Advies
Vaak onmisbare krachtmeters die de meesten van u waarschijnlijk wel in huis hebben: de kofferweegschaal en de personenweegschaal. Beide apparaten registreren uiteraard gewichten.
Op deze pagina leest u waarom ze nog steeds worden gebruikt om krachten te meten. Ook leest u welke soorten en uitvoeringen krachtmeters er op de markt zijn, hoe ze werken en waar u op moet letten bij de aanschaf ervan.
Zoals de naam al aangeeft, meten deze krachtmeters krachten, zowel krachten tussen twee lichamen als gewichtskrachten en -koppels. Gewichtskrachten kunnen bijvoorbeeld worden gemeten als spanning of compressie - zoals bij de koffer en de personenweegschaal. In het eerste geval "trekt" de koffer aan het meetapparaat, in het tweede geval "duwt" het menselijk gewicht op de weegschaal. De resultaten van de trek- en duwmetingen worden gewoonlijk weergegeven in kilogram en gram. Deze gewone gewichtseenheden hebben echter niets direct met kracht te maken. Volgens de internationale SI-norm wordt kracht uitgedrukt in Newton (N). Een korte excursie in de natuurkunde:
Eén newton is de kracht die nodig is om één kilogram massa lineair te versnellen met een snelheid van één meter per vierkante seconde. De eenheid "meter per vierkante seconde" kan worden opgevat als de verandering in snelheid per tijd. Dit betekent bijvoorbeeld dat per seconde de snelheid van een voorwerp dat van grote hoogte valt met één meter per seconde toeneemt.
De gemiddelde zwaartekracht op aarde is ongeveer 9,81 meter per vierkante seconde. Een kilogram niet-bewegende massa oefent dus een drukkracht van ongeveer 9,81 newton uit op het aardoppervlak. Ter vergelijking: een middelgrote appel heeft een kracht van ongeveer één newton, terwijl een volwassene van 60 kilogram een kracht heeft van ongeveer 608 newton.
Deze korte uitleg is belangrijk omdat het meetbereik van krachtmeters voornamelijk in newton en niet in kilogram wordt aangegeven. Voor praktisch gebruik zijn er echter vaak dubbele schalen of - in het geval van digitale krachtmeters - een omschakelingsmogelijkheid voor het LED- of LCD-display.
Voor krachtmeting in het algemeen wordt een onderscheid gemaakt tussen analoge en digitale krachtmeters. Een typisch analoog apparaat is de veerbalans. Het bevat binnenin een stalen veer waaraan het te wegen voorwerp via een haak is bevestigd. Hoe zwaarder het voorwerp, hoe meer de veer wordt uitgerekt. Het gaat er dus om de gewichtskracht te meten. De aanwijzing geschiedt gewoonlijk door een aanwijsinstrument dat rechtstreeks op de veer is aangesloten; vaak geeft de schaal zowel de trekkracht in newton als het gewicht in kilogram aan.
In de praktijk zijn digitale krachtmeters nu veel gebruikelijker dan analoge. Zij zijn gebaseerd op de omzetting van krachten in elektrische waarden. Gangbare sensoren zijn bijvoorbeeld rekstrookjes voor trekkrachten en piëzokristallen voor drukkrachten. Spanningsmeters maken gebruik van het effect dat de weerstand van een elektrische draad toeneemt wanneer hij wordt uitgerekt, d.w.z. wanneer hij dunner wordt. Piëzo-sensoren daarentegen genereren een elektrische spanning wanneer druk wordt uitgeoefend op hun oppervlak. Beide effecten kunnen worden gebruikt voor meting via stroomafwaartse elektronica.
Het grootste voordeel van digitale krachtmeters is hun hoge resolutie en de mogelijkheid om de geregistreerde gegevens verder te verwerken. Registratie van minimum- en maximumwaarden is net zo goed mogelijk als programmeerbare alarmen bij overschrijding of onderschrijding van gedefinieerde waarden, opslag van meetgegevens of interfaces voor aansluiting op data-acquisitiesystemen. Bovendien zijn er, afhankelijk van het ontwerp, verschillende displays of LED-displays, waarvan sommige met grafische mogelijkheden.
Handkrachtmeters zijn qua ontwerp vergelijkbaar met de veerweegschaal. Ze worden gebruikt om de handdruk te registreren en te beoordelen, bijvoorbeeld voor mensen die revalideren of sporters.
Hier wordt de kracht gemeten via de twee helften van de behuizing die onder veerspanning staan. Ze worden door de testpersoon samengedrukt, de bereikte kracht wordt geregistreerd en weergegeven.
Een variant van de krachtmeter verwijst niet naar de meting van spanning of compressie, maar gebruikt de vectoriële grootheid koppel. Hiermee wordt gemeten hoeveel kracht nodig is om een last van één kilogram één meter te verplaatsen.
De internationale SI-benaming is Newtonmeter, afgekort Nm. Het is dus een meting van mechanische arbeid. Het bekendste meetinstrument voor draaimomenten is de moersleutel voor autowielen, waarmee het maximale draaimoment kan worden ingesteld.
De belangrijkste parameter is het maximaal bruikbare meetbereik. Het ligt meestal tussen één en 500.000 newton, waarbij de meeste meettoestellen tot tien of tot 500 newton gaan.
De vraag "analoog of digitaal?" hangt af van het beoogde toepassingsgebied. Indien geen bijzonder hoge eisen worden gesteld aan de meetnauwkeurigheid, zijn analoge apparaten met een ronde schaal vaak voldoende.
De grootste voordelen van een zuiver mechanische krachtmeter: de waarden kunnen snel worden afgelezen, ze zijn gemakkelijk te bedienen, robuust en goedkoop. Een nadeel is echter dat het apparaat omgedraaid moet worden om de drukkracht te meten, aangezien verreweg de meeste analoge krachtmeters alleen ontworpen zijn voor neerwaartse trekkracht.
U moet voor een digitale krachtmeter kiezen als u enerzijds nauwkeurige en duidelijk afleesbare meetwaarden nodig hebt en anderzijds een uitgebreide reeks functies voor krachtmeting. Met sommige apparaten kunt u bijvoorbeeld met één druk op de knop schakelen tussen het meten van trek- of drukkrachten. Het opnemen, opslaan en uploaden van gegevens - bijvoorbeeld via de USB- of RS-232-interface - is eenvoudig te realiseren. Sommige meettoestellen hebben ook een volgfunctie met continue meetweergave.
Op professioneel gebied moeten krachtmeters vaak regelmatig worden gekalibreerd, bijvoorbeeld volgens de ISO-norm. Daarom moet vooraf worden nagegaan of het gewenste apparaat überhaupt kan worden gekalibreerd.
FAQ – veelgestelde vragen over krachtmeters
Hoe gevoelig zijn krachtmeters voor een te hoge belasting?
Mechanische en digitale krachtmeters mogen slechts worden gebruikt tot de in het opgegeven meetbereik aangegeven maximale belasting. Zelfs een overbelasting van slechts 20 of 50 procent tijdens de meting kan onherstelbare schade veroorzaken aan zowel het meetmechanisme als het sensorsysteem. Bovendien mogen bij het verlengen van het meetpunt om veiligheidsredenen alleen de door de fabrikant aanbevolen originele accessoires voor de meting worden gebruikt. Dit geldt vooral voor hoge belastingen.
Zijn deze analoge of digitale meettoestellen ook geschikt voor langetermijnmetingen?
Krachtmeters zijn niet ontworpen of geschikt voor langdurige metingen. Dit is vooral te wijten aan de gebruikte meettechnologie: veren kunnen in de loop van het meetproces slijten, rekstrookjes kunnen scheuren of de bij piëzosensoren gebruikte drukmembranen kunnen hun flexibiliteit verliezen. Temperatuurschommelingen zouden hoe dan ook een negatief effect hebben op de geldigheid van een langetermijnmeting.