Меню

Как проводить измерения динамометром



Динамометрия: измеряем мышечную силу

Динамометрия — метод измерения силы сокращения различных мышечных групп; позволяет определить симметричность (или степень асимметрии) работы мышечной системы.

В основе работы динамометра — физический закон Гука, постулирующий, что деформация, возникающая в любом упругом теле (например, пружине), прямо пропорциональна напряжению (приложенному к указанному телу усилию).

Как компенсация силы деформации, в теле возникает противодействующая сила упругости, стремящаяся вернуть телу исходную форму и размеры.

Динамометр — (от греч. δύναμις, «сила», μετρέω — «измеряю») —
представляет собой контрольно-измерительное устройство, один из основных приборов для измерения у человека момента силы.

Динамометрия: развитие метода измерения

Самым первым прибором, использовавшимся для измерения силы, были весы. Несколько веков назад, в эпоху Ренессанса (в XVIII столетии), впервые началось совершенствование динамометров (среди изобретателей-рационализаторов в списках числятся Ренье, Томпсон и Броун). В результате, на сегодняшний день, имеется очень много разновидностей этих приборов для самых разных нужд, различающихся по функциональной принадлежности, конструкционным особенностям силового звена, предназначению. Подобная гибкость обуславливает весьма широкий диапазон измерений усилия: от нескольких сотых долей ньютонов до нескольких десятков тысяч килоньютонов.
Медицинские динамометры представляют собой специализированные приборы для определения силы, выносливости. Анализ данных, полученных от динамометров, позволяет оценить общее состоянии мышц, уровень работоспособности.

В реабилитологии динамометры помогают контролировать восстановление больного после операций, травм, перенесенных заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Как диагностический прибор, динамометр незаменим также для замеров тренировочных показателей силы мышц профессиональных спортсменов.

Для этих целей на практике применяют несколько типов динамометров:

  • кистевые динамометры показывают силу мышц-сгибателей пальцев;
  • становой динамометр — определяет «становую силу» — силу мышц-разгибателей туловища.

Динамометрия — проведение процедуры

Диагностика динамометрических показателей проводится следующим образом. Для выполнения измерений — определения сжимающей силы (так называемого «момента силы») сгибающих мышц, используется специально разработанное оборудование, определяющее силу давления пациентом на датчик. Динамометр также используется для диагностики состояния и функции рук пациентов, восстанавливающихся после травм. Авторское интервью Антона Броварника об измерении силы мышц можно прочесть здесь.

Программно-аппаратный комплекс расшифровывает показатели, в результате чего реабилитолог видит полную картину динамики лечения.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

Динамометр – чтобы измерить силу!

Принцип действия динамометра известен не очень большому количеству людей, собственно, как и сам этот прибор. Мы исправим это недоразумение, составив краткую характеристику такого инструмента. Возможно, он мог бы решить некоторые ваши задачи, а вы об этом и не догадывались!

Что же это за машина, что способна измерить силу?

Его относят к приборам, измеряющим силы или силовые моменты. Промышленные предприятия, на которых требуются силовые измерения, применяют подобные приспособления. Часто они необходимы для того, чтобы осуществить плановые поверки стендов, а также агрегатов, которые предназначены для различных испытаний. Используют их и при поверках силовых приборов, когда требуется определить силы 1 или 3 разрядов. Широко применяются данные приборы и в качестве эталонных средств по ГОСТу 8.065 и в тех работах, где нужно производить калибровку.

Первым прибором, который помогал измерить силы, были весы. Впервые их изображение появилось в печати в семнадцатом веке. В следующем столетии Сальтером было предложено для подобных целей устройство с пружиной, при помощи груза она растягивалась. Был прибор с циферблатом, там измерение выполнялось замкнутой кольцеобразной пружиной. Уже позже появились нажимы Прони и динамометры Томсона, Броуна, Межи и Геффнер-Альтенека. Последние модели усовершенствовали, и на сегодняшний день представилась возможность использовать их во многих отраслях.

Основные элементы, которые включают динамометры растяжения: силовое звено (упругий элемент) и отсчетное устройство. В силовом звене идет непосредственно измерение усилий: там происходит деформация или небольшие колебания. С их помощью и передаются сигналы на отсчетное устройство. Такими инструментами измеряются усилия в таких единицах измерения, как Ньютоны и килограмм-сила.

Итак, что измеряют динамометром, мы разобрались, теперь посмотрим, как подразделяются данные приборы по принципу действия. Они бывают механическими, которые классифицируют на пружинные и рычажные, гидравлическими и электрическими. Кроме таких прикладных задач, бывают и специфические разновидности силового прибора, например, тормозные и трансмиссионные. Теперь остановимся на каждом подробнее.

Виды силомерных инструментов – как они работают?

Механические инструменты такого вида делятся на пружинные и рычажные.

  • Ручной пружинный динамометр устроен так, что сила передается пружинам, они, в свою очередь, будут сжиматься и растягиваться, а направление уже будут создавать приложенные силы. После сжатий и растягиваний на приборе будут видны показатели. Вот они и будут основными величинами, именно их он и регистрирует.
  • В рычажных моделях деформация образуется с помощью установленного рычага.

Принцип работы гидравлического прибора основан на вымещениях измеряемой силой жидкостей из цилиндров. В конструкции имеется специальное цилиндрическое устройство, заполненное жидкостью. Когда на приспособлении создается усилие, то жидкость подступает к трубке и затем к аппарату, который записывает и регистрирует показатели. Таким нехитрым законом физики получилось создать довольно точный прибор.

А что же что измеряется динамометром электрического типа? Приборы такого вида состоят из датчиков, с их помощью преобразуется деформация от воздействий сил в электрические сигналы. Также имеются и дополнительные датчики, они усиливают и записывают электрические сигналы от первых датчиков. Если необходимо преобразовывать силы или силовые моменты в деформацию, то нужно пользоваться индуктивными, пьезоэлектрическими, тензорезисторными и вибрационно-частотными датчиками сопротивлений.

Когда будет создаваться силовой момент, то датчик тут же будет деформироваться, а токи моста сопротивлений будут меняться. У электрических сигналов силы всегда пропорциональны деформациям элементов, а значит, и силам воздействий. При помощи второго датчика будет усиливаться сигнал, а показатели будут записываться для следующей обработки.

Читайте также:  Приборы для измерения напряженно деформированного состояния

Принцип работы тормозного измерителя силы основан на поглощении мощностей обследуемых агрегатов. Приборы такого типа отличаются конструктивными решениями, то есть могут быть установлены в тормоза разных видов. Это могут быть гидравлические тормоза Прони или электромагнитные, а с помощью двигателей определяется мощность. Во время работы происходит воздействие на вал, и вращательными усилиями или крутящими моментами происходит измерение прибором. Наиболее часто измеряется скорость вращений валов при помощи тахометра.

Результаты измерений сопоставляются, находится входная и выходная мощности прибора. При помощи гидравлического тормоза есть возможность измерить мощность на агрегатах с высокими оборотами.

В приборах трансмиссионного типа установлено устройство – тензодатчик. Он тесно связан с приводным валом, с его же помощью происходит и измерение деформаций кручений. Деформации меняют электрические сопротивления на тензодатчике. Наиболее часто такими приборами пользуются на судовых двигателях.

Почему не каждый слышал про динамометр?

Почему мы редко слышим об использовании этого приспособления? На самом деле, это очень специфический прибор, и сферы его применения не так доступны. Например, инструменты для замера силы широко применяются там, где необходимо измерять требуемую мощность для сжатия створок. Это почти все автоматически закрывающиеся системы. Работу таких приборов можно увидеть в дверях трамваев или автобусов. Под контролем такого приспособления открываются двери в вагонах поездов, метро, грузовых и пассажирских лифтов, гаражных ворот, автомобильных окон, сдвигающихся люков на крыше…

Если вспомнить некоторые случаи из жизни, то можно представить и различные травмы от таких дверей. Поэтому при разработке любых конструкций с такими приборами созданы специальные нормы и правила, не только связанные с установками, но и с их пользованием. При разработке рассчитываются все необходимые значения сил сжатий, особенно если это закрывающиеся системы. Производители учитывают все показатели при конструировании подобных механизмов.

Как развивается этот прибор сегодня?

Современная промышленность не останавливается на достигнутом. Появления таких приборов в жизни людей позволили создавать много полезных устройств, которые облегчают жизнь. Производители в своей работе используют новые открытия, новые технологии. Постепенно старые модели уходят из обихода и появляются новые, более удобные. Так, на сегодняшний день вместо привычных механических все больше используются электронные силомеры. Они отличаются составляющими элементами.

Устройство электронных приборов содержит тензодатчик, то есть силовой датчик, измерительные индикаторы и соединительные провода или радиоканалы. Принцип работы такого вида прибора основан на измерении деформаций тензометрическим датчиком за счет воздействий прикладываемых сил. В процессе работы образуется электрический сигнал, полностью прямо пропорциональный сообщенной деформации. Полученные показатели и являются силовыми величинами.

В настоящее время именно такими приборами пользуются во многих промышленных отраслях для поверок испытательных машин, либо стендов. Поэтому производители стараются выпускать чаще такие приборы, предназначение которых – определять не только изменяющиеся, но и статические силы растяжений и сжатий. Последняя модель измерительного прибора СИУ2 и СИУ работает именно с помощью инструмента сжатий. Их применение наиболее востребовано на предприятиях, где необходимо проводить проверки испытательных конструкций.

Источник

Афонин А. и др. Что покажет динамометр? // Квант

Сегодня мы подробно расскажем вам о том, что измеряет динамометр, и какие разновидности данного прибора существуют. Но прежде чем ответить на эти и другие вопросы, необходимо разобраться, что же подразумевает под собой термин «динамометрия». Как известно, это слово образовалось от двух греческих: metron, то есть, мера, и dynamis — сила.

Следует отметить, что эта единица измерения особенно часто применяется в антропометрии, антропологии, в невропатологии, во время профессионального отбора, изучения воинских контингентов, утомления и проч.

Общая информация

Итак, как уже было сказано ранее, с помощью динамометра измеряется определенная сила. В общем же принцип работы этого прибора основан на одном из известных законов физики, согласно которому возникающая при сжатии пружины деформация находится в прямой зависимости от приложенной к ней внешней нагрузке. Этот закон назван в честь английского ученого Гука, жившего в XVII столетии.

Обозначим простейший динамометр. Что такое этот прибор по своей сути? Это совокупность силового и считывающего устройств, которые надежно работают в паре и предоставляют информацию своему пользователю.

Тонкости вычислений

Поскольку абсолютные показатели получать довольно-таки проблематично, то внимание стоит обращать на величину относительной силы. Ее рассчитывают методом умножения полученного результата на 100, с последующим делением произведения на вес тестируемого человека.

Для здоровых людей, не увлекающихся спортом, нормальными считаются следующие индексы:

  • для женщин: кистевой индекс 45-50, становой 200;
  • для мужчин: кистевой 60-70, становой 230.

Отклонения в меньшую сторону свидетельствуют о физической слабости, вызванной болезнью или пассивным образом жизни. Отклонения в большую сторону свидетельствуют об отменном состоянии мышц опорно-двигательного аппарата и характерны для тех, кто не пренебрегает физическими нагрузками.

При проведении измерения динамометром следует помнить о некоторых нюансах, влияющих на конечный результат. За исключением возраста и состояния здоровья на итоговые значения, полученные в процессе замера силы, влияют так же общее психологическое состояние и время суток.

Так, замечено, что наилучшие результаты достигаются при проведении измерения силы в середине дня (утром и вечером значения ниже), а при психологической подавленности (стресс, усталость) показатели снижаются.

Читайте также:  Как измерить постоянную больцмана

Поэтому, если измерения силы с помощью динамометра проводятся с целью проверки прогресса, то лучше всего их проводить в одно и то же время суток.

Определение и принцип работы

Собственно говоря, динамометр — это контрольно-измерительный аппарат, широко применяемый в медицине с целью проведения замеров у людей силы сжатия или растяжения. Деформация силового звена происходит за счет приложения усилия со стороны пользователя. При помощи электрического или механического сигнала она передается на вычислительное устройство, которое может быть как цифровым, так и аналоговым. В качестве основной единицы измерения у динамометра является Ньютон — международно принятый показатель силы. Отличительной особенностью прибора является то, что человек самостоятельно, без привлечения помощи со стороны, может определить свою силу. Чаще всего показания динамометра требуется в медицинских целях, чтобы определить крепость мышц пациентов.

Факторы, которые, так или иначе, влияют на силовые показатели

В процессе оценки силы мускулатуры для самоконтроля, не стоит забывать, что она напрямую зависит от таких индивидуальных факторов, как:

  1. Возраст человека.
  2. Половая принадлежность.
  3. Вес тела спортсмена.
  4. Виды тренирующих воздействий.
  5. Степень утомления и др.

Кроме того, показатели мышечной силы могут значительно изменяться в течение всех суток. К примеру, наименьшая величина наблюдается в утреннее и вечернее время, а наибольшая — в самом разгаре дня, то есть в середине.

Также стоит отметить, что существенное понижение у спортсмена или обычного человека часто отмечается во время:

  • общего недомогания;
  • каких-либо заболеваний;
  • нарушений режима дня и питания;
  • эмоциональных расстройств или при негативном настроении и проч.

Помимо всего прочего, значения на динамометре могут быть понижены у людей пожилого возраста, а также у тех, кому за 40-50 лет. Аналогичная ситуация часто наблюдается у мужчин или женщин, довольно редко занимающихся физической культурой, в том числе обычной гимнастикой, ходьбой и проч.

Разновидности контрольно-измерительных устройств

Как мы уже говорили, с помощью динамометра можно проводить замеры людской силы. При этом эта техника бывает следующих видов:

  • Механические аппараты. Каждый из них может быть как рычажным, так и пружинным. Некоторые приборы состоят из двух измерительных устройств. Пружина динамометра является именно тем элементом, через который и передается усилие путем сжатия или растягивания. Важно заметить, что показатель упругой деформации при этом абсолютно пропорционален силе воздействия. Что касается рычажного динамометра, то он работает благодаря деформации данного элемента за счет силы человека, которая, кстати, обязательно регистрируется. Самым простейшим аппаратом пружинного класса, работающим на растяжение, является конструкция, широко известная в народе, как «безмен». Это часто используемый инструмент среди механиков и автомобилистов, под названием динамометрический ключ.
  • Гидравлический. Данный аппарат работает по принципу вымещения жидкости из специального цилиндра давлением измеряемой силы. Когда она испытывает вытеснение, то протекает к записывающему звену по особой трубке, где ее объем регистрируется. Гидродинамометры, хотя и гораздо более точные в своей работе, нежели механические аналоги, но вместе с тем более сложные в изготовлении. Это проявляется в том, что даже малейшая разгерметизация или же неправильная дозировка жидкости непременно приведет к нарушению точности прибора в целом.

Описание прибора

Второе название этого агрегата – силомер. Он представляет собой контрольно-измерительный прибор, который предназначен для измерения силы в Ньютонах (Н). Конструкция стандартного оборудования проста и состоит из двух основных элементов: силового звена и отсчетного элемента. Принцип работы такого механизма основывается на том, что усилие, осуществляемое силовым устройством, производит определенную деформацию, которая дальше передается на отсчетный датчик и выводится в качестве результата измерения.
Данное приспособление знакомо даже человеку далекому от производственного процесса. Его можно было видеть в школе на уроках физики, в больнице при измерении силы и уровня работоспособности человека. Довольно часто их применяют в быту для определения усилия дверей, которые работают автоматически.

Разновидностей силомеров существует много. В первую очередь они отличаются функциональной принадлежностью, конструкцией, принципом действия и диапазоном измерения силы.

Первыми приборами для измерения силы стали весы, первое изображение которых было напечатано в 1726 году. Около 1830 года Сальтер предложил более удобное устройство: для измерения силы в нём использовалась пружина, которая растягивалась грузом. Ещё раньше Ренье изобрёл динамометр с циферблатом, в которoм использовалась кольцеобразно замкнутая пружина. Более поздними изобретениями являются нажим Прони и динамометры Томсона, Геффнер-Альтенека, Броуна и Межи[1].

Самый точный экземпляр

Динамометр с грузом может быть и электрическим. Этот аппарат имеет в своей конструкции датчик, трансформирующий деформацию от воздействия силы в электрический сигнал. Также в наличии имеется вспомогательный вспомогательное фиксирующее звено. За счет него сигнал от первого датчика значительно усиливается и регистрируется в оперативной памяти устройства. Все они могут быть индуктивными, пьезоэлектрическими, вибрационно-частотными, тензорезистивными.

Суть измерений этими динамометрами заключается в том, что датчик под воздействием внешней силы деформируется, сопротивление в этом месте растет, а это, в свою очередь, приводит к изменению силы тока, которая уже напрямую зависит от мощности воздействия. Укажем, что именно электрические динамометры является на сегодняшний день самыми современными и высокоточными, обладающими малыми собственными габаритами и весом.

Определение становой силы

Вычислив мощь кистей рук, можно проверить и результаты в таком базовом упражнении, как становая тяга. Именно в этом движении будут видны все силовые качества человека. Это связано с тем, что при таком упражнении у спортсмена задействуются все основные мышцы тела.

Читайте также:  Единица измерения литр килограмм

Чтобы осуществить такой замер, необходимо использовать специальный прибор, который внешне очень схож с обычным ножным эспандером. Он состоит из рукоятки для рук и подножки для ног. Однако вместо пружин данное приспособление имеет трос со своеобразным посередине.

Задача испытуемого заключается в том, чтобы потянуть рукоятки на себя с максимально возможной силой. Для того чтобы определить необходимые значения, следует аналогичным образом, как и в случае с ручным медицинским прибором, рассчитать относительную величину становой тяги. Ее результаты можно интерпретировать следующим образом:

  • меньше 170% — низкая;
  • от 170% до 200% — ниже средней;
  • от 200% до 230% — средняя;
  • от 230% до 250% — выше средней;
  • больше 260% — высокая.

Если в процессе тренировок у спортсмена значительно увеличиваются показатели относительной силы, то это свидетельствует о существенном повышении мышечной силы и, соответственно, о процентном росте содержания самой мышечной массы.

Классификация

Мы изучили в целом, что такое динамометр в зависимости от назначения? Он может быть образцовым и медицинским.

Первые является эталонными приборами, основное предназначение которых заключается в измерении сил сжатия и растяжения статического характера во время ремонта и проверки рабочих стендов, а также испытательных машин. По своей конструкции эти динамометры состоят из тензодатчика силы, который сопряжен с цифровым измерителем.

Зачастую образцовые аппараты очень мало зависят от температуры и влажности окружающей среды, укомплектованы средствами самодиагностики и автоматической компенсацией искажения от воздействия с боков. Приборы долговечны, с малыми габаритами и отличаются высокой точностью. Образцовые динамометры имеют цифровые индикаторы. У них очень удобный для пользователей интерфейс и есть возможность подсоединиться к персональному компьютеру.

Особое внимание уделим медицинским динамометрам. Благодаря им можно определить показатели силы, выносливости, уровня работоспособности человека. Эти аппараты дают отличную возможность диагностировать состояние мышечной системы пациентов и отслеживать их восстановление после различных травм.

Примеры повседневного использования

В повседневной жизни прибор используется для измерения силы сжатия створок автоматически закрывающихся систем, таких как двери автобусов, трамваев, вагонов поездов, метро, а также двери пассажирских и грузовых лифтов, гаражные ворота, автомобильные окна, сдвигающиеся люки на крыше и так далее. Так как все эти системы могут в случае неправильной юстировки стать причиной травм, разработаны и внедрены технические нормы, определяющие предельные значения сил сжатия в закрывающихся системах.

Виды медицинских динамометров

Что такое динамометр кистевой. Это особо точный диагностический прибор, который служит для вычисления сжимающей силы рук человека. Этот агрегат позволяет тестировать уроки людей. Помимо медицины, кистевой динамометр применяется для тестирования кандидатов, поступающих на службу в различные силовые структуры и правоохранительные органы. Кроме того, экземпляры активно задействованы в среде профессиональных спортсменов и фитнес-центрах. Заметим, что описываемые приборы могут быть и механическими, и электронными.

Второй тип аппарата – становой динамометр. С помощью этого прибора измеряют группы мышц, выпрямляющих корпус человека. Аппарат способствует облегчению диагностики общей работоспособности обследуемого. По своему внешнему виду этот динамометр напоминает ножной эспандер и имеет следующие основные элементы:

  • измерительный;
  • считывающее устройство;
  • подставку под ноги;
  • трос с датчиком;
  • рукоятку.

Для чего необходимо знать силовые показатели?

Далеко не все знают, как и что измеряет динамометр. Однако такой медицинский прибор довольно хорошо помогает тем, кто регулярно занимается спортом. Ведь систематические самонаблюдения позволяют человеку творчески относиться к своим ежедневным тренировкам и здоровому образу жизни в общем. Зная показатели собственной мышечной силы, спортсмен способен эффективно и рационально использовать физическую культуру для укрепления иммунитета и сохранения здоровья, а также для повышения работоспособности и даже профессионального роста.

Технические характеристики

К динамометру подвешен груз – многие так себе представляют функциональность этого аппарата. Однако на практике в большинстве случаев этот прибор работает благодаря силе рук человека. Наиболее часто используются динамометры серии ДК. В числе их основных параметров значатся:

  • Диапазон измерений – от 3 до 140 даН.
  • Предел допустимой погрешности – от 0,75 до 4 даН.
  • Цена деления прибора – от 0,5 до 2 даН.
  • Масса – от 170 до 250 грамм.

Что касается электронных кистевых экземпляров, то их характеристики таковы:

  • Максимальный предел измерений – до 120 даН.
  • Минимальный предел измерений – 2 даН.
  • Дискретность измерений – 0,5 даН.
  • Время отключения прибора в случае отсутствия эксплуатации – через 1 минуту.
  • Автономная установка нуля – есть.
  • Температура эксплуатации – от +10 до +35 градусов по Цельсию.

Становые динамометры производятся со следующими показателями:

  • Предел измерений – до 500 даН.
  • Цены шкалы – от 2 до 5 даН.

Примечательно, что эти приборы позволяют на ранней стадии диагностировать у детей и подростков проблемы с позвоночником и осанкой.

Маркировка

Человеку, знающему, какие есть динамометры, выбрать нужный легко. Для тех же, кто сталкивается с необходимостью приобретения впервые, будет полезным умение читать двухкомпонентную маркировку динамометров.

Первая часть маркировки состоит из буквенной аббревиатуры, расшифровав которую можно узнать о его назначении. Среди линеек динамометров российских производителей наиболее распространены: ДК (динамометр кистевой), ДМЭР (динамометр электронный ручной) и ДС (динамометр становой).

Вторая часть маркировки – цифровое обозначение. Это верхняя граница диапазона измерений силы динамометром. Так, например, ДМЭР-120 позволяет проводить измерения силы до 120 даН (12000 ньютон).

Источник