuvvet ölçüm cihazı ile mekanik etki ölçüm yöntemini kullanan kuvvet ölçüm cihazı arasında büyük farklılıklar söz konusudur.

Kuvvet ölçüm cihazı, mevcut ölçüm değerini bir ölçekte analog olarak görüntüleyebileceği gibi ekranda sayısal bir değer olarak da görüntüleyebilir. Germe yayına sahip basit kuvvet ölçüm cihazları bile ölçüm serisinin maksimum değerlerini ayrı ayrı görüntüleyebilir.

Bunun haricinde, kuvvet ölçüm cihazı, ölçüm değerlerini kaydetme, ölçüm sonuçlarını istatistiksel fonksiyonlarla değerlendirme, ölçüm değerini tablo ve grafik olarak görüntüleme ve yazılıma aktarma imkanı sunabilir. Bazı dijital kuvvet ölçüm cihazı modellerinde ayarlanan sınır değerlerinin altında ya da üstünde görsel ya da sesli alarmlar veren bir alarm fonksiyonu bulunur. Proses kontrolü için özel kuvvet ölçüm cihazları anahtarlama kontakları ile donatılabilir.

Ölçüm sonuçlarının grafiksel gösterimi için kuvvet ölçüm cihazının mümkün olan en yüksek örnekleme hızına yani ölçüm değerlerinin hangi kayıt aralığında kaydedildiğine dikkat edilmelidir. Ne kadar çok ölçüm değeri elde edilirse eğri karakteristiği de o kadar hassas bir şekilde gösterilebilir.

Kuvvet ölçüm cihazlarını karşılaştırırken ölçüm verilerinin ayrı ayrı kaydedildiğine, işlenip işlenmediğine ya da kuvvet ölçüm cihazının bu ölçüm değerlerinin belirli bir sayısından ortalama bir değer oluşturup oluşturmadığına da dikkat edilmelidir.

Kuvvet ölçüm cihazları sadece belirli bir maksimum kuvvete kadar yüklenebilir. Kuvvet, kuvvet ölçüm cihazına etki ettiğinde güvenilir değerler artık gösterilemez hale gelir ve aşırı yük koruması olmadan yük hücresinde hasar meydana gelir. Maksimum kuvvet, ölçümlerin ulaşılabilir hassasiyeti ile doğrudan ilgilidir. Aynı tasarımda düşük maksimum kuvvete sahip kuvvet ölçüm cihazları en yüksek çözünürlüğe sahiptir.

Kullanım amacına göre farklı hassasiyetler gerekir. Hassasiyetin ve çözünürlüğün aynı olmamasına dikkat edilmelidir. Çok yüksek çözünürlüklü bir kuvvet ölçüm cihazında hassasiyet çözünürlüğün katları olabilir.

500 N (50 kg) ölçüm aralığı bulunan, basit ve ucuz olan kuvvet ölçüm cihazı yaylı mekanik kuvvet ölçüm cihazıdır. Bu tür bir kuvvet ölçüm cihazı, endüstri, araştırma, eğitim ve sağlık hizmetlerinde kullanılır. Ölçüm esnasında kuvvet ölçüm cihazına monte edilen yay sıkıştırılır ya da çekilir. Tanımlanan yay, yalnızca uygun kuvvetlerin etkisi altında tanımlanmış bir yol kat edebilir. Bu şekilde, kuvvet ölçüm cihazı kullanıcıya Newton’a dönüştürülen yolu gösterir.

Bu tür kuvvet ölçüm cihazları, hidrolik sıvı kullanarak hareket eden kuvveti ölçüp görüntüleyebilir. Hidrolik kuvvet sensörleri, tasarıma bağlı olarak Newton ya da kilonewton’a kadar olan kuvvetleri tespit edebilir. Bu tür bir kuvvet ölçüm cihazında yük hücresi olarak piston-gövde kombinasyonu kullanılırken kuvvet göstergesi olarak manometre, basınç ölçer ya da kontaklı basınç ölçer kullanılır. Hidrolik sıvılı kuvvet ölçüm cihazları sağlamdır ve yardımcı enerji gerektirmez.

Gerinim ölçerli kuvvet ölçüm cihazında elektrik direncindeki değişim, kuvvet ölçümü için tellerin uzunluğunu değiştirirken kullanılır. Sıkıştırma azalır, uzama elektrik direncini arttırır. Kıvrımlı direnç teli folyo şeridine kaynak yapılarak kuvvetin uygulandığı deformasyon gövdesine yapıştırılır. Dirençlerin çapraz bağlanması, çıkış sinyalini ve hassasiyeti arttırır. Gerinim ölçerli kuvvet ölçüm cihazı pek çok geometrik formda mevcuttur.

Makinelerin tahrik kayışı ya da enstrümanların gerilmiş telleri, uygulanan sıkma kuvvetine göre farklı şekilde salınır. Bu titreşimin periyodu optik frekans ölçümü ile belirlenebilir. Kayış gerginliğini belirlemek için kullanılan kuvvet ölçüm cihazlarına kayış gerginliği ölçer de denir.

Elektromanyetik kompanzasyonlu kuvvet ölçüm cihazında manyetik alanda hareketli bir bobin bulunur. Bobinden geçen akım, bobine etki eden kuvvet ile orantılıdır. Bu ölçüm yöntemi, hassas terazilerde kullanılır.

Piezoseramik elemanlarında kuvvete maruz kaldığında kuvvet ile orantılı bir yük üretilir. Bu yük boşaldığından bu ölçüm yöntemi özellikle dinamik kuvvetler için uygundur. 100 Hz’e kadar olan yüksek dinamik kuvvetler bile bu tür bir kuvvet ölçüm cihazı ile tespit edilebilir. Bu tür kuvvet ölçüm cihazları ile çok eksenli kuvvet ölçümleri de mümkündür.

Bilinen olumsuz örneklere ve kaza önleme yönetmeliklerinin güncellemelerine rağmen yeterince güvenli olmayan kapılarda kişisel yaralanma kazaları hâlâ devam etmektedir. Bu durum, döner kapılar, kanatlı kapılar, sürgülü kapılar ve yukarı açılır kapı, kayar kapı ve tekerlekli kapı gibi dikey olarak kapanan kapılar dahil olmak üzere güç ile çalışan kapılar ile ilgilidir.

Emniyet şalteri, kilitleme kenarına tutturulmuş emniyet kenarları ya da ışık bariyerleri gibi temassız koruyucu cihazlarla tam olarak emniyete alınmayan tüm güç ile çalışan kapılar için kapama kuvvetleri sınırlandırılmalıdır. Bu, eğitimli uzmanlar tarafından uygun kuvvet ölçüm cihazı ile kontrol edilir. DIN EN 16005 ve DIN EN 12453’de, statik ve dinamik kuvvetlerin seviyesi ve etki süreleri için ölçüm koşulları ve sınırları tanımlanır. Bu nedenle, kapama kuvvetini test etmek için kullanılan kuvvet ölçüm cihazı maksimum yüksekliğin haricinde hareket eden kuvvetin zamansal seyrini de kaydedebilmelidir.

Kuvvet ölçüm cihazı için gereksinimler DIN EN 18650 Bölüm 1 Paragraf 6.2.2’de açıklanmıştır:

- Kuvvet, 500 N/mm2 sertliği bulunan yuvarlak bir ölçüm yüzeyi ile uygulanmalıdır.

- Ölçüm frekansı 5 saniye boyunca en az 200 Hertz olmalıdır.

- 25 N ve 2.000 N arasındaki kuvvetler ölçülebilmelidir.

- Hassasiyet, ölçüm aralığına göre en az ± %5 olmalıdır.

Güvenliğin yanı sıra kapıların çalışabilirliği de günlük kullanımda önemli bir rol oynar. Ses, ısı ve yangından korunma için özel gereksinimleri karşılayan modern kapıların bu fonksiyonlara rağmen açılıp kapanması kolay olmalıdır. Özellikle kamu binalarında ve fiziksel kısıtlamaları olan bir kullanıcı grubuna yönelik binalar söz konusu olduğunda kapıların çalışma kuvvetlerinin engelsiz binalar için standartlara da uygun olmasına özen gösterilmelidir. 

Tel çoğunlukla yuvarlak kesitli, uzun ince metalik çubuklar iken halatlar ise birkaç doğal ya da sentetik elyaf kordondan ya da birlikte bükülmüş tellerden oluşur. Tel ve halatlar pek çok alanda yük taşıma ya da aktarma işlevini yerine getirir. Plana göre hareket eden tel ya da halatların yanı sıra sert tel ya da halatlarla da uygulama alanı vardır.

Yüksek gerilim hatlarında ya da asma demiryolu hatlarında, binalarda, köprülerde, teleferiklerde, asansörlerde, vinçlerde ya da diğer makinelerde kurulum öncesi ve sonrası testler, tellerin ve halatların işlevlerini güvenli bir şekilde yerine getirebilmelerini sağlamayı amaçlar. Yeni halatlar, kurulumdan önce çekme test cihazı ya da özel armatürlerde uygun bir kuvvet ölçüm cihazı ile test edilir. ISO 2307:2019 ve EN ISO 2307:2019 ve buna dayanan DIN EN ISO 2307:2019-12 “Fiber halatlar - Bazı fiziksel ve mekanik özelliklerin belirlenmesi“, pek çok şeyin yanı sıra çekme gerilmesi altında halatın kopma kuvvetini ve uzamasını ölçme yöntemlerini belirtir.

Gerilmiş teller ya da halatlar üzerindeki çekme kuvveti ölçümleri için halat kuvveti ölçümü için özel olarak tasarlanmış bir mobil kuvvet ölçüm cihazı kullanılabilir. Böylece, halat, kuvvet ölçüm cihazının üç silindirine yönlendirilir. Bu özel halat gerginliği ölçerler, farklı kuvvet aralıklarında, halat çaplarında ve ölçüm mesafesinin farklı uzunluklarında mevcuttur. Bununla birlikte, ölçüm cihazını monte etmek için her zaman serbest erişim ve yeterli alan gerekir. Alan sınırlı ise halka şeklinde bir kuvvet ölçüm cihazına ya da halat kelepçesine sahip kuvvet ölçüm cihazı kullanılabilir. Bunlar, kurulu halat üzerindeki kuvvetlerin devamlı izlenmesi için de uygundur.

ASTM, American Society for Testing and Materials’ın kısaltmasıdır. Uluslararası standartlaşma kuruluşu ASTM International’ın merkezi ABD’dedir. ASTM’de 150 ülkeden uzmanla birlikte çalışılarak güvenliği ve ürün kalitesini artırmak için standartlar geliştirilmekte ve güncellenmektedir. Standartlar, ürün özelliklerini ve test prosedürlerini standartlaştırarak uluslararası ticaretin kolaylaştırılmasına da yardımcı olur.

Pek çok ürün ve malzeme için hem ASTM hem de EN standartları mevcuttur. İlgili ürün testleri için şartnameler bazı durumlarda farklılık gösterir. Yanlış yorumlamanın önüne geçmek için test sonuçları açıkça etiketlenmelidir. Farklı standartlara göre ölçümler için bir kuvvet ölçüm cihazı kullanılıyorsa depolanan ölçüm sonuçlarını uygulanan standart ile ilişkilendirmek mümkün olmalıdır. Kuvvet ölçüm cihazında bi ayrıma izin verilmemesi halinde ölçüm değerlerinin doğru bir şekilde atanmasından kullanıcı sorumludur.

Mevcut yaklaşık 13.000 ASTM yönergesi, büyük harflerle tanımlanan farklı alanlara ayrılmıştır:

- Demirli metaller için ASTM A Yöntemleri

- Demir dışı metaller için ASTM B Yöntemleri

- Çimento, seramik, beton ve duvar malzemeleri için ASTM C Yöntemleri

- Çeşitli malzemeler için ASTM D Yöntemleri

- Çeşitli konular için ASTM E Yöntemleri

- Özel uygulama malzemeleri için ASTM F Yöntemleri

- Korozyon testleri için ASTM G Yöntemleri

Kuvvet ve tork ölçümleri için yönergeler ve bu amaçla kullanılan kuvvet ölçüm cihazı gereksinimleri, uygulanabilirliklerine göre ilgili alanlarda gruplandırılmıştır. Aşağıdaki bölümlerde yük testleri için ASTM standartlarından bazıları örnek olarak listelenmiştir.

Bazı ASTM test yöntemlerinde değerler hem inç-pound ölçüm birimlerinde hem de SI ölçüm birimlerinde listelenir. Bu ölçüm birimleri, temel test özellikleri örneğin numunelerin malzeme kalınlığında farklılık gösterebildiğinden birbirine kolaylıkla dönüştürülemeyebilir. İnç-pound ölçüm birimleri, Anglo-Amerikan dil alanında ve dolayısıyla ABD’de yaygın olarak kullanılan ölçüm birimleridir. SI ölçüm birimleri ise Uluslararası Birimler Sistemi’nde tanımlanan metrik birimlerdir. 

Bu standart, metallerin çekme mukavemetini test etmek için test yöntemlerini açıklar. Standartlaştırılmış numuneler kelepçelenir ve oda sıcaklığında tek eksenli çekme yüküne maruz bırakılır. Çekme mukavemetine ek olarak, akma ve çekme mukavemeti ve diğer malzemeye özgü değerler belirlenecekse test düzeneği test hızının kontrolüne izin vermeli ve kullanılan kuvvet ölçüm cihazı, uygulanan çekme kuvvetinin haricinde yeterli sayıda ölçüm değeriyle gerinimi de doğru bir şekilde kaydedebilmelidir.

Bu standart, çekme ve çeşitli çelik ürünler için eğilme, sağlamlık ve sertlik testlerini de içerir. 

Bu standartta çekme yükü kapasitesi ve uzama davranışına ilişkin ölçümler için koşullar tanımlanır. Bu, kopmada çekme yükü ve uzama tayini için testleri, belirli uzamada çekme yükü ölçümünü ve yüklemeden sonra elastik malzemelerin uzunluğundaki kalıcı değişimin belirlenmesini içerir. Kuvvet ölçüm cihazı ve çekme kuvveti uygulama cihazı, gerinim hareketi yeterince büyük olacak ve düzgün bir gerinim oranı sağlanacak şekilde seçilmelidir.

Bu standart, aynı ön işlem, sıcaklık, nem ve test makinesi hızında 14 mm kalınlığa kadar takviyesiz ve takviyeli plastiklerin çekme mukavemetini belirlemek için test yöntemlerini kapsar. Kalınlığı 1 mm’den az olan numuneler mümkün olduğunca ASTM D882’ye göre test edilmelidir. Test sonuçları, malzeme başarısız olana kadar uygulanabilecek çekme kuvvetini, çekme modülünü, numune başarısız olduğunda uzunluktaki değişimi ve test edilen malzemenin uzaması ile inceliği arasındaki ilişkiyi içerir. 

Düşük sıcaklıklarda ve oda sıcaklığında çeliğe yapışma mukavemeti ve desteği, çözücüye daldırıldıktan sonra yapışma mukavemeti, düşük sıcaklıklarda ve oda sıcaklığında çekme mukavemeti ve uzama, bükülme, dielektrik bozulma gerilimi, delinme direnci ve oda sıcaklığında ve düşük sıcaklıklarda gevşeme kuvvetinin test edilmesiyle ilgilidir. Bandı gevşetmek veya hasar vermek için hangi kuvvetin gerekli olduğunu belirlemek için uygun ekipmana sahip bir kuvvet ölçüm cihazı gereklidir. 

Bu standartta metallerin yapıştırılmasında kullanılan yapıştırıcıların kesme mukavemetinin belirlenmesine yönelik bir yöntem tanımlanır. Bu tür yapıştırıcılar otomotiv, havacılık ve elektronik endüstrilerinde de kullanıldığından bu yapıştırılmış bağlantıların yük taşıma kapasitesi, ilgili bileşenlerin işlevsel güvenliği için büyük önem taşımaktadır. 

Bu standart, basınç dayanımının yanı sıra test sonuçlarından basınç gerilmesinin ve elastisite modülünün hesaplanmasını da sağlar. Bunun için, test cihazları ve kuvvet ölçüm cihazı sabit bir yükleme hızına ve numunelerin orijinal yüksekliklerinin yüzde 13’üne kadar sıkıştırılmasına izin vermelidir. Yönetmelik, kullanılan ölçüm cihazları için yüzde bir hassasiyet gerektirir.

Standartta malzemelerinden bağımsız olarak yatakların dayanıklılığını ve yorulma mukavemetini karşılaştırmak için test yöntemleri açıklanır. Bunun için, vücut hareketlerini simüle eden yükler uygulanır. Test sonuçlarının karşılaştırılabilir olmasını sağlamak için yüklerin türü ve seviyesi kesin olarak tanımlanmıştır.

Standart, pek çok tekstil malzemesinin kopma mukavemetinin ve uzamasının belirlenebileceği çeşitli kavrama testi yöntemlerini içerir. Bunlara ıslak testler de dahildir. Dokuma kumaşlar, dokusuz kumaşlar ve keçeler için uygundur. Ancak, cam kumaşlar, örme kumaşlar ve yüzde 11’den fazla uzamaya sahip diğer tekstil malzemeleri için kullanılmamalıdır.

Uygun bir kuvvet ölçüm cihazının kullanılmasını gerektiren tekstil malzemeleri üzerindeki testler için diğer ASTM standartları şu şekilde listelenebilir:

ASTM D5035, ASTM D1294, ASTM D2256, ASTM D2261, ASTM D2653, ASTM D2731, ASTM D3787, ASTM D3822, ASTM D4884, ASTM D4964, ASTM D6241, ASTM D6775, ASTM D7269 ve ASTM D8054.

Vida bağlantılarını sabitlemek veya genleşme dübelleri için genelde belirli büyüklükte torklar gereklidir. Tork miktarı genellikle hem yukarı hem de aşağı doğru sınırlandırılmalıdır. Bu sayede, bağlantının sıkma kuvveti tarafından güvenli bir şekilde tutulması ve tahrip edilmemesi garanti edilir.

Sıkıştırma bağlantı elemanlarının sıkma torkları için bağlantı elemanının türüne göre aşağıdaki standartlar geçerlidir:

ASTM A193, ASTM A307, ASTM A320, ASTM A325, ASTM A354, ASTM A449, ASTM A490.

Cıvatalı bağlantılar yapıştırıcıyla sabitlenmişse bağlantının direnci aşağıdakilere göre kontrol edilebilir:

ASTM D5649 - Cıvatalı Bağlantı Elemanlarında Kullanılan Yapıştırıcıların Tork Direnci.

Vücutta kullanılmak üzere kırıkları sabitlemede vidalar için ek gereklilikler geçerlidir. ASTM F543 - Kortikal kemik vidaları, önemli gereklilikleri tanımlar. Bunun haricinde, kuvvetleri emmesi veya iletmesi gereken implantlar için uluslararası olarak tanınan bir dizi başka ASTM yönetmeliği de vardır. Bu yönetmelikler şunlardır: 

- Kemik plakaları için ASTM F382

- Osteosentez plakaları ve vidalarının sürtünme korozyonu için ASTM F897

- Biyo çözünür plak ve vidalar için ASTM F2502 

- Açılı kırık stabilizasyon sistemleri için ASTM F384

Kapların vidalı kapakları, gereken kuvvet nedeniyle küçük çocuklar tarafından açılamayacak şekilde sabitlenebilir. Tabletler veya diğer ilaçlar gibi bazı ürünlerin çocuklara karşı dayanıklı olması, ancak yine de fiziksel engelli kişiler tarafından erişilebilir olması amaçlandığından buralarda özel sabitleme ilkeleri kullanılır. Tork ve ek vida kilitleme cihazlarının test edilmesi için prosedürler ve koşullar şu şekilde açıklanmıştır:

ASTM D2063, ASTM D3198, ASTM 3472, ASTM D3810, ASTM 3968 ve ASTM D7860.

Torklar sadece cıvatalı bağlantılarda bir kuvvet ölçüm cihazı ile kontrol edilmez. Belirli çalışma koşulları altında meydana gelen torklar, dönebilir şekilde monte edilmiş makine parçaları üzerinde de belirlenebilir. Örneğin, yağlayıcıların düşük sıcaklıklardaki davranışlarının torku nasıl etkilediği belirlenebilir. Buna yönelik düzenlemeler bilyalı rulmanlar için ASTM D1478’de ve tekerlek rulmanları için ASTM D4693’te belirtilmiştir.

Kuvvet ölçümleri çok çeşitli alanlarda gerçekleştirilir. Bazı uygulamalar için ölçekli basit çekme veya basma ölçümleri gibi standart donanıma sahip bir kuvvet ölçüm cihazı yeterlidir. Ancak, diğer kuvvet ölçümlerinde numuneyi tutmak veya kuvveti uygulamak için özel aksesuarlara ihtiyaç duyulur. Yaygın uygulamalar için bu tür aksesuarlar genelde kuvvet ölçüm cihazı veya kuvvet test standı için uygun montaj seçenekleriyle birlikte mevcuttur. Çok sayıda üretici, numuneleri sabitlemek için çeşitli sıkıştırma cihazları ve kuvvet uygulamak için farklı adaptörler sunar.

Ancak, standart programda sunulan ölçüm teknolojisi ile daha özel görevler kolay bir şekilde gerçekleştirilemez. Bu durumlarda mevcut bir kuvvet ölçüm cihazını göreve uyacak şekilde uyarlamak, genişletmek veya uygun sensörleri ve değerlendirme cihazlarını ek bileşenlerle birleştirerek uygun bir ölçüm cihazı oluşturmak mümkündür. PCE Instruments ürün yelpazesi, müşterilerle işbirliği içinde kendi özel görevleri için geliştirilen ve diğer müşterilerin de kullanımına sunulan çeşitli kuvvet ölçüm çözümleri içerir.

Bu çözümler diğerlerinin haricinde şunları içerir:

• Kenar bantlarının yapıştırma kuvvetini ölçmek için çekiç cihazlı bir kuvvet ölçüm cihazı 

• Büyük yüzeyli kelepçelerin sıkma kuvvetini ölçmek ve değerlendirmek için mobil bir test standı.

Müşterilerin özel gereksinimleri için özel olarak geliştirilen diğer çözümler şunlardır:

• Düz çatılardaki kar yükünü kalıcı olarak izlemek için terazilere uyarlamalar,

• Belirlenen bir sınır değere ulaşıldığında sorumlu kişileri SMS ile bilgilendirmek

• Uzun bir yayı gererken çekme kuvvetini ölçmek ve görüntülemek için kuvvet ölçüm cihazı,

• Tekstiller üzerindeki yük testleri sırasında numuneleri sabitlemek için özel adaptörler.  

Kaplamalı ahşap bazlı panellerde kesilen kenarlara genelde özel kenar şeritleri yapıştırılır. Kenar koruması, levhayı kenarlardaki hasarlardan ve nemin nüfuz etmesinden korumanın haricinde görünümü iyileştirmeye hizmet eder ve kişinin kesilen kenarda kendini yaralamasını ve giysilere veya diğer malzemelere zarar vermesini önler.

Yapıştırma sırasında panel ile kenar bandı malzemesi arasında yapışma eksikliğine yol açan çeşitli sorunlar ortaya çıkabilir. PCE Instruments, Rehau şirketiyle işbirliği yaparak kenar yapıştırma işleminin yapışma mukavemetinin kolay, hızlı ve tekrarlanabilir bir süreçle test edilebileceği bir ölçüm cihazı geliştirmiştir. Bu, ürün partilerinin rastgele numunelerinin doğrudan üretimde test edilmesini sağlar.

Sadece 490 x 210 x 150 mm boyutlarındaki ölçüm cihazı, test kenarı ucunu sıkıştırdıktan sonra 90 derecelik bir soyma testinin otomatik olarak yürütülmesini sağlar. Bunun için kuvvet ölçüm cihazı hareket ettirilebilecek şekilde gövdeye monte edilmiştir. İlerleme hızı saniyede 50 mm ve hareket mesafesi 100 mm olarak sabitlenmiştir. Kullanım amacı için maksimum 500 N kuvvete sahip bir kuvvet ölçüm cihazı seçilmiştir.

Soyma testi sırasında test edilen sunta parçası, neredeyse hiç sürtünme olmadan çekme yönüne 90 derecelik bir açıyla gövdenin yüzeyine yerleştirilmiş bilyalı silindirlerin üzerinden çekilir. Kendiliğinden kilitlenen sıkıştırma kelepçeleri ve kenar malzemesi için düzgün çalışan kılavuz silindirler, test prosedürünün güvenli bir şekilde çalışmasını sağlar. Deneyimli kullanıcıların hazırlık dahil eksiksiz bir ölçüm için bir dakikadan az bir zamana ihtiyacı vardır.

Kuvvet ölçüm cihazı, test işlemi sırasında minimum, maksimum, minimum ve maksimum arasındaki fark ve çekme kuvvetinin ortalamasının doğrudan ekranda gösterildiği değerleri kaydeder. Ölçüm değerlerinin sayısı için saniyede 10 veya 40 ayrı ölçüm olmak üzere iki ayar mümkündür. Ölçüm sürecinin ayrıntılı değerlendirmeleri, verileri kuvvet-zaman diyagramı olarak da görüntüleyebilen cihaza özel bilgisayar yazılımı yardımıyla mümkündür. 

Buzdolabı, ocak, çamaşır makineleri gibi büyük elektronik cihazların güvenli bir şekilde taşınması için genelde geniş yüzeyli kelepçelere sahip forklift bağlantı elemanları kullanılır. Kelepçe kolları, sıkıştırma kuvvetinin yüke ayarlanabileceği çeşitli ayar noktalarına sahiptir. Kelepçe üzerindeki kuvvetler görüntülenemediğinden ayarlamalar tarafından oluşturulan sıkma kuvvetlerinin ölçülebileceği bir cihaz geliştirilmelidir.

PCE Instruments tarafından özellikle bu görev için geliştirilen kuvvet test standı PCE-4PCFM, uygulanan sıkıştırma kuvvetlerini dört fark ölçüm noktasında eş zamanlı olarak ölçer. Kuvvet test standı, ölçüm noktası başına maksimum üç bin kilogram kuvvet için tasarlanmıştır ve ölçüm değerlerini bir kilogram çözünürlükle görüntüler. 

Bu kuvvet test standı, çeşitli geniş alanlı kelepçeleri hızlı ve güvenilir bir şekilde test etmek için kullanılabilir. Ölçüm noktalarının ekipman arabası üzerindeki konumu, bu amaçla hareket ettirilerek kolay bir şekilde değiştirilebilir. Kuvvet test standı, atölyelerde veya depolarda test yerinin kolaylıkla değiştirilebilmesi için şarj edilebilir pil ve tekerleklerle donatılmıştır.

Kuvvet test standında gerçekleştirilen her test, test edilen parça için bir kimlik numarasına bağlanabilir. Veriler yazdırılabilir veya USB belleğe kaydedilebilir ve geniş alanlı kelepçenin bir sonraki kontrolünde karşılaştırma için kullanılabilir. Kelepçelerin ayarlanmasını kolaylaştırmak için toplam kuvvet ve her bir ölçüm noktası için hedef değerler belirlenebilir. Ölçüm sonuçlarındaki sapmalar ekranda renkli olarak işaretlenir.

Tutulan nesnenin kaymaması veya çok sert bastırma nedeniyle hasar görmemesi için tutucu kollarda doğru sıkıştırma kuvvetinin ayarlanması önemlidir. PCE Instruments tarafından geliştirilip üretilen dört noktalı kuvvet test standı başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Kuvvet test standı, aynı anda dört sıkıştırma noktası için hızlı ve hassas ölçüm sağlar. Bu, geniş alanlı kelepçelerin çok daha kolay bir şekilde kontrol edilebileceği ve istenen değerlere ayarlanabileceği anlamına gelir.

PCE kuvvet ölçüm laboratuvarı, ISO 9001’e (fabrika kalibrasyonları) veya ISO 17025’e (akredite kalibrasyonlar) göre kalibrasyonlar sunmaktadır. ISO 17025’e göre gerçekleştirilen bir kalibrasyon, ISO 9001’e göre gerçekleştirilen kalibrasyondan daha geniş bir ölçüm kapsamına sahiptir. ISO 9001’e göre gerçekleştirilen kalibrasyon için kılavuz “DAkkS-DKD-R-3-3, Bölüm A“dır. Bu genellikle ISO 17025’e göre kalibrasyon için de temeldir, ancak, burada başka prosedürler de mümkündür.

Her biri 5 ayrı ölçüm değerine sahip ISO 9001: çekme ve basma kuvveti için artan veya azalan ve gerçek ve nominal değerler arasındaki fark. Çekme ve basma kuvvetleri için her biri 6 test serisi, çeşitli kurulum konumları ve genişletilmiş ölçüm belirsizliği özelliği ile DAkkS.

Kuvvet ölçüm cihazları için DAkkS kalibrasyonuna ihtiyaç duyan müşteriler için PCE kuvvet ölçüm laboratuvarı, ortak laboratuvarlarla işbirliği içinde DAkkS kalibrasyonları sunar. Test prosedürünün ve test koşullarının ayrıntıları, teklifin hazırlanması sırasında sipariş bazında kararlaştırılır.

Bir kuvvete yeterince direnç gösterilmezse deformasyonlara, hareketlere veya ivmelere neden olur. Uygun bir kuvvet ölçüm cihazıyla kuvvet, etkisine bağlı olarak belirlenebilir. Kuvvet çoğunlukla özel bir yay gövdesinin elastik deformasyonu yoluyla ölçülür. Nominal yük yani kuvvet ölçüm cihazı için maksimum yük ne kadar yüksekse yay gövdesinin sertliği de o kadar yüksek olmalıdır. Bu nedenle, ölçülecek kuvvet miktarı ölçümden önce tahmin edilmelidir. Böylece, kuvvet ölçüm cihazının sensörü aşırı yüklenme nedeniyle tahrip olmaz. Doğru bir ölçüm için etki eden kuvvetlerin türünü, yönünü ve çevre koşullarını dikkate almak ve bu amaca uygun kuvvet ölçüm cihazını seçmek önemlidir.

Eğer iki grup bir halat çekme yarışında kuvvetlerini ölçerse kazanan diğer grubu sabit bir çizgi üzerinden kendilerine doğru çekmeyi başaran grup olur. Ancak, bu “çekme kuvveti ölçümünün“ sonucu, diğer ölçümlerden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılabilecek tekrarlanabilir bir sayısal değer değildir. Bu durum, lunaparkta popüler olan “güç test cihazı“ kuvvet ölçüm cihazından farklıdır. Güç test cihazında hedef noktaya dikey olarak etki eden çekiç darbesinin kuvveti bir ölçekten okunabilir. Çekiçle uygulanan kuvvet ne kadar yüksekse tahterevallinin diğer tarafında duran metal disk o kadar yukarı doğru yükselir. Sınıra ulaştığında sesli bir alarm bile vardır. 

Bir kuvvet ölçüm cihazı, kuvvet uygulandığında değişen kuvvet dönüştürücüsünü ve okunabilir bir ekran veya ölçüm sinyalini iletmek için standartlaştırılmış bir arayüz şeklinde bir değer çıkışını içerir. Genellikle, gerçek ölçüm sinyalini dönüştürmek ve yükseltmek için sensör ile çıkış ünitesi arasında başka bir düzeneğe ihtiyaç duyulur. Ek bileşenler, örneğin aşırı yük koruması, ölçüm değeri belleği veya alarm vericileri gibi kuvvet ölçüm cihazının işlev aralığını veya kullanım güvenliğini artırabilir. Yüksek kuvvetlerin ölçülmesi gerekiyorsa birkaç kuvvet dönüştürücüsünü paralel olarak düzenlemek ve birlikte değerlendirmek mümkündür. 

Kuvvet dönüştürücüsünün türüne bağlı olarak çoğu kuvvet ölçüm cihazı modeli yalnızca amaçlanan eksen boyunca yüklenebilir. Kuvvet ölçüm cihazı ölçüm ekseni yönünde ortalanarak değil de eksene açılı olarak yüklenirse toplam kuvvet miktarı doğru şekilde belirlenemez. Sadece kuvvetin ölçüm ekseni boyunca ilerleyen kısmı belirlenir. Bundan farklı bir yöndeki ek yük, enine kuvvetlere karşı yapısal olarak stabilize edilmemişse kuvvet dönüştürücüsüne zarar verebilir.

Kuvvet ölçümleri için test standları ve test makineleri kullanıldığında yük yönü sabittir. Bununla birlikte, kuvvet ölçüm cihazının, test numunesinin ve test düzeneği için aksesuarların test gereksinimlerine uygun olarak düzenlendiğinden ve sabitlendiğinden emin olmak için dikkatli olunmalıdır.

Bazı kuvvet ölçümleri için tüm kuvvetin amaçlanan ölçüm yönünde uygulandığından emin olmak mümkün değildir. Bu uygulamalar için kuvvet dönüştürücüsü yanlış yükleri tolere eden bir kuvvet ölçüm cihazı kullanılmalıdır. Dış kuvvetlere karşı bu duyarsızlık, ölçüm prensibi veya gerinim ölçer kuvvet sensörleri durumunda yay gövdesinin özel tasarımları ile elde edilebilir. Kuvvet sensörünün sınır eğilme momenti, sınır torku ve sınır kesme kuvveti hakkındaki bilgiler, ek yüklerin ne kadar yüksek olabileceğini gösterir. Sensöre özgü bu değerlerin aşılması halinde sensör geri döndürülemez şekilde hasar görebilir. 

Bir kuvvet ölçüm cihazı ancak uygun çevre koşullarında kullanıldığında amaçlandığı gibi çalışabilir. Genel olarak çok fazla nemin elektronik ve diğer neme duyarlı bileşenler üzerinde olumsuz bir etkisi olduğu bilinmektedir. Yüksek nem yoğuşmaya ve dolayısıyla hem korozyona hem de kaçak akımlara neden olabilir. Bu nedenle, ölçüm cihazları için sıcaklığın yanı sıra en sık belirtilen çevre koşullarından biri de bağıl nemdir.

Sıcaklığın etkisi söz konusu olduğunda bir kuvvet ölçüm cihazının belirtilen sıcaklık aralığında kalmasının yeterli olmadığını bilmek önemlidir. Hassas ölçüm sonuçları elde etmek için ölçüm sırasında bir tarafı ısıtıldığı veya soğutulduğu için sensör gövdesinde daha büyük sıcaklık farklarının oluşmasını da önlemek gerekir. 

Kuvvet ölçüm cihazının su sıçramasına veya diğer sıvılara maruz kalacağı veya proses nedeniyle havada çok sayıda partikülün beklendiği alanlarda ölçüm gerçekleştirirken gövdesi yüksek IP koruma sınıfına sahip bir kuvvet ölçüm cihazı önerilir. Deniz havasına, aşındırıcı gazlara ve buharlara karşı özel dikkat gösterilmelidir. Burada, tesisatın mümkün olduğunca korunmasına dikkat edilmeli ve kullanılan kuvvet ölçüm cihazı düzenli olarak kontrol edilmelidir.

Elektromanyetik alanlar ve çevreden gelen titreşimler de sıkça meydana gelen parazit faktörlerindendir. Kuvvet dönüştürücünün türüne ve montajına göre bu parazitler ölçüm sonucunu az veya çok bozabilir. Önlenemezlerse ölçüm düzeneği planlanırken bu parazitler dikkate alınmalıdır. Böylece, ölçümler sırasında kuvvet ölçüm cihazı üzerinde yalnızca küçük bir etkiye sahip olur.