Разработка крановых весов для измерения веса в диапазоне от 100 до 10000 кг в статическом режиме, страница 2

Диапазон измерения этих динамометров необычайно широк — имеются динамометры на номинальные силы от 5 Н до более чем 10 МН В зависимости от затрат, уровня техники и производственных возможностей погрешность может быть снижена до величины, меньшей 0,03 % и даже до 0,01 %.Класс точности тензорезисторных динамометров составляет от 0,03 до 2 %. Деформация в тензорезистивных динамометрах очень мала (от 0,1 до 0,3 мм). Типичным свойством всех материалов, используемых для изготовления чувствительного элемента, является их ползучесть при нагрузке и при изменении нагрузки. Тензорезистивные динамометры обычно работают на базе моста Уитстона с использованием не менее четырех активных тензорезисторов. Для суммирования или вычитания отдельных сил  несколько тензорезистивных динамометров можно включать параллельно или последовательно при условии, что дополнительные схемные элементы соответственно расположены.

1.1.4. Индуктивные динамометры

При помощи индуктивных динамометров измеряют изменение расстояния между двумя точками упругого элемента под действием на него силы. Измерительным элементом служит индуктивный датчик перемещения. Индуктивные динамометры выпускают в классах точности от 0,2 до 1 %. Они могут быть изготовлены с расчетом на номинальные силы  до 10 мН и ниже; верхний предел — от 200 кН до 1 МН. Индуктивные динамометры должны работать с усилителем несущей частоты (обычно несущая частота — от 4 до 10 кГц).

1.1.5. Магнитоупругие динамометры

Магнитоупругий динамометр обычно выполнен в виде катушки с замкнутым сердечником из магнитомягкого материала. Вследствие не очень большой удельной нагрузки деформация чувствительного элемента меньше 0,1 мм.. Магнитоупругие  динамометры изготовляют на номинальные силы от 1 до 2,5Н. Выходное   напряжение  0,2 В; измерительный   усилитель   не требуется. Класс точности от 0,1 до 0,2 %. Класс точности — от 0,1 до 2 %.

1.1.6. Пьезоэлектрические динамометры

Чувствительными элементами в них являются пластинки из пьезокварца. При нагружении на их поверхностях образуется пропорциональный нагрузке электрический заряд. Пьезоэлектрические динамометры отличаются большой жесткостью и поэтому при их нагружении деформируются всего на несколько микрометров. Принципиально можно измерять динамические силы до самых высоких частот (выше 100 кГц). Высокая чувствительность позволяет исследовать незначительные по величине динамические составляющие нагрузки. Класс точности 1 %.

1.1.7. Емкостные динамометры

Емкостной преобразователь работает на принципе раздвижения пластин, изменения их эффективной площади (перекрытия) или диэлектрической проницаемости под действием изменения измеряемой величины, при этом емкость конденсатора изменяется, что и фиксируется. Высокая чувствительность позволяет исследовать незначительные по величине динамические составляющие нагрузки. Они имеют точность в пределах 0.5 % и разрешение порядка 1/20000.

1.2.  Выбор критериев сравнения методов измерений силы

Сила относится к числу распространенных физических величин. Существует много методов измерений силы, и каждый раз, когда возникает необходимость измерения, по определенным критериям выбирают наиболее оптимальный, который удовлетворяет всем требованиям технического задания. К критериям сравнения можно отнести точность, надежность, конструктивную простоту и т.д.

Итак, критерии сравнения:

- класс точности;                                             - вид измеряемой силы;

- наибольший предел измерения силы;         - чувствительность;

- нижний предел измерения;                          - простота конструкции;

- измеряемая деформация;                              - стоимость.

Сравнивая характеристики каждого метода по указанным критериям,  выберем оптимальный.

Для дальнейшего сравнения сведем характеристики методов в таблицу.

В табл.1 приняты следующие обозначения:

+ +   не сложная конструкция и низкая стоимость;

-  сложность конструкции и высокая стоимость.

Таблица 1

Характеристики различных методов измерения силы

	Механи-ческий	Гидрав-лическй	Тензоре-зисторный	Индук-тивный	Магнитоупругий	Пьезо-электрический	Емкост-ной
Класс точности, %	0,1-2	1-2	0,03-2	0,2-1	0,1-2	0,25-1	0,2-0,5
Наибольший предел измер., кг	60000	2000000	1000000	100000	5000000	60000	50000
Наименьший предел измер.,кг	20	200	100	50	2,5	1	50
Измеряемая деформация, мм	0,2-2	-	0,1-0,3	0,001-0,002	меньше 0,1	0,001-0,002	0,001-0,002
Вид измеряемой силы	Статич.	Динамич. и статич.	Динамич. и статич.	Динамич. и статич.	Квазистатич.	Динамч. квазист.	Динамч. статич.
Чувствительность	малая	средняя	высокая	малая	средняя	высокая	высокая
Простота конструкции	+	+ +	+	+	+	-	+
Стоимость	+	+ +	+ +	+	+	-	+

По предъявленным в техническом задании требованиям сразу можно отказаться от гидравлического методов. Так как он является самым неточным, имеет не достаточный нижний предел измеряемой силы и  малую чувствительность. Пьезоэлектрический удовлетворяет требования к верхнему и нижнему пределам измерения, обладает высокой чувствительностью, но является конструктивно сложным.