Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Laboratorium nr 1

Pomiary sił i przemieszczeń. Urządzenia i przetworniki do pomiaru sił i przemieszczeń

Wykonali:

Zuzanna Sewerynik

Michał Stanuch

Aleksandra Sowa

Karolina Sowińska

Data wykonania ćwiczenia: 20.11.2014

Data oddania sprawozdania: 03.11.2014

Charakterystyka przetworników do pomiaru sił i przemieszczeń.

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 służące do mierzenia momentu skręcającego;

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

Natomiast przemieszczenia (i odkształcenia ) mierzymy za pomocą tensometrów lub ekstensometrów. Są to przetworniki, zamieniające przemieszczenie (wielkość mechaniczną) na sygnał elektryczny, który jest wzmacniany, a następnie zapisywany na urządzeniu rejestrującym. Przetworniki te cechują się małymi wymiarami, małą bazą pomiarową oraz prostą budową i dużą niezawodnością badania.

Ze względu na zasadę działania dzielimy je na:

• elektryczne (elektrooporowe, pojemnościowe, indukcyjne, transformatorowe);

• mechaniczne ( mechaniczno-wskaźnikowe, lusterkowe, zegarowe).

Schemat i opis stanowiska badawczego do kalibracji czujnika przemieszczenia.

1 - śruba mikrometryczna

2 - tuleja

3 - czujnik zegarowy

Stanowisko badawcze do kalibracji czujnika zegarowego składa się ze specjalnego urządzenia wywołującego dokładnie ustalone przemieszczenie, oraz sprzęgniętego z nim czujnika zegarowego.

W doświadczeniu dokonywaliśmy kalibracji czujnika zegarowego. Bazę pomiarową do kalibracji czujnika stanowiła śruba mikrometryczna. Można powiedzieć, że jest ona bardzo dokładnym generatorem określonego przemieszczenia. Można w oparciu o jej wskazania kalibrować sprzęgnięty z nią czujnik zegarowy. Czujnik połączono ze śrubą za pomocą specjalnego cylindra, 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. Dokonywaliśmy pomiarów kalibracyjnych odczytując wskazania czujnika dla zadanego położenia śruby mikrometrycznej. Dokonywaliśmy pomiarów raz zwiększając przemieszczenie, a raz wracając do zerowego przemieszczenia, zmienialiśmy przemieszczenie, co 0,5 [mm]. Wykonaliśmy trzy serie pomiarowe.

Wykonanie ćwiczenia:

Ustawiamy przetwornik na stabilnym podłożu, przymocowujemy do niego czujnik zegarowy (3). Wskazówka tegoż czujnika powinna wskazywać zero. Następnie sprawdzamy ustawienie śruby mikrometrycznej (1) - również zero. Po dokładnym sprawdzeniu ustawienia przyrządów przekręcamy śrubą mikrometryczną, co pół milimetra, odczytując jednocześnie wskazania na czujniku zegarowym (3) i wpisując wyniki pomiarów w tabelkę. Czynność tę wykonujemy w dwudziestu seriach (po trzy próby każda). Im więcej serii wykonamy, tym dokładniejsze otrzymamy wyniki.

Teraz korzystając z metody najmniejszych kwadratów wyliczamy charakterystykę czujnika zegarowego. Korzystamy tutaj z poniższych wzorów:

Wartość średnia:
, gdzie n=3

Odchylenie standardowe:

Odchylenie standardowe średniej:

Oraz wzory na metodę najmniejszych kwadratów:

Wyniki umieszczam w tabeli na następnej stronie.

Wnioski:

Zgodnie z przewidywaniami liniowy wzrost siły oddziałującej na czujnik powoduje liniowy wzrost przemieszczenia. Wynik jest wartością przybliżoną ze względu na niedokładności pomiarowe.

- 4 -

1

2

3