Merače Mark-10: meranie sily v priemyselných aplikáciách

E-booky zdarma	Školení v oblasti pájení	ESD inspekce

Čo je vlastne sila? George Lucas mal svoju pravdu, keď razil slávnu vetu, „Nech ťa sprevádza sila“. Ak máte v boji s medzigalaktickými nepriateľmi len ľahkú šabľu, je nepochybne lepšie, ak je sila na vašej strane a nie proti vám. Iste existujú rôzne definície toho, čo je to „sila“, aká je však tá správna definícia pre obyčajných smrteľníkov?

Na vysokých školách alebo univerzitách sa pri fyzike učia, že sila je zastrašujúci subjekt, plný podivných gréckych písmen, nerozlúštiteľných vzorcov a neprekonateľných zložitostí. V skutočnosti je koncepcia sily úplne jednoduchá. Všetky tieto zložito vyzerajúce derivácie a diagramy sa v podstate snažia zredukovať skutočnosť, že sila je tlak alebo ťah, pôsobiaci na teleso. Sir Isaac Newton povedal, že každá akcia budí rovnakú a opačnú reakciu. Pri testovaní sily, pôsobení na vzorku tlakom alebo ťahom vyvoláva rovnakú a opačnú reakčnú silu. Túto silu je možné merať.

Prečo merať silu?

Najbežnejšou silou, s ktorou sa stretávame, je zemská príťažlivosť, pôsobiaca na naše telo. Obvykle sa o nej hovorí ako o hmotnosti. Sila, ktorá sa vzťahuje na riadenie kvality, je trochu odlišná; prejavuje sa v mnohých každodenných aktivitách, počnúc otvorením vrecka so smaženými zemiačikmi a končiac stlačením klaksónu alebo písaním e-mailu. Ak bolo otvorenie vrecka s čipsami ťažké, zvoľte nabudúce inú značku. Ak stlačenie klaksónu vyžaduje príliš veľké úsilie, znamená to bezpečnostné riziko. Klávesnica, ktorej tlačidlá sa ťažko tlačia, môže viesť k únave pisárových prstov.

Prakticky každý výrobok alebo súčiastka, ktorá je vyšetrovaná, tlačená, ťahaná alebo je na ňu inak fyzicky pôsobené, by mala byť podrobená testu sily, aby bola istota, že bude v zamýšľanej aplikácii fungovať prijateľne. Meranie sily je široký pojem, ktorý môže byť niekedy zamieňaný za špecifickejšie termíny, ako je skúška ťahom, skúška tlakom, ťahová skúška a tlaková skúška.

Typy merania sily

Testovanie sily môže byť deštruktívne alebo nedeštruktívne, v závislosti od testovanej vzorky.

Deštruktívne testy

Napríklad hráči baseballu niekedy pri zasiahnutí lopty zlomí pálku. K tomuto lomu často dochádza pôsobením konkrétnej sily, ktorej hodnota bude určite zaujímať výrobca rakiet.

V leteckom priemysle, spúšťacie tlačidlo na vypustenie rakiet v stíhačke musí na zapnutie vyžadovať určité množstvo sily. Ak je stlačenie tohto tlačidla príliš ťažké, alebo príliš jednoduché, môže to viesť k mnohým potenciálnym dôsledkom. Pri výrobe zväzkov vodičov musia výrobcovia vykonávať testy odtrhnutia koncoviek, aby mali istotu, že sa koncovky od vodičov neoddelia predčasne.

Nedeštruktívne skúšky

Nie všetky výrobky je však nutné pri testovaní zničiť. Medzi bežné nedeštruktívne skúšky patrí testovanie pružín; konkrétne meranie tlakovej alebo ťahovej sily pružiny pri špecifickom posune. Po stlačení alebo natiahnutí sa pružina vráti do svojho skoršieho tvaru, pokiaľ však nedošlo k prekročeniu jej medze prieťažnosti. Možno si ľahko predstaviť situácie, kedy by pružiny s nevhodným silovým správaním mohli byť problémom. Len si predstavte pocity vodiča automobilu, v ktorom sú pružiny príliš mäkké alebo príliš tvrdé.

Koľko sily je teda správne a koľko je zle? Firma obvykle prijmú nejakú normu, buď od takej organizácie, ako je Americká spoločnosť pre testovanie a materiály, alebo na základe vlastného výskumu, s pomocou ktorej budú posudzovať svoje výrobky. Táto norma spravidla stanovuje skúšobný postup a prijateľný rozsah sily pre konkrétnu vzorku.

Hneď ako je taká silová norma prijatá, je nutné zhromaždiť požiadavky a špecifikácie testu a vzorky a porovnať ich s radom dostupných modelov zariadení na testovanie sily. Typické charakteristiky testu sú:

1. predpokladaná maximálna sila
2. rozmery vzorky
3. počet testov za deň
4. požiadavky na spracovanie dát
5. skúšobný postup

Akonáhle sú tieto informácie pohromade, je možné konfigurovať systém pre testovanie sily. Typický systém na meranie sily pozostáva z týchto prvkov:

• Merač sily
• Skúšobné zariadenie
• Merač vzdialenosti
• Svorky a prípravky

Merač sily

Základným prístrojom na meranie sily je merač sily. Merač sily je mechanický alebo digitálny prístroj so záťažovým hriadeľom a vnútorným čidlom, ktorý meria silu, ktorá na neho pôsobí, spravidla v newtonoch (N). Zvyčajne sa používajú aj iné meracie jednotky, vrátane libier, uncí, kilogramov a gramov. Tieto jednotky sú technicky považované za jednotky množstva, nie za jednotky sily, boli však prevzaté do lexikónu merania sily.

Tieto prístroje je možné pri testovaní držať v ruke alebo montovať na prípravok alebo stôl. Mechanické merače sily sa hojne používali niekoľko rokov, až do príchodu elektronických meračov sily koncom 70. rokov. Dnešné elektronické merače pracujú s väčšou presnosťou, vyšším rozlíšením a lepšou opakovateľnosťou, než ich mechanické náprotivky.

Sériová komunikácia

Tá umožňuje prenos silových dát do počítača, tlačiarne alebo iného zariadenia na zber dát na ďalšiu analýzu. Výrobcovia ponúkajú množstvo jednoduchých a moderných programov, ktoré umožňujú zostavovanie grafov a vykonávanie štatistickej analýzy, alebo poskytujú nástroj, prostredníctvom ktorého je možné dáta posielať do bežných programov, ako je Microsoft Excel, na ďalšiu manipuláciu.

Zadané hodnoty

Medzné hodnoty sú ideálne na testovanie typu vyhovuje/nevyhovuje. Zadané hodnoty dovoľujú operátorovi špecifikovať rozsah prijateľnej sily pre daný test. Zoberme si znova pre príklad test pružiny. Výrobca môže stanoviť, že pružinu A je nutné stlačiť silou od 90 do 110 newtonov pri posune 1″. Hodnoty zadané do merača sily môžu zopnúť indikátor, bzučiak alebo iné zariadenie, ak sa sila dostane mimo rozsahu; tento spôsob je ideálny na opakované testovanie v prostredí hromadnej výroby.

Priemerovanie dát

Táto funkcia je k dispozícii v aplikáciách s predĺženou silou, ktorá sa môže počas doby meniť. Ak je napríklad potrebné, aby sa dlhý pás odlúpol z povrchu, potom zmeny v určitých bodoch pozdĺž vzorky môžu vyžadovať meniacu sa veľkosť sily. Režim priemerovania dovoľuje operátorovi špecifikovať dobu potrebnú na vykonanie merania a vypočítať priemernú silu, vyvinutú počas tejto doby. Inou aplikáciou na priemerovanie dát je test trenia, kde jeden materiál je vlečený cez iný materiál. Trenie sa môže meniť a pre operátora môže byť zaujímavá priemerná sila, vyvinutá za špecifické množstvo času.

Externá spúšť

Merač sily môže zobraziť silu, pri ktorej dôjde k vytvoreniu elektrického kontaktu, čo je bežná požiadavka pre výrobcov spínačov a klávesníc.
Niektoré merače sily majú vstavané funkcie štatistického spracovania a dátovú pamäť, čo umožňuje moderná elektronika. Merače sily sa dodávajú v širokom sortimente kapacít, počnúc hodnotou 0.5 newtonu v plnom rozsahu do 5 000 newtonov v plnom rozsahu. Ak je čítanie údajov na prístroji ťažké, alebo je test usporiadaný tak, že by pre operátora bolo nebezpečné alebo fyzicky nemožné dostať sa do tesnej blízkosti priestoru testu, sú k dispozícii diaľkové snímače sily. Pomocou diaľkových snímačov je tiež možné merať oveľa väčšiu silu, než s integrovaným prístrojom.

Skúšobné zariadenie

Merač sily je možné montovať na inú hlavnú súčasť systému na testovanie sily, na skúšobné zariadenie. Skúšobné zariadenie sa značne líši čo do veľkosti, kapacity, spôsobu zaťažovania a dômyselnosti prevedenia. Skúšobné zariadenia sú užitočné, pretože regulujú rýchlosť testu, čím minimalizujú zmeny sily spôsobené rýchlosťou.

Ručné testovacie stojany

Základné, ručne ovládané skúšobné zariadenia sa spravidla ovládajú ručným kolesom alebo pákou, a dodávajú sa v rôznych výškach a konfiguráciách. Páka vo všeobecnosti umožňuje dlhšiu dráhu na otáčku, než ručné koleso. V aplikáciách, kde je rýchlosť testu menej dôležitá, napr. pri testovaní pružiny, môže páka stačiť. V ostatných testoch, ktoré sú citlivejšie na zmenu rýchlosti, napr. pri skúške odlupovania, alebo v aplikáciách s veľmi malým posunom, môže mať použitie ručného kolesa prednosť kvôli lepšiemu ovládaniu.

Ručne ovládané skúšobné zariadenia, umožňujúce vykonanie odlupovacej skúšky pod uhlom 180° alebo skúšky odtrhnutia drôtového vývodu.

Motorizované testovacie stojany

Kvôli lepšie opakovateľným výsledkom má motorizované skúšobné zariadenie vždy prednosť. Motorizované skúšobné zariadenia umožňujú nastavenie rýchlosti a je možné ich používať na stláčanie alebo napínanie. Modernejšie modely sú vybavené pokročilejšími funkciami, ako je schopnosť cyklovania medzi nastavenými hodnotami, alebo nastaviteľné dorazy dráhy a ochrana pred preťažením.

Motorizované skúšobné zariadenie testuje hraničnú pevnosť vzorky v ťahu.

Merač vzdialenosti a svorky/prípravky

Svorky sú neoddeliteľnou súčasťou testovania sily. V smere hodinových ručičiek zdola vľavo: svorka drôtového vývodu, svorka filmu šírky 3″ a papiera, ťahová svorka, svorka filmu šírky 1″ a papiera, svorka s dvojitým valčekom vačkového typu, a svorka miniatúrnych súčiastok.

V niektorých aplikáciách je potrebné merať silu aj vzdialenosť, ako napr. pri testovaní pružiny. Merače vzdialenosti je možné montovať na skúšobné zariadenie. Niektoré modernejšie skúšobné zariadenia sú vybavené displejmi sily a vzdialenosti.

Poslednými dôležitými súčasťami systému na meranie sily sú svorky a prípravky na zaistenie vzorky počas testu. Pre rôzne testy sa dodáva množstvo typov svoriek, nepokrývajú však všetky aplikácie a rozmery vzorky. Pokiaľ nie je možné použiť štandardné svorky, firmy si často vyrábajú svoje vlastné prípravky na použitie s meračmi sily a skúšobnými zariadeniami.

Ekonomické faktory

Nech sa jedná o akýkoľvek výrobok alebo typ testu, dôležité je, aby vedúci pracovníci riadenia kvality mali k dispozícii správne definované postupy merania sily. V dnešnom nadmieru konkurenčnom výrobnom prostredí, keď niektoré priemyselné odvetvia pracujú s maržou tenkou ako ostrie britvy, je nutné pracovať čo možno najdynamickejšie as najväčšou efektivitou.

Navyše, pretože výrobné zariadenia sa rozkladajú po celej zemeguli, je dôležité vytvárať postupy, ktoré je možné ľahko reprodukovať a opakovať, či je operátor v Chicagu alebo Šanghaji. V nových výrobných závodoch, najmä v rozvojových krajinách, môžu účinné postupy testovania sily zachytiť výrobné chyby čoskoro po ich výskyte, čo pomáha minimalizovať nákladné reklamácie produktov, storna a poškodzovanie značky.

Takže až budete nabudúce zase frustrovaní v dopravnej zápche na ceste z úradu domov, alebo až sa usadíte, aby ste si dali desiatu, alebo až začnete písať poznámku, dúfajte, že „sila“ je na vašej strane. Ak tomu tak nie je, zamyslite sa na okamih, ako by tieto skúsenosti mohli byť odlišné, pokiaľ by uvedené produkty neboli podrobované testom merania sily.

Technické tipy

• Testy sily môžu byť deštruktívne alebo nedeštruktívne, v závislosti od testovanej vzorky.
• Merač sily je mechanický alebo digitálny prístroj so zaťažovacím hriadeľom a interným snímačom, ktorý meria silu, ktorá naň pôsobí.
• Bežným nedeštruktívnym testom je test pružiny; konkrétne, meranie sily pri stláčaní alebo naťahovaní pružiny pri špecifickom posune.

Kategórie produktov

	Merače sily a momentu Mark-10
	Univerzálne skúšobné prístroje
	Snímače sily a momentu
	Testovacie stojany
	Softvér na meranie sily a momentu