Dynamometer

Et dynamometer er en enhed til måling af en kraft eller et drejningsmoment . Det bruger en fjeder (tilfældet med en simpel model) med kendt stivhed defineret af elasticitetsmodulet eller en celle med stregmåler . Den belastning celle er dets oprindelige navn.

Enhedens styrke er Newton (symbol N) opkaldt efter grundlæggeren af ​​teorien om universel tyngdekraft , Isaac Newton . De mest almindeligt anvendte multipler er decanewton (daN, en lignende enhed i værdien af kilogramstyrken ) og kilonewton (kN). Den dyne (symbol dyn) er en gammel enhed af kraft.

I dag er de fleste dynamometre digitale og har tendens til at erstatte mekaniske modeller , hvad enten det er inden for forskning og udvikling eller i kvalitetskontrol .

Mekanisk dynamometer

Mekaniske dynamometre bruger direkte princippet i Hookes lov . Faktisk, da en ideel fjeder følger et forhold mellem typen kraft = stivhed × forlængelse , kan vi udlede værdien af ​​en kraft fra den ved at måle forlængelsen af ​​en kalibreret fjeder (det vil sige, som vi kender stivhed). Blandt de mest kendte mekaniske dynamometre, kan der nævnes vejeceller og dynamometer Poncelet (bruges i XIX th  århundrede til politiet kørsel ). Driften af ​​denne enhed, forestillet af den burgundiske instrumentproducent Edme Régnier , blev perfektioneret af oberst Raucourt og derefter analyseret af ingeniørerne Saint-Venant og Poncelet  : set fra teorien om elasticitet kan vi se det som et specielt tilfælde af en dynamometrisk ring, hvis elliptiske form øger dens følsomhed i forlængelse langs dens hovedakse.

Digital dynamometer

Et digitalt dynamometer er et instrument (bærbart eller fast), der består af en kraftføler , en digital elektronisk enhed og et display.

Den kraft transducer er hjertet i systemet. Det kan sammenlignes med en fjeder, der deformeres som en funktion af den påførte kraft. Når denne sensor deformeres, måler måleinstrumenterne de påførte spændinger og udsender en elektrisk spænding, der er proportional med kraften. Dynamometerelektronikken fortolker derefter denne spænding for at vise den i kraftenheder.

Ekstensometri

De strain gauges er modstande, som forøger elektriske modstandselementer varierer med forlængelse i en given retning. De er fastgjort direkte til fjederen, og deres modstand måles ved hjælp af en Wheatstone-bro . Målinger er nu mulige op til en frekvens på 8  MHz , men temperaturkompensation er påkrævet, og langvarig adfærd lader meget tilbage at ønske som et resultat af krybning . Vi skelner generelt:

Magnetostatisk effektmåling

Tilstanden af stress i et metal ændrer på en målrettet måde sin magnetiske permeabilitet μ ( invers magnetostriktion ). I praksis detekteres denne variation af det magnetfelt, der er skabt mellem en transformers primære og sekundære spoler .

Denne sensor understøtter tunge belastninger. Denne teknik, der er patenteret i 1954, anvendes i sensorer, der markedsføres af ABB under navnet Pressductor .

Piezoelektrisk effektmåling

I en piezo-keramisk indsats genererer anvendelsen af ​​en kraft F en elektrisk ladning Q, der er proportional med kraften.

Vi kan fremstille meget hårde piezoelektriske sensorer og måle variationer ved meget høje frekvenser (ud over 100  kHz ) ved hjælp af dem. I statiske eller kvasistatiske tests skal der sørges for at sikre stabiliteten af ​​kræfternes påføringspunkt. Man kan registrere de plane spændinger ved hjælp af et trelag af keramik med en præcis retning af hvert lag.

Måling af elektromagnetisk kompensation

Princippet her er højttalerens  : en bevægelig spole nedsænkes i et magnetfelt. En servo med en forskydningssensor holder spolen i position, og den strøm, der induceres i spolen, er proportional med den kraft, der udøves på den. Ved det generelle udtryk for Lorentz-styrken har vi:

med: B magnetfeltintensitet, jeg inducerede elektrisk strøm, l effektiv længde af lederen.

Imidlertid tillader disse sensorer kun små kræfter at måles (maksimalt 20-30  N ) og bruges derfor mest i præcisionsvægte.

Vibrerende trådmåling

Vibrationsperioden for et strakt reb afhænger af dets spænding T ifølge D'Alemberts formel  :

med: m b lineær tæthed af rebet i kg / m, l fri vibrationslængde, f naturlig frekvens .

Spændingen af en rem kan måles ved at bestemme dets vibration frekvens med en optisk frekvens meter.

Nanoforces målinger

Atomkraftmikroskop og bølgeleder Denne metode gør det muligt at måle kræfter i biologi. En resonant bølgeleder indsættes i et elastisk flerlag. Hvis sensorens øvre fiber ved hjælp af en celles adhæsionskraft deformeres lokalt, kan den tilsvarende kraft estimeres ved at måle forskydningen af ​​resonanstoppen. Opløsningen er 20  nN .

Ansøgninger

Dynamometre bruges i mange felter i disse dage.

Universelle testmaskiner

Disse træk- eller kompressionstestmaskiner (presse) er udstyret med en dynamometrisk celle med trækmåler . Meget udbredt, er de designet til at tilvejebringe industrielle eller videnskabelige laboratorier med analyse af de ”næsten øjeblikkelige” mekaniske egenskaber ved materialer som en funktion af flere tests parametre ( stamme , stamme sats , temperatur, termisk historie,  etc. ).

Kraftsensorerne er udstyret med et elektrisk kabel, der termineres af et stik og er hurtigt udskiftelige (undtagen for store modeller). Frekvensen af ​​deres kalibrering er ofte årlig.

De første maskiner blev tilsluttet en kortoptager. De seneste er forbundet via en interfaceboks til en pc udstyret med software. Dette system muliggør kontrol, erhvervelse, visualisering, den numeriske og grafiske analyse, eksport af ASCII- filer til et regneark , lagring og udskrivning af testdata.

Det øverste tværelement er fastgjort. Den bevægelige krydshoved drives af to laterale skrue aktiveres af en motor - reducering til DC . Forbindelsen mellem skruerne og reduktionsgearet sker ved hjælp af remskiver og synkront bælte i forstærket elastomer.

Deformationshastigheden (eller spændingen) v er lav ( v kan variere fra 0,1 til 500  mm / min  ; i praksis er v ofte mellem 1 og 50  mm / min ).

Forstærkede modeller (med især mekanisk ramme, motor, transmission og vejecelle tilpasset) kan udføre mekaniske tests, der involverer høje kræfter. Deres krafttransducer kan måle flere hundrede kN (i spænding , kompression , bøjning ,  etc. ).

Bemærk: En nødstopknap skal være til stede.

Den mest almindelige anvendelse er måling af brudstyrken ( maksimal kraft , F m , opnået inden bruddet) i spænding for at vide, om et produkt og / eller en enhed er kompatibel eller ej. Den trækstyrke styrke ( R m eller σ m ) eller forskydningsstyrke (τ m ) har dimensionen af en stress og er udledt fra brudstyrken; disse to modstande udtrykkes ofte i M Pa .

For eksempel kan man bestemme den krævede kraft til at adskille et stik fra et kabel, lukningskraften til en dør, en elastisk sammenkoblingskraft eller evaluere kvaliteten af ​​en støddæmperfjeder.

Bemærk: En trækmaskine kan kobles til et ekstensometer (for eksempel af den optiske type), der tillader registrering af spændingskurverne σ = f (deformation ε) af de prøver, der udsættes for en spændingsspænding. Det er således muligt at karakterisere fleksibiliteten af ​​det anvendte materiale af værdien af forlængelsen ved brud A %.

Noter og referencer

  1. Jf. H. Navier, G. de Prony og PS Girard , ”  Rapport om erindringerne om måling af hastighederne i Néva i Sankt Petersborg, af oberst RAUCOURT.  », Journal of Civil Engineering, Sciences and Arts , Paris, Alex. Corréard, vol.  X,1831( læs online ).
  2. Jf. A. Barré de Saint-Venant, erindring om trafikpolitiet rettet til direktøren for Ponts et Chaussées (1830).
  3. Jf Henri Léauté, "  Bemærk på profilen af bladene for dynamometeret af Poncelet  ", Journal af ren og anvendt matematik , 3., vol.  9, n o  8,1883, s.  245-256 ( læs online ).
  4. Trykinduktor på abb.com
  5. Måling af bæltespænding
  6. K.-F. Giebel, doktorafhandling: Wellenleitermikroskopie: eine neue Methode zur Kraftmessung in biologischen Systemen , University Library of Constance, 17. juli 2003
  7. Impact test bruger andre teknikker.
  8. Dette er f.eks. Tilfældet med metalvægteformede prøver, der udsættes for en trækspænding , eller med standardgeometriske enheder fremstillet af beton, der udsættes for en trykpåvirkning .
  9. Peeling og spaltningsprodukter tests er ikke udbredt praktiseret. Skrælnings- og spaltningsstyrkerne udtrykkes i N / m (teststykkets brudkraft / bredde).
  10. Derudover giver målingen af ​​den laterale sammentrækning, som en prøve gennemgår under et forlængelseseksperiment, adgang til Poissons forhold mellem en hookean krop .
  11. "TC": (spændings-) forskydning . Trækkrafthastighed v = 10  mm / min . Kraftsensoren (udskiftelig; kapacitet 10  kN ) er fastgjort til testmaskinens mobile tværelement . Et testkammer er synligt i baggrunden.
  12. Det anbefales at bruge selvspændende kilefastgørelser til visse tests, der kræver høje kræfter; dette undgår risikoen for, at enderne af prøven glider.
  13. Softwaren tegner i realtid en kurve F = f (forskydning af tværelementet) af denne type (bestemmelse på tre samlinger). Ved en træk- eller forskydningstest er værdien af ​​den mekaniske modstand = F m / S  ; med S = sektion eller overflade, afhængigt af testtypen. Resultatet af forskydningsstyrketesten afhænger stærkt af fugens tykkelse.
  14. Komprimering af et sammensat cylinder ved hjælp af en maskine udstyret med en 300 kN dynamometer  .

Se også

Relaterede artikler