ДАТЧИКИ СИЛЫ МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ПРИКОСНОВЕНИЯ

Движущиеся частицы: атомы и электроны — являются предметами изучения квантовой механики и теории относительности. Классическая механика исрекомендуется взаимодействия макрообъектов, обладающих определенной массой, зарядом, дипольным моментом и т.д. На многие вопросы классической механики в общем виде ответил Исаак Ньютон (1642–1727), который всегда заявлял, что родился в год смерти Галилея (хотя на самом деле он родился 4 января 1643 года). Ньютон развил идеи Галилея и других замечательных физиков. Его первый закон звучит следующим образом: «Если на тело не действуют никакие внешние силы, оно будет либо находиться в состоянии покоя, либо двигаться с постоянной скоростью по прямой линии». Часто этот закон называют законом инерции. Этот закон иногда трактуется по другому: «При отсутствии внешних сил, действующих на тело, его ускорение а равно нулю».

Если сила приложена к свободному телу (не связанному ни с каким другим телом), оно получает ускорение, направление того совпадает с направлением силы, которая также является векторной величиной. Ньютон обнаружил, что ускорение, полученное телом, всегда прямо пропорционально приложенной силе F и обратно пропорционально массе тела т, которая является скалярной величиной и характеристикой тела.

Это название было дано великим швейцарским математиком и физиком Леонардом Эйлером в 1752 году, спустя 65 лет после публикации закона Ньютона [1]. Первый закон является частным случаем второго закона: когда результирующая всех сил, действующих на тело, равна нулю, ускорение тела также равно нулю.

Второй закон Ньютона позволил ввести механические единицы. В системе СИ масса (кг), длина (м) и время (с) являются основными единицами (см. Качественные датчики часто используются для детектирования движения и положения объектов (см. главу 7). Коврик у двери, реагирующий на давление приложенное к нему, и пьезоэлектрический кабель также являются примерами качественных сенсоров давления.

Методы измерения силы можно разделить на следующие подгруппы:

1. Уравновешивание неизвестной силы силой тяжести тела известной массы

2. Измерение ускорения тела известной массы, к которому приложена неизвестная сила

3. Уравновешивание неизвестной силы электромагнитной силой

4. Преобразование силы в давление жидкости и измерение этого давления

5. Измерение деформации упругого элемента системы, вызванной неизвестной силой В современных датчиках наиболее часто применяется 5 метод, а методы 3 и 4 используются сравнительно редко.

В большинстве сенсоров не происходит прямого преобразования силы в электрический сигнал. Для этого обычно требуется несколько промежуточных этапов. Поэтому, как правило, датчики силы являются составными устройствами. таблицу 1.7 главы 1), в то время как сила и ускорение — производными единицами. Единицу

измерения силы назвали Ньютон. Сила 1 Н, приложенная к телу массой 1 кг, приводит к появлению ускорения 1 м/с2.

В Британской и американской системах единиц основными единицами считаются сила (фунт), длина (фут) и время (с). При этом единица массы определяется как масса, для ускорения той на 1 фут/с2 необходимо приложить силу 1 фунт. Британская единица массы называется слаг. В таблице 9.1 приведены механические единицы.

Таблица 9.1. Механические единицы

Система единиц	Сила	Масса	Ускорение
СИ	Ньютон (Н)	Килограмм (кг)	м/с2
Британская	Фунт-сила	Слаг	Фут/с2

Третий закон Ньютона устанавливает принцип взаимодействия между двумя телами: Сила действия равна противодействию или взаимное влияние двух тел друг на друга всегда одинаково, но противоположно направлено.

Единицей измерения плотности в системе СИ является кг/м3, а в Британской системе — фунт/фут3. В Приложении приведены плотности некоторых материалов.

В системе СИ единица измерения силы является одной из фундаментальных физических величин. Измерение сил проводится и при проведении механических исследований, и в гражданском строительстве, и при взвешивании объектов, и при изготовлении протезов и т.д. При определении давления также требуется измерение силы. Считается, что при работе с твердыми объектами измеряется сила, а при работе с жидкостями и газами определяется давление. Это значит, что сила рассматривается тогда, когда действие приложено к конкретной точке, а давление определяется тогда, когда сила распределена по сравнительно большой площади.

Датчики силы можно разделить на два класса: количественные и качественные. Количественные датчики измеряют силу и представляют ее значение в электрических единицах. Примерами таких сенсоров являются динамометрические элементы и тензодатчики. Качественные датчики — это пороговые устройства, чья функция заключается не в количественном определении значения силы, а в детектировании превышения заданного уровня приложенной силы. Примером таких устройств является клавиатура компьютера, каждая клавиша той замыкает соответствующий контакт только при нажатии на нее с определенной силой. к примеру, датчик силы часто представляет собой комбинацию преобразователя сила-перемещение и детектора положения (перемещения). Это может быть простая спиральная пружина, уменьшение длины той х, вызванное приложенной силой сжатия F, будет пропорционально ее коэффициенту упругости.

На рис. 9.1 А отображен датчик, состоящий из пружины и детектора перемещений, реализованного на основе линейно регулируемого дифференциального трансформатора (ЛРДТ) (раздел 7.4 главы 7). В линейном диапазоне изменения длины пружины напряжение на выходе ЛРДТ пропорционально приложенной силе. На рис. 9.1Б представлен еще один вариант датчика силы, состоящий из гофрированной мембраны, заполненной жидкостью, непосредственно на которую и действует сила, и датчика давления. Гофрированная мембрана, распределяя силу на входе по поверхности чувственного элемента датчика давления, играет роль преобразователя сила-давление.

Рис. 9.1. А — датчик силы с нагружаемой пружиной и ЛРДТ, Б — датчик силы на основе преобразователя давления

Список тем Назад Вперед

Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями.

По вопросам размещения статей пишите на email:

datchikisensor@yandex.ru

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Практика использования, теоретические основы и современные тенденции

ДАТЧИКИ СИЛЫ МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ПРИКОСНОВЕНИЯ