انواع نیروسنج

نیروسنج چیست؟
نیروسنج ها ابزارهای اندازه گیری هستند که به منظور اندازه گیری نیروی اعمال شده به یک جسم در طول یک آزمون یا عملیات مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها معمولا در صنایع مختلف جهت تحقیق و توسعه، عملیات تولید، یا برای کنترل کیفیت مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از کاربردهای متداول نیروسنج در اجرای آزمون های کشش و فشار است. به همین علت در این کاربردها نیروسنج ها را به عنوان گیج های نیروی پوش پول یا گیج های نیروی کششی فشاری می شناسند. این مقاله خلاصه ای از انواع نیروسنج، روش های استفاده، و چگونگی عملکرد آن ها را ارائه می دهد.

نیرو چیست؟
نیرو عاملی است که باعث می شود جسم فشرده، کشیده و یا به نوعی تحت تاثیر قرار گیرد، و بر جسم و خصوصیات آن تاثیر می گذارد. نیرو را می توان در هر اندازه و جهت معین اعمال کرد.

انواع نیرو وجود دارد که می تواند بر اشیا اعمال گردد. متداول ترین نیروی شناخته شده که همه ی ما آن را تجربه کرده ایم نیروی جاذبه است که از میدان گرانشی زمین حاصل می شود. سایر نیروها شامل نیروی الکترومغناطیس میان ذرات باردار و نیروهای هسته ای قوی و ضعیف است.

نیروسنج ها با اندازه گیری نیروهای مکانیکی اعمالی به اشیا سروکار دارند. این نیروها معمولا یک نیروی کششی یا فشاری است، که نیروهای کشش یا فشار نامیده می شوند.

نیرو در مقابل وزن
برای جلوگیری از سردرگمی باید تفاوت بین نیرو و وزن یا جرم یک شی را بدانیم. زمانیکه وزن جسمی را با ترازو اندازه می گیریم، در واقع جرم آن جسم را اندازه گرفته ایم. جرم، اندازه گیری مقدار ماده ای است که جسم را تشکیل داده و معمولا با واحد اندازه گیری کیلوگرم(kg) بیان می شود.

جرم جسم فارغ از مکان اندازه گیری آن در جهان، ثابت است. اما نیروی جاذبه ای که به جسم اعمال می شود از مکانی به مکان دیگر در جهان متفاوت است. دو جسم با جرم یکسان، که یکی در کره ماه و دیگری در کره زمین قرار دارد، هنگامی که با ترازو اندازه گیری می شوند اعداد وزن متفاوتی را نشان می دهند. این به علت نیروی گرانشی کمتر کره ماه نسبت به کره زمین است، و از این رو نیروی اعمالی به جسم توسط کره ماه کمتر از نیروی اعمالی به جسم با همان جرم توسط کره زمین است.

در موارد پیچیده تر، نیروی گرانشی روی زمین به عنوان تابعی از موقعیت مکانی در طول و عرض جغرافیایی متفاوت است. بنابراین، زمانیکه برای اندازه گیری جرم یا وزن یک ماده از ترازو استفاده می کنیم، ترازوی فوق باید برای مکانی که مورد استفاده قرار می گیرد کالیبره شود. ثابت گرانش (g) زمین، که نشان دهنده شتابی است که به جسم در نزدیکی سطح زمین وارد می شود، دارای مقدار تقریبی 18.9 متر بر مجذور ثانیه است.

در حالی که ترازو ابزاری است که جرم یا وزن را اندازه گیری می کند، نیروسنج قابلیت وسیع تری دارد برا مثال اندازه گیری نیرویی که ممکن است همیشه به طور مستقیم با وزن یا جرم مرتبط نباشد. واحد نیرو معمولا به نیوتن(N)، کیلوگرم-نیرو(kg-F) یا گرم- نیرو(g-F) بیان می گردد.

انواع نیروسنج ها
نیروسنج ها عموما شامل دو نوع اساسی هستند:

نیروسنج های مکانیکی یاآنالوگ (نیروسنج عقربه ای یا فنری)
نیروسنج های دیجیتال
نیروسنج های مکانیکی(آنالوگ)
نیرو سنج های مکانیکی یا آنالوگ از یک لودسل یا فنر برای تبدیل مقدار نیرویی که قرار است اندازه گیری شود به یک مقدار نیروی کالیبره شده استفاده می کنند و نتیجه توسط یک عقربه بر روی یک صفحه مدرج نمایش داده می شود. این نوع از نیرو سنج ها بادوام، دارای کاربری ساده، قابلیت حمل آسان، و بخاطر طبیعت مکانیکی شان برای کار نیاز به برق ندارند.

نیروسنج های مکانیکی کمی محدودیت دارند. اول اینکه در حالی که با تغییر نیرو نتیجه را روی نمایشگر عقربه ایی نمایش می دهند، قادر به نمونه برداری و ذخیره مقادیر در طی زمان نیستند. اکثر دستگاهها تنها میتوانند مقدار پیک را نگه دارند. بعلاوه عقربه برای نمایش یک سیستم اندازه گیری و یا واحد اندازه گیری ماندد نیوتن تنظیم شده است. این موضوع مستلزم اینست که یا چند نیرو سنج داشته باشیم و یا به واحد مورد نظر آنرا تبدیل کنیم. معمولا برای تنش ابتدایی و آزمون فشرده سازی که دقت آزمایش از اهمیت چندانی برخوردار نیست از نیروسنج های مکانیکی استفاده می شود. نیروسنج های مکانیکی معمولا با قابلیت نگهداری پیک و تبدیل واحد و همچنین بصورت کششی و فشاری وجود دارند. این نوع از نیروسنج ها نسبت به نیروسنج های دیجیتالی قیمت پایین تری دارند

نیروسنج دیجیتال
به جای صفحه مدرج و عقربه در نیروسنج های مکانیکی، نیروسنج های دیجیتالی از یک لودسل یا فشارسنج استفاده می کنند که اندازه نیروی اعمالی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل ک رده که می تواند کمی، کالیبره، و دیجیتالی شود و مستقیما نمایش داده شود. در حالی که نیروسنج های دیجیتال گرانتر بوده و برای کار نیازمند باتری هستند، دارای توانایی نمونه برداری، ثبت و ذخیره داده های مقادیر اندازه گیری شده در طول زمان هستند. آنها همچنین می توانند اندازه گیری مقدار متوسط و پیک نیرو را ارائه دهند و برای اندازه گیری مقادیر نیرویی که به سرعت تغییر می کنند مانند تست ضربه مناسب ترند. علاوه بر این، بسیاری از مدل ها این قابلیت را برای کاربر دارند که واحد اندازه گیری دلخواه خود را انتخاب کنند. به همین منظور، از نیروسنج دیجیتال بیشتر استفاده می شود.

انواع نیروسنج دیجیتالی
نیروسنج های دیجیتال به دو صورت

(سنسور داخل)سنسور اندازه گیری نیرو درون دستگاه

(سنسور بیرون)سنسور اندازه گیری نیرو بیرون دستگاه

طراحی شده اند. نوع اول برای ظرفیت های زیر 1000 نیوتن و نوع دوم بیشتر برای ظرفیت های بالای 1000 نیوتن مورد استفاده قرار می گیرد.