Статья из сайта petrovlam.ru
Автор: Петров В. М.
Введена 25.3.2010
Последнее обновление:

Безмен для измерения сил магнитного взаимодействия

 

       Аннотация.         В статье приводится описание схемы безмена домашнего изготовления, пригодного для измерения силы магнитного взаимодействия применительно к магнитным моторам.

 

 

       Моя практика показала, что применение безмена заводского изготовления для измерения сил взаимодействия магнитов, предназначенных к использованию в магнитных моторах, практически не позволяет уверенно решить поставленную задачу.

       Во-первых, предел заводского безмена – как правило, составляет 10кг. А применение в домашних макетах таких магнитов, у которых тяговая сила в зазоре 1мм приближается к названному значению, скорее гипотетична, чем реальна. В крайнем случае, те, кто имеет возможность в домашних условиях изготовить не макет, а реальный мотор, могут воспользоваться и заводским безменом.

       Во-вторых, у заводского безмена с линейной шкалой слишком велика цена деления. По этой причине такие безмены обеспечивают высокую повторяемость результата измерения одновременно с недопустимо высокой погрешностью прочтения этого результата. Вести речь о граммах уже не приходится. А безмены для домашнего использования, имеющие круглую шкалу (и предел измерения от 10кг и более), имеют больший размер шкалы, но не обеспечивают надёжную повторяемость измерения. Впрочем, вести речь о граммах тоже не приходится.

 

       Отсюда – вывод. Хочешь иметь доверительный график зависимости сил магнитного  отталкивания, изготовь для себя безмен самостоятельно. А я в данной статье поделюсь на этот счёт своими соображениями.

 

1.    Безмен должен иметь шкалу с желаемым разрешением. Линейная шкала для этой цели едва ли подойдёт (если, конечно, не слишком выпендриваться со схемотехническими сложностями).

       Оптимальным вариантом мне представляется реечно-шестеренчатый привод индикаторной стрелки. Подобная схема применяется в заводских безменах с круглой шкалой. Но в отличие от заводских решений я советую:

-      Существенно увеличить диаметр шестерёнки. Например, до диаметра, хотя бы в 30мм (вместо 6мм).

-      Саму шкалу тоже увеличить до диаметра, хотя бы 100мм (вместо 65мм).

 

       Круглая шкала хороша ещё и тем, что на ней удобно расположить деления не по одному кругу, а по двум, из которых внутренняя шкала является продолжением внешней (возможный вариант – на рисунке 1). Благодаря такому решению можно расширить предел индицируемых значений, не слишком увеличивая диаметр шкалы. Тем более, что «лобовым» увеличением размера шкалы (её диаметра) тоже не следует слишком увлекаться. От этого увеличивается погрешность индицирования.

 

ПРИМЕЧАНИЕ

 

       Разумеется и длину рейки придётся изготовить в соответствии с требованиями.

 

       Приведённая на рисунке 1 шкала построена при помощи программы Corel Draw.

       Наилучший вариант для её изготовления – цифровая печать на глянцевой фотобумаге.

 

 

Рис. 1

 

2.    Полное растяжение пружины должно достигать не менее 1.2 от длины окружности шестерни. А для двухуровневой шкалы – и того больше. Например, для шестерни с диаметром примерно 30мм требуется, чтобы рейка, вращающая эту шестерню, имела длину примерно 110мм. Тогда общая длина безмена будет в районе 210мм. Для двухуровневой шкалы – разумеется, больше.

 

3.    Поиск пружины, выдерживающей требуемую нагрузку (например, 600гр) и способной при этом не слабо растянуться (в нашем случае примерно на 110мм), может оказаться не самым простым делом.

       Я предлагаю не совсем стандартное решение этой задачки.

       Оказывается, совсем не обязательно доставать пружину, сочетающую в себе одновременно и выбранную нагрузку, и требуемое растяжение. Достаточно выбрать только параметр «нагрузка». А требуемую величину растяжения можно обеспечить последовательным добавлением к найденной пружине любой другой пружины, выдерживающей нагрузку, не меньшую той, которую выдерживает основная пружина. Или добавить несколько дополнительных пружин. Можно даже заменить дополнительные пружины авиамодельной резинкой или даже обычной поясной.

       При наличии дополнительных пружин (хотя бы и в виде резинок или совместно с ними) нагрузка будет определяться самым слабым звеном в составленной цепочке. А общее растяжение цепочки будет равно сумме растяжений всех звеньев от действия на каждое из них той  нагрузки, которую выдерживает в конкретный момент времени самое слабое звено. При одинаковых звеньях их растяжения будут одинаковыми. В случае разнокалиберных звеньев наибольшее растяжение покажет наислабейшее звено.

       Рациональность подобного решения, конечно, сомнительна. Но, благодаря ему, появляется возможность реального достижения цели.

       Важно при этом, что с такой сборкой совсем не обязательно подгонять безмен под стандартное значение предельной нагрузки. Какая нагрузка получилась, такая она, следовательно, и требовалась!

 

4.    Указательная стрелка может быть традиционно вращающейся вместе с шестернёй при неподвижной шкале, но можно выполнить её и в виде неподвижной метки, наклеенной на корпус безмена, при вращающейся на шестерне шкале.

 

5.    Пружину (или, соответственно, сборную цепь) полезно поместить в корпус, в качестве которого можно использовать трубку, прямоугольный профиль или, наконец, весь безмен разместить на открытой плите. Но в любом варианте пружина со стороны груза должна иметь жёсткий ограничитель растяжения, а с другого конца желательно предусмотреть узел, регулирующий нулевую позицию указательной стрелки. Впрочем, без регулировки можно обойтись.

 

6.    Я, лично, и рейку, и шестерню самостоятельно выпилил при помощи надфиля. Если же подберётся готовая реечно-шестеренчатая пара – будет замечательно!

       Реечно-шестеренчатая пара должна работать как часы. Следует добиться того, чтобы при возврате безмена в исходную позицию стрелка каждый раз оказывалась на одном и том же делении шкалы.

 

ВНИМАНИЕ!

       Для безменов, рассчитанных на большой предел измерения, будет без разницы, как располагается сам безмен: горизонтально или вертикально. А для безмена, рассчитанного на малый предел (к примеру, на 300гр), положение «нуля» будет уже заметно зависеть от положения безмена, так как и рейка, и сама пружина, и крючок на пружине обладают не нулевой массой. Поэтому «ноль», выставленный для горизонтального безмена, при перемене его ориентации с горизонтальной на вертикальную покажет реальную массу внутреннего механизма.

       Из этого следует простой вывод.

       Установка «нуля» должна производиться при горизонтальном положении безмена, так как сами измерения тоже будут производиться, скорее всего, в его горизонтальной ориентации.

 

7.    Перед тарированием шкалы необходимо обеспечить себя различными разновесами. Это могут быть готовые гирьки, диски от гантелей, мешочки с заранее отвешенным содержимым (крупа, земля и тому подобный наполнитель). Опираясь на полученные метки, при помощи подходящей графической программы рисуется сама шкала, которая затем распечатывается, вырезается и аккуратно наклеивается на диск.

 

8.    Всё. После установки стрелки безмен готов к употреблению.

 

       Фотография изготовленного мною безмена представлена рисунком 2.

       Зацепом безмена служит задняя часть штифта, удерживающего на себе внутреннюю пружину. На фотографии безмен подвешен как раз за этот штифт.

       Нижний Крюк на фотографии только намечен, чтобы не отвлекать попусту внимание.

 

 

Рис. 2

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

       Перед публикацией данной статьи я сконструировал, изготовил и проверил описанный безмен. В процессе его тарирования обнаружилась нелинейность шкалы. Это, разумеется, противоречит правилам работы цилиндрических пружин, но «против фактов не попрёшь!».

       Отсюда – рекомендация.

       Не следует на этом зацикливаться. Надо просто изготовить нелинейную шкалу.

       В конце концов, данный безмен предназначен не для точного отвешивания ценностей, а для выявления соотношений между силами отталкивания магнитов в зависимости от расстояния между ними.

 


Просмотров: 6582

Комментарии к статье:

№ 570   Дмитрий   2011-06-08 12:16:15
Сейчас полно цифрофых китайских безменов и они недороги от 3-4$
а за 5-8$ вполне можно взять с калькулятором и учётом начального веса и подсветкой
и всё это в размере пачки сигарет.
№ 571   Владимир Максимович   2011-06-08 18:25:13
На №570.
     Дмитрий, сейчас в продаже имеется действительно много разных готовых безменов. НО!
1.     Понятие "недороги" сильно зависит от величины кармана. Так, например, для пенсии в 7000 рублей потратить 200 рублей на забаву, конечно, можно....
2.     Готовые безмены, как правило, не предполагают маловесный замер (например, в диапазоне до 200гр)
3.     Цифровые безмены требуют обязательного осмысления измеренной величины. В то время, как для измерения силы иногда требуется выявить не столько саму её величину, сколько изменение её от условий нагрузки. А для этого аналоговая шкала на много удобнее, нежели цифровая. Кстати, мои безмены изготавливались именно для таких целей
4.     Рубрика ПОДЕЛКИ расчитана на Читателя, которому удовольствие доставляет сам процесс изготовления. Именно по этой причине такой Человек сооружает оригинальный автомобиль вместо того, чтобы купить готовый. Который, за частую, обошёлся бы ему даже гораздо дешевле.
5.     Вам же, Дмитрий, вполне подойдёт что-нибудь фирменное!
№ 1060   hton07   2013-23-01 03:24:11
для изготовления подобного безмена идеально подходит любой манометр (в том числе и неисправные) - даже для его "потрохов", которые в принципе, не необходимы можно пидумать функциональность. А так же для установки точного нуля в любом положении нужно предусмотреть удобную возможность поворота циферблата на небольшой (или необходимый) угол
№ 1061   Владимир Максимович   2013-23-01 09:14:56
На №1060
     Коллега hton07, спасибо за внимание к моему сайту!
     Ваши соображения очень интересны. Напишите статью, а я берусь опубликовать её на сайте.

Ваще сообщение:
 

 

Добавить комментарий

[B] [I] [u] [S] [2] [2]       [TAB] [∑] [∓] [≈] [≠] [≤] [≥] [π] [×] [√]       [RED] [GRE] [BLU]

[α] [β] [Γ] [γ] [Σ] [σ] [Δ] [δ] [Ω] [ω] [μ] [Λ] [λ]