Что измеряет динамометр?

Динамометр. Виды и устройство. Работа и применение. Как выбрать

Динамометр представляет собой специальное устройство, предназначенное для измерения показателей силы или получения параметров момента действующей силы. Этот измерительный прибор способен определить усилие либо силу, с которой один объект действует на другой. Такое воздействие можно встретить повсеместно: это двери лифтов, троллейбуса, метро, ворот и тому подобное.

Необходимо отметить, что первым устройством, которое применялось для измерения силы, являлись весы. Впервые такие весы появились в 1726 году. Через столетие Ричард Солтер создал прибор, в котором применялась пружина с целью измерения воздействия силы. Благодаря грузу она растягивалась на некоторое расстояние, которое соответствовало его массе. Спустя некоторое время Ренье создал устройство, на котором имелся циферблат. В нем применялась кольцеобразная замкнутая пружина. Затем стали появляться конструкции других изобретателей в лице Томсона, Броуна и так далее. Современное устройство по своей конструкции недалеко ушли от этих приборов.

Виды

Динамометр может иметь разные конструкции, которые довольно сильно различаются по предназначению, исполнению, функциям, диапазону измерений и тому подобное. Данные устройства можно разделить по измеряемым усилиям, то есть их можно классифицировать по диапазону измерения: от долей ньютонов до 20 тысяч ньютонов. Если говорить о принципе действия, то данные приборы могут быть различного действия в зависимости от их конструктивного исполнения. При этом в некоторых устройствах могут применяться сразу несколько принципов действия.

Механические подразделяются на изделия рычажного и пружинного действия. Особенность пружинного прибора в том, что сила воздействует на пружину, вследствие чего она может растягиваться или сжиматься, что в свою очередь определяется направленностью приложения силового фактора. Пружина обладает упругостью, которая находится в прямой пропорциональности от приложенной силы, которую необходимо измерить. Поэтому ее можно определить и зафиксировать. При использовании рычажного устройства сила направлена на деформирование рычага, что в свою очередь позволяет определить ее параметры.

Электронное оснащается цифровым дисплеем, где высвечивается информация о прикладываемой силе. В этих устройствах основополагающим элементом является датчик. Его функции это преобразование деформации от действия силы в электросигнал. Он также имеет дополнительный датчик, усиливающий основной сигнал, идущий от первого датчика. С целью преобразования деформационного действия применяются разнообразные датчики сопротивления, которые построены на индуктивном, тензорезистивном, пьезоэлектрическом и частотном принципе действия.

В зависимости от сферы применения могут быть и специфические устройства, позволяющие измерять силу воздействия, к примеру, медицинские. Такие устройства позволяют определить силу, степень функционирования мышц, выносливость, в том числе дают возможность следить за состоянием и восстановлением больного после получения травмы.

В отдельную категорию можно выделить кистевое устройство, при помощи него диагностируется сжимающая сила рук вследствие нарушения их функционирования. Тесты с применением данного устройства используются не только в медицинских целях, но также во многих организациях: это правоохранительные органы, Министерство чрезвычайных ситуаций, вооруженные силы, экспедиторские компании, организация боевых единоборств и профессионального спорта. Становое устройство применяется с целью определения сил мышц, которые предназначены для выпрямления туловища человека.

Образцовый динамометр представляет собой эталон, применяемый для определения сил в статике, чаще всего сил сжатия и растяжения во время ремонта испытательных устройств и установок. Данные приборы имеют малую зависимость от температуры окружающей среды. Их конструкция более сложна, что вызвано необходимостью получения независимости от внешних факторов. Так у них предусмотрена автоматическая компенсация искажений и имеются средства самодиагностики. Они обладают малыми габаритами, точностью и долговечностью. Для удобства пользования данные приборы имеют цифровую индикацию, удобный интерфейс и возможность подключения к персональному компьютеру.

Динамометр

Прибор, предназначенный для измерения силы, называется динамометр.

Однако измерять силу, исходя из ускорения, которое эта сила оказывает на тело известной массы, неудобно в практическом плане. Измеряемая сила должна действовать на какое-то тело внутри прибора, сообщая ему ускорение, — конструкция получается сложной.

Более серьезная проблема состоит в том, что измерительный прибор должен вносить минимальные искажения в измеряемую систему, а если направить измеряемую силу на создание ускорения, то работа силы будет переключена на этот процесс, что существенно повлияет на измеряемую механическую систему, в которую эта работа уже не поступит.

Поэтому для измерения силы необходимо использовать другое физическое явление — сравнение с силой упругости. Такой подход значительно упрощает измерение.

Во-первых, сила упругости может быть легко «передана» другому предмету, что позволяет «встраивать» динамометр в механическую систему. При этом измеряемая сила будет прилагаться к динамометру, а через его упругий элемент — передаваться дальше в механической системе. Искажения получаются минимальны, вся работа силы остается в системе.

Во-вторых, сила упругости большинства упругих веществ линейна в достаточно широком диапазоне. Следовательно шкала измерения динамометра получается линейной, что упрощает использование прибора.

Таким образом, динамометр должен состоять из упругого элемента и индикаторной системы, позволяющей видеть степень его изгиба. В простейшем случае упругим элементом служит обычная пружина, а индикаторной системой — обычная линейка. В более сложных устройствах упругим элементом могут быть рессоры, гидравлические и газонаполненные емкости, специальные тензодатчики. Индикаторная система может преобразовывать изгиб в движение стрелки, поворот барабана с цифрами или в цифровое представление на алфавитно-цифровом дисплее.

Рис. 2. Устройство динамометра.

В обиходе часто используются пружинные весы. По сути, такие весы являются динамометром. Хотя их шкала размечена в единицах массы, на самом деле они измеряют силу тяжести, действующую на взвешиваемое тело, оценивая изгиб пружины. Поскольку сила тяжести прямо пропорциональна массе, шкала весов получается линейной. Внимательно рассмотрев пружинные весы, можно понять, что они отличаются от динамометра только шкалой.

Рис. 3. Пружинные весы.

Что мы узнали?

Динамометр — прибор для измерения силы. Динамометр состоит из упругого элемента и измерительной системы. В простейшем случае упругий элемент — это пружина, а измерительная система — это линейка. При измерении силы упругий элемент изгибается, изгиб измеряется по шкале, проградуированной в единицах силы — в ньютонах.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

Определение становой силы

В медицине динамометрические устройства применяются для определения силы, оценки работоспособности и выносливости человеческого организма. С помощью этих несложных приборов можно сделать достаточно точное заключение о состоянии мышц человека.

Для медицинских целей применяются в основном ручные динамометры и становые модели приборов!

Предлагаем ознакомиться Как устранить царапину на панели автомобиля

Вариант ручного динамометра определяет мышечную силу пальцев рук человека, сжимающего его своей кистью. Отсюда и второе название – кистевой. Данным прибором повсеместно пользуются физиотерапевты, чтобы оценивать в динамике восстановление мышечной силы пациента после перенесенной травмы. Кистевыми динамометрами широко пользуются в экспедиторских и транспортных компаниях при тестировании вновь принятых работников. Их применяют также в правоохранительных органах, МЧС и вооруженных силах, в организациях профессионального спорта и фитнес-клубах.

Сегодня выпускаются ручные приборы механической и электронной модификаций. Точность измерений с их помощью зависит от соблюдения человеком определенных правил при замерах.

Правила эти очень просты и состоят в следующем:

• Вторую, свободную руку надо расслабить и опустить вниз.
• Затем её нужно отвести в сторону и расположить перпендикулярно туловищу.
• Руку с устройством следует вытянуть вперед.
• Сжимать динамометр кистью следует по команде настолько сильно, насколько это возможно.

Из полученных результатов для каждой руки выбирается тот, который лучше!

При нарастании мышечной массы в процессе тренировок показатели, полученные с помощью динамометра, улучшаются.

Точные абсолютные показатели получить довольно трудно, так как на них влияет множество субъективных факторов. Поэтому в расчет берётся, как правило, величина относительной силы кистей рук. Для её вычисления измеренную динамометром силу в килограммах умножают на сто, а затем делят на вес тела человека. У людей, не занимающихся профессионально спортом, относительный показатель равен 45-50 единиц для женщин и 60-70 единиц — для мужчин.

С помощью становых динамометров можно протестировать на статическую силу и выносливость все мышцы, сгибающие и разгибающие корпус человека!

Становой прибор похож внешне на ножной эспандер. Его составные части – это рукоятка, подставка под ноги, трос, оснащенный датчиком измерительный прибор и отсчитывающее устройство.

Для измерения мышечной силы человеку нужно:

• Встать обеими ногами на подножку прибора.
• Наклонить корпус вперед, сгибаясь в пояснице.
• Взяться на рукоять динамометра обеими руками.
• Ноги в коленях при этом не сгибать.
• Затем рукоятку прибора нужно потянуть вверх на себя изо всех сил.

Средней считается сила выпрямляющих тело мышц при значениях индекса от двухсот до двухсот тридцати. Индекс от 230 до 260 единиц свидетельствует о значениях выше среднего. А более двухсот шестидесяти – это показатели высокой разгибающей туловище силы.

Вычислив мощь кистей рук, можно проверить и результаты в таком базовом упражнении, как становая тяга. Именно в этом движении будут видны все силовые качества человека. Это связано с тем, что при таком упражнении у спортсмена задействуются все основные мышцы тела.

Предлагаем ознакомиться Как измерить влажность воздуха в квартире: приборы для определения уровня влаги

Чтобы осуществить такой замер, необходимо использовать специальный прибор, который внешне очень схож с обычным ножным эспандером. Он состоит из рукоятки для рук и подножки для ног. Однако вместо пружин данное приспособление имеет трос со своеобразным измерительным прибором посередине.

Задача испытуемого заключается в том, чтобы потянуть рукоятки на себя с максимально возможной силой. Для того чтобы определить необходимые значения, следует аналогичным образом, как и в случае с ручным медицинским прибором, рассчитать относительную величину становой тяги. Ее результаты можно интерпретировать следующим образом:

• меньше 170% – низкая;
• от 170% до 200% – ниже средней;
• от 200% до 230% – средняя;
• от 230% до 250% – выше средней;
• больше 260% – высокая.

Если в процессе тренировок у спортсмена значительно увеличиваются показатели относительной силы, то это свидетельствует о существенном повышении мышечной силы и, соответственно, о процентном росте содержания самой мышечной массы.

Возрастные показатели и норма динамометрии

Динамометрия кисти (норма у взрослых зависит от возраста человека, который проходит исследование) изменяется по мере старения организма. В связи с этим установлены оптимальные показатели для детей и взрослых людей, которые относятся к разным возрастным категориям. При этом норма динамометрии для мужчин и женщин также является не одинаковой.

Для женщин

Женщины, которые проходят процедуру динамометрии, выполняют тестирование изометрической силы кисти левой, а затем правой руки. Показателем нормы является результат от 25 до 33 кг. В среднем сила сжатия левой руки на 5-10 кг меньше. Это в том случае, если женщина правша. Показатели динамометрии тесно связаны с общей и мышечной массой женского тела.

В целом же считается, что оптимальными результатами динамометрических измерений является наличие результата, который равен 45-50% от веса женщины. Если испытуемая весит около 90-100 кг, то в данном случае норма динамометрии будет составлять 40-50 кг. Данные показатели нормы относятся ко всем женщинам, возраст которых не больше 65 лет.

Для девочек нормальные показатели динамометрии предусматривают получение следующего результата, который соответствует возрасту испытуемой:

• в период 8-11 лет — изометрическая сила кисти должна находиться в пределах от 9,8 до 17,1 кг;
• в возрасте от 12 до 15 лет — норма динамометрических показателей равна от 19,9 до 28,3 кг;
• для девушек возрастной категории от 16 до 19 лет — физическое развитие мускулатуры кисти должно соответствовать результату от 31,3 до 33,8 кг.

Измерение динамометрических показателей проводится в педиатрии для осуществления эффективного контроля над развитием опорно-двигательного аппарата девочек. Особенно, если изначально ребенок имеет заболевания мышечной системы, либо же получил родовую травму.

Для мужчин

Динамометрия кисти (норма у взрослых определяется в индивидуальном порядке) у мужчин, которые не имеют сопутствующих заболеваний, должна находиться в пределах от 35 до 50 кг. Разница между показателями правой и левой руки также составляет от 5 до 10 кг. При этом следует учитывать тот факт, что испытуемые мужчины могут иметь разный вес, соотношение мышечной и жировой ткани.

В целом же считается, что нормой средних показателей динамометрии, является результат от 60 до 70% от общей массы тела. В данном случае, если вес испытуемого превышает 100-120 кг, то расчет изометрической силы кисти проводится в индивидуальном порядке с учетом полученных результатов и антропометрических данных мужчины.

Для мальчиков установлены следующие нормативы динамометрического исследования кисти:

• возраст 8-11 лет — изометрическая сила сжатия кисти находится на уровне от 13 до 18,5 кг;
• возрастная категория от 12 до 15 лет — норма физической силы верхней конечности равна показателям от 21,6 до 37,6 кг;
• парни возрастом от 16 до 19 лет — должны сжимать кистевой динамометр с результатом от 45,9 до 51 кг.

В случае получения более низких динамометрических показателей, которые не соответствуют стандартам нормы, обращается внимание на общий уровень физического развития ребенка. Рассматриваются варианты возможного наличия сопутствующих заболеваний опорно-двигательного аппарата, мышечной системы, органов эндокринной системы

Принципы работы разных моделей

Существует несколько типов динамометров, которые работают по-разному:

• Механические модели используют пружины или рычаги для измерения силы. Когда на динамометр действует сила, она вызывает деформацию пружины или смещение рычага. Эти изменения преобразуются в измеряемое значение силы на шкале динамометра.
• Электрические модели используют принцип изменения сопротивления проводника при деформации. В этих приборах проводник находится внутри пружины и подключен к электрической цепи. Когда на динамометр действует сила, пружина деформируется, изменяя сопротивление проводника. Это измененное сопротивление измеряется и преобразуется в значение силы.
• Электронные динамометры используют датчики для измерения силы. Они обычно включают фольгированный кристалл, который деформируется при действии силы. Это генерирует электрический сигнал, который затем усиливается и обрабатывается для получения значения силы. Такие обычно имеют высокую точность и могут измерять большие значения силы.

Все типы динамометров имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретного применения. Механические типы обычно дешевле, но могут иметь низкую точность. Электрические и электронные аналоги обычно более точные, но стоят дороже. Выбор прибора зависит от требований к точности, масштабу измерений и доступности самих изделий. Большой выбор изделий можно посмотреть в каталоге производителя ООО “Импульс”, на странице http://tpmarket.ru/dinamometry/dinamometry-elektronnye. Там же можно найти и другие устройства.

Применение динамометров

На практике динамометры применяются не только для того, чтобы с их помощью измерять силу тяжести, но и для того, чтобы определять значения других сил (трения, упругости и т.п.). К примеру, сейчас эти приборы применяют для того, чтобы измерять силу различных мышечных групп человека. Одной из разновидностей такого рода устройств являются, к примеру, силометры. С их помощью измеряется мускульная сила руки при сжатии ее в кулак.

Динамометры находят широкое применение и тогда, когда необходимо измерять такие показатели, как тяговые усилия локомотивов, тягачей, тракторов, речных, морских буксиров и прочей техники подобного назначения. Для этого применяются специализированные тяговые динамометры. Их главной отличительной особенностью является то, что с их помощью можно измерять такие тяговые усилия, которые составляют до нескольких десятков тысяч ньютонов.

Если говорить о применении динамометров в повседневной жизни, то эти приборы используются для того, чтобы измерять силу сжатия створок различных закрывающихся в автоматическом режиме устройств (например, дверей вагонов метро, грузовых и пассажирских лифтов, гаражных ворот и т.п.). Необходимо особо отметить, что применение таких систем с использованием динамометров предполагает точную их юстировку и своевременное, тщательное техническое обслуживание.

Что же это за машина, что способна измерить силу?

Его относят к приборам, измеряющим силы или силовые моменты. Промышленные предприятия, на которых требуются силовые измерения, применяют подобные приспособления. Часто они необходимы для того, чтобы осуществить плановые поверки стендов, а также агрегатов, которые предназначены для различных испытаний. Используют их и при поверках силовых приборов, когда требуется определить силы 1 или 3 разрядов. Широко применяются данные приборы и в качестве эталонных средств по ГОСТу 8.065 и в тех работах, где нужно производить калибровку.

Первым прибором, который помогал измерить силы, были весы. Впервые их изображение появилось в печати в семнадцатом веке. В следующем столетии Сальтером было предложено для подобных целей устройство с пружиной, при помощи груза она растягивалась. Был прибор с циферблатом, там измерение выполнялось замкнутой кольцеобразной пружиной. Уже позже появились нажимы Прони и динамометры Томсона, Броуна, Межи и Геффнер-Альтенека. Последние модели усовершенствовали, и на сегодняшний день представилась возможность использовать их во многих отраслях.

Основные элементы, которые включают динамометры растяжения: силовое звено (упругий элемент) и отсчетное устройство. В силовом звене идет непосредственно измерение усилий: там происходит деформация или небольшие колебания. С их помощью и передаются сигналы на отсчетное устройство. Такими инструментами измеряются усилия в таких единицах измерения, как Ньютоны и килограмм-сила.

Итак, что измеряют динамометром, мы разобрались, теперь посмотрим, как подразделяются данные приборы по принципу действия. Они бывают механическими, которые классифицируют на пружинные и рычажные, гидравлическими и электрическими

.Кроме таких прикладных задач, бывают и специфические разновидности силового прибора, например, тормозные и трансмиссионные. Теперь остановимся на каждом подробнее.

Принцип работы динамометра

Работа динамометра основывается на законе физике, согласно которому деформация, возникающая в пружине или ином упругом теле, прямо пропорциональна приложенному к телу усилию (напряжению). Данный закон носит имя Гука – английского учёного, жившего в 17 веке.

Закон Гука говорит о том, что в ответ на деформацию какого-либо тела появляется сила, стремящаяся вернуть начальную форму и исходный размер данного тела. Она называется силой упругости.

Простейший динамометр представляет собой совокупность двух устройств – силового и отсчетного!

Усилие, которое прикладывается к прибору, является деформацией его силового звена. Посредством электрического сигнала (либо механического) деформация передается на отсчётное звено, которое может быть цифровым либо аналоговым.

Единицей измерения прибора является ньютон (Н) – международная единица измерения силы.

Если весы показывают массу тела человека, то по показаниям динамометра можно судить о силе, которую человек прикладывает, деформируя приборную пружину.

Современный прибор для динамометрии – это контрольно-измерительное устройство, которое широко используют в медицине для замера у людей силы растяжения или сжатия, измеряемой в ньютонах, а также момента силы в килограмм-силах.

Конструкция устройства позволяет человеку совершенно самостоятельно измерить свою мышечную силу!

Что можно измерить динамометром

При создании и использовании механических конструкций очень часто есть необходимость измерять усилия, которые воздействуют на какие-то отдельные элементы данной конструкции.

Это может понадобиться при испытательном тестировании, монтаже, или во время дальнейшей эксплуатации. Именно для таких измерений и создан динамометр.

Давайте рассмотрим что измеряют динамометром подробнее.

Динамометр – это прибор, который служит для измерения силы, либо ее момента.

Его составляющими являются отсчетное устройство и силовое звено.

Принцип работы данного устройства заключается в следующем: усилие, которое изменяется в силовом звене, вызывает деформацию, а она сообщается отсчетному устройству.

Благодаря таким динамометрам можно измерять усилия от маленьких долей ньютона до 20 мН.

Если говорить о типах динамометров, то по принципу действия их разделяют на три группы:

• механические (рычажные или пружинные);
• электронные;
• гидравлические.

Также существуют приборы, в которых используются сразу два принципа. Рассмотрим каждую группу отдельно.

Механические динамометры

Как уже упоминалось, есть два типа механических динамометров.

В пружинном динамометре момент силы или сила направлены на пружину, которая в свою очередь либо растягивается, либо сжимается – это зависит от направления силы. Между величиной упругой деформации пружины и силой воздействия на нее существует пропорциональная связь, поэтому она регистрируется.

Принцип работы рычажного динамометра такой же, только деформируется не пружина, а рычаг.

Гидравлические динамометры

Действие такого типа прибора очень просто: под давлением жидкость из цилиндра вымещается по трубке к аппарату, что фиксирует показания, которые потом регистрируются.

Электронные динамометры

Главным элементом динамометра такого типа является датчик, преобразующий деформацию, возникающую после воздействия силы, в сигнал электричества.

Этот сигнал передается дополнительному датчику, который, в свою очередь, усиливает его и записывает.

Концевые захваты таких устройств могут быть выполнены в различных модификациях.

Это зависит от условий, где они будут применяться и никак не влияет на точность прибора. Электронные динамометры делятся на 4 класса точности. Они определяются рабочим диапазоном и ценой деления шкалы в отчетном устройстве.

Покупайте качественный товар, и вы никогда не прогадаете! Удачи!

Отличия станового от кистевого динамометра

Каждый спортсмен должен знать отличительные черты кистевого динамометра от станового. Самое главное отличие заключается в его целевом использовании. Давайте далее подробнее разберемся об этом.

Изначально поговорим о становом динамометре. Этот материал представляет собой напольное оборудование, расположенное на опорной лапе размер которого будет составлять 300 на 200 мм.

• В нём будет находиться две ручки, которые расположены в верхней части. Они двигаются в стороны.
• Этот товар позволяет фиксировать верхние конечности.
• Теперь поговорим о кистевом динамометре. Данная модель имеет продолговатую ручку.
• Её нужно полностью обхватывать пальцами, причем она должна полностью поместиться в ладони, когда начинаете сжимать её.
• Вверху этого аппарата находится циферблат, на котором можно увидеть результат.

Процедуру нужно выполнять сначала на правой руке, а затем на левой. Это нужно соблюдать согласно инструкции тестирования иначе получиться не верный результат.

Типы динамометров

Существует как минимум два типа динамометров: механические и цифровые. Посмотрим на каждого из них.

• Механический динамометр: Это традиционные динамометры той же линии, что и разработанные Newton, основанные на полностью механической системе. Этот динамометр не требует питания для своей работы. Обычно он обеспечивает большую точность, поскольку его диапазон отклонения составляет всего 0,3%.
• Цифровой или электронный динамометр: те, в которых используются цифровые измерительные приборы. Его механизм намного сложнее и для его работы требуются источники энергии, такие как батареи или электрический ток.

Принцип работы и устройство

Тормозной динамометр — один из самых простых. Он предназначен  для измерения выходной мощности (или мощности тормоза). Происходит это методом остановки вращающегося маховика, во время которого измеряется вес прикреплённого к тормозу рычага.

Такой динамометр включает в себя:

1. Блок.
2. Раму.
3. Трос.
4. Тормозные колодки.
5. Рычаг.
6. Маховик.

Вырабатываемая при торможении энергия преобразуется в тепло трения. Тормозной момент можно регулировать путём натяжения подпружиненных болтов, которые затягивают блок. Для исключения перегрева динамометр необходимо периодически охлаждать.

Пружинный динамометр ДПУ-2-2 относится к приборам растяжения. Он используется для того, чтобы измерять статические величины. Усилие фиксируется по натяжению пружины, имеющей определённые характеристики упругости. Пружина растягивает блок, положение которого фиксирует стрелка на шкале.