Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Zakład Budownictwa Wodnego i Hydrauliki

Laboratorium nr 1

Pomiary sił i przemieszczeń, urządzenia i przetwornik do pomiaru sił i przemieszczeń

Wykonali:

Nazwisko i Imię	Grupa	Zespół	Podpis
Andziak Izabella	5	3B
Kołodziej Izabela	5	3B
Pidek Elżbieta	5	3B
Sotniczuk Aleksandra	5	3B
Wiśniewska Justyna	5	3B

Termin:	0	-1	-2	inny

Prowadzący: dr inż. Eugeniusz Wilk

Data wykonania ćwiczenia: 26.10.2012 r.

Data oddania sprawozdania: ..................

Warszawa, 29.10.2012 r.

1. Charakterystyka wykorzystanych przetworników do pomiaru przemieszczeń i sił.

Przetworniki do pomiaru sił i przemieszczeń wykorzystuje się do badania parametrów wytrzymałościowych materiałów. Do pomiarów wielkości sił służą dynamometry. Są to sprężyny o takich kształtach, aby siła wywoływała duże przemieszczenie (łatwe do dokładnego zmierzenia). Do ich wykonania wykorzystuje się stopy metali o dużej wytrzymałości (charakteryzujące się prostoliniowym przebiegiem siły obciążającej w funkcji wydłużenia).

Istnieją trzy rodzaje siłomierzy:

• dynamometry domowe (są to spiralne sprężyny z drutu);

• dynamometry laboratoryjne do kalibracji sił przy rozciąganiu lub ściskaniu (element sprężysty ma postać pałąka lub belki zginanej);

• dynamometry służące do mierzenia momentu skręcającego.

Natomiast czujnikiem przemieszczenia jest zegarowy czujnik mikrometryczny. Jest to jeden z prostszych przyrządów do pomiaru odkształcenia. Służy on głównie do pomiaru zmian długości tensometrów mechanicznych.

Istotną czynnością wykonywania badań parametrów mechanicznych jest cechowanie (kalibracja) przyrządów pomiarowych. Celem jest określenie kondycji metrologicznej wzorcowanego przyrządu, określającej jego przydatność do wykonywania pomiarów.

1. Schemat i opis stanowiska badawczego do kalibracji czujnika przemieszczenia i dynamometru pałąkowego

   1. Czujnik zegarowy.

1. kalibrowany czujnik

2. przedłużony trzpienia

3. śruba mikrometryczna

Stanowisko badawcze do kalibracji czujnika zegarowego składa się ze śruby mikrometrycznej wywołującej dokładnie ustalone przemieszczenie, oraz sprzęgniętego z nim czujnika zegarowego. Czujnik połączono ze śrubą za pomocą specjalnego przedłużonego trzpienia, stanowiącego jednocześnie podstawę urządzenia, oraz pręta przenoszącego przemieszczenie. Na początku kalibracji śruba mikrometryczna ustawiona była w położeniu 0. Skalę czujnika zegarowego ustawiono także w położeniu 0. Dokonywano pomiarów kalibracyjnych odczytując wskazania czujnika dla zadanego położenia śruby mikrometrycznej. Dokonywano pomiarów raz zwiększając przemieszczenie, a raz wracając do zerowego przemieszczenia, zmieniano przemieszczenie, co 0,5 [mm]. Wykonano trzy serie pomiarowe.

1. Dynamometr pałąkowy.

1. czujnik zegarowy

2. wycechowane obciążniki

3. dynamometr

Stanowisko badawcze do kalibracji dynamometru składa się z dynamometru, oraz zestawu wzorcowych ciężarków o ciężarze wynoszącym dokładnie 5 [kG]. Dla obciążenia zerowego ustawiono skalę wbudowanego czujnika zegarowego w położeniu 0. Następnie zadawano obciążenie dokładając kolejne ciężarki o dokładnie ustalonym ciężarze, i odczytywano wskazania czujnika. Najpierw dokładano ciężarki, następnie je zdejmowano. Pomiary przeprowadzono trzykrotnie.

1. Wyniki kalibracji czujników.

   1. Dynamometr pałąkowy.

Zakres pomiarowy dynamometru: 5,00 – 50,00 kG

No	Ustawiony ciężar	Odczyt czujnika zegarowego: ↑obciążenie ↓odciążenie
	W↓↑	∆W↓↑
	[kG]	[kG]
1	5,00	5,00
2	10,00	10,00
3	15,00	15,00
4	20,00	20,00
5	25,00	25,00
6	30,00	30,00
7	35,00	35,00
8	40,00	40,00
9	45,00	45,00
10	50,00	50,00
	275,00

Analiza statystyczna – wyznaczanie niepewności pomiarowych, charakterystyka urządzenia.

No	Wartość średnia	Odchylenie standardowe średniej	Kwantyl rozkładu t-Studenta	Niepewność pomiarowa	Niepewność względna	Charakterystyka urządzenia
						xi = Ui $y_{i} = {\overset{\overline{}}{x}}_{i}$ =20625
	$$\overset{\overline{}}{x} = O_{sr}$$	$$S_{\overset{\overline{}}{x}}$$	ts	$$\pm t_{s}S_{\overset{\overline{}}{x}}$$		xiyi
	[mm]	[mm]	[]	[mm]	[%]	[Kg mm]
0	0,2917	0,01775	2,3	0,04082	14,74%	1,458
1	0,5867	0,02140	2,3	0,04922	8,137%	5,867
2	0,8657	0,02292	2,3	0,05272	5,957%	12,98
3	1,130	0,02155	2,3	0,04956	4,421%	22,60
4	1,401	0,02233	2,3	0,05136	3,725%	35,03
5	1,692	0,01622	2,3	0,03730	2,201%	50,77
6	1,986	0,02025	2,3	0,04657	2,306%	69,52
7	2,264	0,01545	2,3	0,03554	1,550%	90,57
8	2,531	0,001732	2,3	0,00398	0,1580%	113,8
9	2,808	0,008963	2,3	0,02061	0,7380%	140,4
15,557					543,1	9625

1. Czujnik zegarowy.

Zakres pomiarowy czujnika zegarowego: 0,20 – 10,00 mm

No	Ustawienie śruby mikrometrycznej	Odczyt czujnika zegarowego O1↑ ∆O1↑ - zgodnie z ruchem wskazówek zegara O2↓ ∆O2↓ - przeciwnie do ruchu wskazówek zegara
	U	delta U
	[mm]	[mm]
1.	0,50	9,50
2.	1,00	9,00
3.	1,50	8,50
4.	2,00	8,00
5.	2,50	7,50
6.	3,00	7,00
7.	3,50	6,50
8.	4,00	6,00
9.	4,50	5,50
10.	5,00	5,00
11.	5,50	4,50
12.	6,00	4,00
13.	6,50	3,50
14.	7,00	3,00
15.	7,50	2,50
16.	8,00	2,00
17.	8,50	1,50
18.	9,00	1,00
19.	9,50	0,50
20.	10,00	0,00

Analiza statystyczna – wyznaczanie niepewności pomiarowych, charakterystyka urządzenia.

No	Wartość średnia	Odchylenie standardowe średniej	Kwantyl rozkładu t-Studenta	Niepewność pomiarowa	Niepewność względna	Charakterystyka urządzenia
						xi = Ui $y_{i} = {\overset{\overline{}}{x}}_{i}$ =3325
	$$\overset{\overline{}}{x} = O_{sr}$$	$$S_{\overset{\overline{}}{x}}$$	ts	$$\pm t_{s}S_{\overset{\overline{}}{x}}$$		xiyi
	[mm]	[mm]	[]	[mm]	[%]	[Kg mm]
1	0,4990	0,003512	2,10	0,007375	1,49%	0,2495
2	0,9990	0,003606	2,10	0,007572	0,76%	0,9990
3	1,499	0,002906	2,10	0,006102	0,41%	2,2490
4	2,000	0,002404	2,10	0,005048	0,25%	3,9993
5	2,500	0,002517	2,10	0,005285	0,21%	6,2500
6	3,000	0,003180	2,10	0,006678	0,22%	9,0010
7	3,501	0,003606	2,10	0,007572	0,22%	12,25
8	4,001	0,003512	2,10	0,007375	0,18%	16,00
9	4,501	0,002887	2,10	0,006062	0,13%	20,25
10	5,001	0,002667	2,10	0,005600	0,11%	25,00
11	5,500	0,002333	2,10	0,004900	0,09%	30,25
12	6,000	0,002963	2,10	0,006222	0,10%	36,00
13	6,499	0,003528	2,10	0,007408	0,11%	42,25
14	6,999	0,003667	2,10	0,007700	0,11%	48,99
15	7,499	0,003215	2,10	0,006751	0,09%	56,24
16	7,999	0,002728	2,10	0,005730	0,07%	63,99
17	8,500	0,002333	2,10	0,004900	0,06%	72,25
18	9,000	0,002848	2,10	0,005981	0,07%	81,00
19	9,500	0,003480	2,10	0,007308	0,08%	90,25
20	10,00	0,003512	2,10	0,007375	0,07%	100,0
suma	105,00		717,5	717,5

1. Analiza błędów w przeprowadzonych kalibracjach.

2. Wnioski

Uzyskawszy finalnie wykres funkcji liniowej stwierdzamy, iż materiał użyty do wykonania przyrządów jest odpowiedni.

Otrzymane niepewności pomiarów są wartościami niewielkimi.

Posiadając gotowe dane nie jesteśmy jednak w stanie jednoznacznie ocenić wpływu błędów pomiarowych na stan kalibracji przyrządu, jednakże uznając za wzorzec śrubę mikrometryczną przyjmujemy niepewność pomiarów jako 0,01 mm, co jest wartością bardzo małą.