STUDIUL MIJLOACELOR DE MASURARE A MARIMILOR MECANICE
ARGUMENT
Msurarea este definit ca ansamblul de procedee prin care putem
obine o informaie cantitativ asupra unei mrimi fizice. Msurarea
reprezint activitatea metrologic prin care mrimea de msurat al crui
purttor se va numi msurnd este comparat cu unitatea de msur
magazinat ntr-un mijloc de msurare n scopul stabilirii raportului
dintre mrimea de msurat i unitatea de msura aleas.Metodele i
conveniile care asigur definiiile, evaluarea i exprimarea
rezultatelor unei msurri, unitile i erorile de msurare sunt parte
integrant a limbajului comun, universal, denumit metrologie.Ca tiin
a msurarii, metrologia garanteaz c se poate acorda ncredere
msurrilor care susin activitile de fabricare i schimburi de
produse, analizele specifice fenomenelor chimice i fizice,
diagnosticul medical, expertiza juridic, tranzaciile fiscale i
comerciale, definirea i controlul regulilor de securitate, etc.Se
poate spune c metrologia face parte din infrastructura ascuns,
invizibil, pe care se sprijin societatea i are un rol important n
toate activitile tehnice, n particular n industrie i n tranzaciile
comercialen Romnia, Biroul Romn de Metrologie Legal (BRML) este
organismul central de coordonare metrologic, avnd rolul de a impune
aplicarea legii n domeniul msurrilor i de a exercita o aciune
continu n direcia progresului i promovrii metrologiein anul 1955, a
fost nfiinat un for internaional - Organizaia Internaional de
Metrologie Legal (OIML) - din care face parte i Romnia ca membru
fondator. Activitatea sa urmrete stabilirea principiilor generale
ale metrologiei legale, crearea unei documentaii internaionale,
studierea problemelor legislative, stabilirea proiectelor de legi i
a organizrii n domeniul metrologiei pe plan internaional.Sistemul
internaional de uniti(pe scurtSistemul Internaional) este
unsistemdeuniti de msuri este forma modern asistemului metric
(MKS). Abrevierea n toate limbile esteSI(potrivit prescurtrii
franceze:Systmeinternational d'units), indiferent de cum se numete
sistemul ntr-o anumit limb.Sistemul international conine apte uniti
fundamentale: metrul, kilogramul, secunda, amperul, kelvinul, molul
i candela.Din cele apte uniti de msur fundamentale se pot deriva un
numr nelimitat deuniti derivate, care pot acoperi tot domeniul
fenomenelor fizice cunoscute. Unitile SI derivate suntcoerente,
adic la derivarea lor nu trebuie folosit niciun factor de scar.
Unitile SI pot fi folosite i mpreun cu uniti ale altor sisteme, ns
se pierde principalul avantaj, coerena.Pentru definirea unitilor
fundamentale ale SI se folosesc fenomene fizice reproductibile.
Doar kilogramul este nc definit printr-un obiect material
degradabil. n prezent se fac cercetri pentru a nlocui i aceast
definiie printr-una bazat pe un fenomen fizic. Rezultatul ar putea
fi c kilogramul i-ar putea pierde statutul de unitate fundamental n
favoarea altei uniti. Asta deoarece unitile fundamentale trebuie s
poat permite msurarea tuturor mrimilor fizice fr definiii
redundante, ns alegerea propriu-zis a acestor uniti (actual unitile
de lungime, mas, timp, curent electric, temperatur, intensitate
luminoas i cantitate de substan) este arbitrar. De asemenea, numrul
unitilor fundamentale ale SI este arbitrar. Caracterul arbitrar al
acestui numr este reflectat de adoptarea ca uniti fundamentale a
unitilor pentru cantitatea de substan i intensitatea luminoas.
Acestea nu sunt independente dimensional de celelalte uniti
fundamentale spre deosebire de celelalte cinci uniti fundamentale
care se consider prin definiie a fi independente
dimensional.Sistemul internaional este sistemul de uniti de msur
legal nRomnia. n cazuri justificate este admis folosirea n paralel
i a altor uniti de msur, adoptate prin lege.
CAPITOLUL IPROCESUL DE MSURARE
Intr-un proces de masurare se porneste de la marimea de masurat,
care constituie obiectul masurarii. Apoi se stabileste cu ce se va
executa masurarea si cum se va face aceasta. Avand in vedere cele
de mai sus putem spune ca in procesul de masurare intervin
urmatoarele elemente:1. Obiectul masurarii (ce se masoara?);1.
Mijloacele de masurare (cu ce se masoara?);1. Metodele de masurare
(cum se masoara?). 0. MIJLOACE DE MSURARE Mijloacele de masurare
reprezinta totalitatea mijloacelor tehnice utilizate in procesul de
masurare.1. In functie de complexitatea lor, mijloacele de masurare
se impart in: masuri; aparate de masurat; instalatii de masurare.
Masura este materializarea unitatii de masura sau a unui multiplu
sau submultiplu al acesteia. Aparatul de masurat este un sistem
tehnic care permite determinarea cantitativa a marimilor ce se
masoara. Instalatia de masurat este un ansamblu de aparate si
masuri conectate intre ele dupa o anumita schema, in scopul
efectuarii unor masurari.1. Dupa precizia lor, mijloacele de
masurare se impart in: mijloace de masurare etalon sau etaloane
mijloace de masurare de lucru. Mijloace de masurat etalon sunt cele
mai precise mijloace de masurare. Ele servesc la definirea,
materializarea, conservarea sau reproducerea unitatii catre alte
mijloace de masurare. La randul lor, etaloanele sunt de mai multe
categorii etalon primar- etalonul care intruneste cele mai ridicate
calitati metrologice. In unele cazuri, etaloanele pot deveni
etaloane internationale sau etaloane nationale. Etaloanele
internationale sunt recunoscute prin acorduri internationale, iar
etaloanele nationale sunt atestate printr-o decizie oficiala a unei
tari si constituie baza metrologica a tarii respective; etaloane
secundare. Transmiterea unitatii de masura se realizeaza pornind de
la etalonul national, care este si etalon primar; cu ajutorul unor
instalatii si metode adecvate, se etaloneaza etaloanele secundare
de ordinul I, de la care, prin mijloace tehnice similare, unitatea
de masura se transmite la etaloanele secundare de ordinul II
s.a.m.d; etalon de lucru- etalonul a carui valoare este atribuita
prin comparatie cu un etalon secundar si care serveste la
verificarea mijloacelor de masurare de lucru. Mijloacele de
masurare de lucru sunt cele sunt cele care se executa masurarile
cerute de practica. 0. METODE DE MSURAREBaza stiintifica a
realizarii unei masuri (legiale fizicii, efecte) o constituie
principiul de masurare. Metoda de masurare cuprinde ansamblul de
relatii teoretice si operatii practice folosite la efectuarea
masurarii pe baza unui principiu dat.Marea diversitate a marimilor
de masurat, precum si mijloacele si scopurile diverse in care se
efectueaza masurarile, au condus la elaborarea unor numeroase
metode de masurare. Metodele de masurare reprezinta ansamblul de
procedee folosite pentru obtinerea informatiei de masurare. Ele
arata cum se executa masurarile. Dupa modul in care se obtine
rezultatul masurarii, metodele de masurare si impart in metode
indirecte si metode directe.
1.2.1 Metode de masurare indirecteMetodele de masurare indirecte
sunt acele metode in care se masoara alte marimi, iar valoarea
marimii de masurat se obtine prin calcul (de exemplu, masurarea
rezistentelor prin metoda ampermetrului si voltmetrului).
1.2.2 Metode de masurare directeMetodele de masurare directe
sunt acele metode in care se masoara nemijlocit marimea de masurat.
Metodele directe pot fi cu citire directa sau de comparatie.1.
Citirea directa se foloseste in cazul aparatelor care au scara
gradata direct in unitati ale marimii de masurat.1. Metode de
comparatie pot fi: metode de substitutie, metode diferentiale,
metode de zero si altele.Metoda de substitutie consta in inlocuirea
marimii de masurat Ax, existenta intr-o anumita instalatie de
masurare, cu o marime cunoscuta si variabila A0, care se modifica
pana cand indicatiile aparatelor de masurat vor indica aceleasi ca
si in cazul cand in instalatie se afla marimea Ax. In acest caz, Ax
= A0.Metoda de zero se bazeaza pe actiunea simultana, dar de sens
contrar, a marimii de comparatie si a marimii de masurat asupra
unui aparat detector de nul. Marimea de comparatie se variaza pana
cand detectorul de nul indica zero. In acest caz, valoarea marimii
de masurat este data de valoarea marimii de comparatie. Operatia de
masurare are caracterul unui proces de reglaj in bucla inchisa,
ceea ce asigura metodei o precizie ridicata. Metoda de zero se
foloseste la masurarea tensiunilor electrice cu condensatoarele si
la masurarea marimilor electrice cu puntile echilibrate.Metoda
diferentiala se caracterizeaza prin aceea ca aparatul de masurat
masoara diferenta Ax A0 = A, unde Ax este marimea de masurat, iar
A0 o marime de aceeasi natura cu Ax, dar cunoscuta cu o anumita
precizie. Precizia masurarii este cu atatmai mare cu cat diferenta
A este mai mica.
0. ERORI DE MASURARE
1.3.1 DefinitiiOrice marime care se masoara are o valoare a sa
adevarata X, dar oricat de ingrijit s-ar efectua masurarea,
folosind cele mai perfectionate mijloace si metode de masurare,
niciodata nu se va cunoaste valoarea adevarata. De aceea se spune
ca ea este inaccesibila masurarilor. Rerultatul obtinut prin
masurare poate sa difere mai mult sau mai putin de valoarea
adevarata.1. Eroarea absoluta. Deoarece valoarea adevarata nu poate
fi cunoscuta, pentru aprecierea calitatii unei masurari se compara
valoarea masurata Xm cu o valoare de referinta X0, obtinuta prin
masurari efectuate cu metodele si mijloacele de masurare cele mai
precise. In acest caz, se poate considera eroarea absoluta de
masurare ca fiind:
=Xm X0
Eroarea absoluta se exprima in aceleasi unitati de masura ca si
marimea de masurat si poate fi pozitiva sau negativa dupa cum Xm
este mai mare sau mai mic decat X0. Eroarea absoluta arata cu cat
s-a gresit in cadrul unei masurari fata de valoarea de referinta,
dar nu da direct nici o informatie utila asupra gradului de
precizie al masurarii.1. Eroarea relativa. Pentru a aprecia
precizia unei masurari, trebuie sa se compare valoarea absoluta cu
valoarea marimii masurate. In acest scop, se defineste eroarea
relativa, care reprezinta raportul intre eroarea de masurat
absoluta si valoarea de referinta:
Eroarea relativa este un numar fara dimensiuni si se exprima, de
obicei, in procente.
1.3.2 Clasificarea erorilor
1. Dupa cauza care le produce, erorile se impart in eerori
subiective si erori obiective. Erorile subiective sunt datorate
operatorului, depinzand de atentia, indemanarea si starea organelor
sale de perceptie. Erorile obiective sunt cele care se datoreaza
imperfectiunii aparatelor de masurat, influentelor diferitilor
factori extern sau metodei insuficient de exacte.1. Din punctul de
vedere al caracterului lor, erorile pot fi sistematice, aleatoare
sau intamplatoare si grave. Erorile sistematice sunt acele erori
care intervin cu aceleasi valori ori de cate ori se repeta
masurarea in conditii identice. Ele se pot datora imperfectiunilor
de constructie si de etaloane ale aparatelor de masurat,
influentelor controlabile ale mediului sau metodei care se
foloseste. Aceste erori se pot determina si se poate tine seama de
ele aplicand corectia. Corectia este egala cu eroarea absoluta de
masurare, considerata cu semn schimbat. Ea se adauga la rezultatul
masurarii pentru a obtine o valoare mai apropiata de cea adevarata.
Erori aleatoare (intamplatoare) sunt acele erori care intervin cu
valori si semne diferite cand masurarea se repeta. Aceste erori se
pot datora fluctuatiilor de indicatie ale aparatelor (din cauza
frecarii, uzurii unor piese), influentelor necontrolabile ale
mediului sau operatorului.Pentru a micsora influenta erorilor
intamplatoare asupra rezultatului masurarii, se recomanda sa se
repete de mai multe ori masurarea marimii respective si sa se faca
media aritmetica a valorilor obtinute. Astfel, daca pentru
determinarea unei marimi au fost executate n masuri in urma carora
s-au gasit valorile x1,x2...xm, valoarea cea mai probabila a
marimii masurate este:
Erori grave sau gerseli sunt acele erori care intervin cu valori
foarte mari. Ele se pot datora folosirii aparatelor defecte,
alegerii necorespunzatoare a aparatelor sau a metodelor, calculelor
gresite sau neatentiei operatorului. Greselile trebuie evitate si,
pentru a le putea evita, trebuie sa se cunoasca foarte bine
aparatele de masurare, precum si instalatiile, echipamentele sau
aparatele asupra carora se fac masurari.
CAPITOLUL IIMSURAREA MRIMILOR CINEMATICE
2.1. Msurarea vitezei Viteza liniar este o mrime vectorial care
caracterizeaz micarea unui punct material n raport cu un sistem de
referin. Ea este rezultatul raportului dintre distana parcurs i
timpul necesar parcursului:
Dimensional: [v]=LT-1In SI, viteza liniar se msoar n m/s.
Msurarea vitezei de deplasare a vehiculelorSe realizeaz cu
vitezometrul cu kilometraj (Fig. 1). Acesta este un mijloc de
msurare instalat pe bordul autovehiculelor, pentru indicarea
vitezei i a distanei parcurse. n aceeai carcas sunt montate dou
aparate: vitezometrul, pentru indicarea vitezei orare, i
kilometrajul, pentru indicarea distanei parcurse.Msurarea se face
prin legarea celor dou aparate prin intermediul unui cablu
flexibil, care transmite micarea de la cutia de viteze la axul de
antrenare al aparatului.Unitatea de msur pentru viteza unghiular
este rad/s.Mijloacele pentru msurarea vitezei de rotaie se numesc
tahometre. Ele pot fi portabile i de banc. Din punctul de vedere al
principiului de funcionare, tahometrele pot fi mecanice i
electrice.2.1.1. Tahometrele mecanice sunt, n general, portabile.
Ele pot fi:- cu dispozitiv centrifugal;- cu dispozitiv cronometric;
- vibratoare;- hidrocentrifugale;- pneumatice.Tahometrele mecanice
cu dispozitiv centrifugal sunt caracterizate de o precizie sczut,
care nu depete valoarea de 2%. Ele sunt prevzute cu o cutie de
viteze, ceea ce d posibilitatea utilizrii aceluiai tahometru n mai
multe domenii de msurare.Tahometrele cu dispozitiv centrifugal
lucreaz pe baza creterii forei centrifuge cu ptratul turaiei
maselor n rotaie. Un astfel de tahometru este prezentat la
vitezometrul cu kilometraj de la automobile.
Mijloace pentru msurarea vitezei de rotaie. La micarea de
rotaie, viteza unghiular a unui punct material este definit de
relaia:
unde:
- este viteza unghiular;
- este unghiul corespunztor arcului de cerc parcurs;- t este
timpul necesar parcursului.
Fig. 1. Tahometru cu dispozitiv centrifugal:1 - ax de antrenare;
2 - prghie; 3 - greuti; 4 - pies mobil; 5 - ghidaj; 6 - prghii;7 -
sector dinat; 8 - pinion; 9 ac indicator;10 - scar gradat.Axul de
antrenare 1 primete micarea de la axul cruia i msurm turaia.
Micarea de rotaie se transmite apoi prin intermediul prghiilor 2,
care au greuti la capete, la piesa mobil ce culiseaz ntr-un ghidaj
(care are rolul de a transforma micarea de rotaie n micare de
translaie). De la acest ghidaj, prin intermediul prghiei 6, micarea
trece n zona mecanismului de prelucrare a semnalului, n scopul
afirii mrimii msurate.Domeniul de msurare al tahometrelor cu
dispozitiv centrifugal este cuprins ntre 30 min1 i 48 000 min -1
(uniti de turaie).Cunoscnd turaia, se poate afla viteza unghiular,
folosind formula:
rad /secTahometrele mecanice cu dispozitiv cronometric sunt
tahometrele mecanice care au montat n plus un contor de rotaii i un
cronometru. Acestea sunt montate astfel nct s poat fi pornite
simultan, prin schimbarea poziiei axului de antrenare la pornirea
tahometrului.Valoarea turaiei se obine mprind indicaiile contorului
(care reprezint numrul rotaiilor) la valoarea indicaiilor
cronometrului (care reprezint numrul unitilor de timp
considerate).
2.1.2. Tahogeneratoarele electrice sunt mijloace de msurare
pentru viteza de rotaie. Ele pot fi:- generatoare;- cu cureni
Foucault; - cu impulsuri;- stroboscopice.
Tahometrele generatoare sunt mijloace de msurare care folosesc
principiul induciei electromagnetice i care transform viteza de
rotaie ntr-o tensiune care poate fi msurat cu ajutorul unui
voltmetru.Ele pot funciona n curent continuu sau n curent
alternativ. Tahometrul care funcioneaz n curent continuu este
dinamul cu colector, la care excitaia este dat de un magnet
permanent.Fora electromotoare care se produce este proporional cu
turaia. Msurarea efectiv se face cu un voltmetru a crui scar gradat
este divizat n rotaii pe minut.Acest tip de tahometru este sensibil
la variaiile de temperatur, care pot produce variaii ale induciei
magnetice.Tahometrele generatoare de curent alternativ (Fig. 2)
sunt construite pe principiul alternatoarelor. Ele au excitaia
constant, realizat cu un magnet permanent.Acest tip de tahometru
este folosit pentru msurarea vitezei de rotaie pn la 3000 rot/min,
caz n care magnetul permanent este fix i nfurarea indus este
rotativ.Cnd magnetul permanent este rotativ i nfurarea indus este
fix, aparatul msoar peste 3000 rot/min.
Fig. 2. Tahogenerator de curent alternativTahometrele
stroboscopice folosesc stroboscopul (Fig. 3), care este o lamp
electronic de tip fulger, care produce impulsuri luminoase cu
frecven ce poate fi reglat. Stroboscopul se bazeaz pe faptul c
ochiul vede sistemul rotitor n repaus atunci cnd frecvena
impulsurilor este egal cu frecvena de rotaie. Stroboscopul cu
obturare mecanic se compune dintr-un disc cu fante i un tahometru
cu ajutorul cruia se citete viteza de rotaie a arborelui cu
disc.
Fig. 3. Msurarea stroboscopic a turaiei
2.2. Msurarea acceleraiei
Din relaia de definiie a forei ca mrime fizic
variabil,F=ma,rezult c aceasta depinde de masa i de acceleraia
obiectului care se studiaz. Aparatele care msoar acceleraia unui
obiect n micare sunt denumite accelerometre. Partea cea mai
important din construcia acestor aparate o reprezint captorul
(traductorul).Captorii pentru msurarea parametrilor unei vibraii
sunt de dou feluri: cu punct fix (cvasistatic, care msoar micarea
vibratorie n raport cu un element mobil; seismici, care funcioneaz
pe principiul unui sistem oscilant format dintr-o mas, un element
elastic i un amortizor.n principiu, un captor pentru msurarea
vibraii lor (captor seismic) are urmtoarele elemente componente
(Fig. 4): suportul S, legat rigid de obiectul a crui vibraie se
msoar, masa, legat de suport prin intermediul arcului de constant
k, i amortizorul c. Traductorul T, legat de masa m, transform
micarea ntr-un semnal electric.
Fig. 4. Schema principial a unui captor seismic:S - suport; m -
mas seismic; c - amortizor; k - element elastic;T - traductor.Din
punctul de vedere al caracteristicilor tehnico-metrologice, cel mai
rspndit este captorul piezoelectric pentru msurarea vibraiilor. In
comparaie cu alte tipuri de captori, cei piezoelectrici au o serie
de avantaje, i anume: sunt autogeneratoare (nu necesit alimentare
separat); nu au piese mobile care s fie supuse uzrii; au o
construcie robust i compact; sunt uor de etalonat i de utilizat;
pot fi montai n orice poziie; sunt puin influenai de condiiile de
mediu; n afar de acceleraii, se pot utiliza i la msurarea vitezelor
i a deplasrilor.Captorii piezoelectrici pot funciona prin
compresiune, forfecare sau ncovoiere.Cei mai uzuali sunt captorii
piezoelectrici care funcioneaz prin compresiune i forfecare.Schema
principal a unui captor piezoelectric, funcionnd prin compresiune,
este prezentat n figura 5.Pe cele dou discuri din cristale
piezoelectrice este aezat o mas grea, ntregul sistem fiind
prencrcat cu ajutorul unui resort rigid i montat pe o baz masiv.
Cnd captorul este supus vibraiilor, masa va exercita asupra
cristalelor o for variabil, proporional cu acceleraia. Datorit
efectului piezoelectric, ntre cele dou discuri va aprea o tensiune
variabil proporional cu fora perturbatoare, implicit cu
acceleraia.
Fig. 5. Schema principial aiuriui captor piezoelectricfuncionnd
prin compresiune:1 - carcas; 2 - mas inert; 3 - resort; 4 - pastile
de cristalepiezoelectrice; 5 - borne de ieire; 6 - baza
accelerometrului.
Caracteristicile accelerometrelorAccelerometrele sunt de tip
monoaxial, adic sunt mijloace de msurare care pot determina
valoarea acceleraiei doar pe o singur ax. Axa de msurare este
perpendicular pe suprafaa de montare a
accelerometrului.Accelerometrele care au trei axe de msurare, conin
trei elemente seismice monoaxiale, care sunt montate pe trei
direcii perpendiculare ntre ele. La acest tip de aparate, exist
trei ieiri electrice independente. Ele se folosesc n cazul n care
este necesar msurarea acceleraiei pe trei direcii, deoarece
aparatul asigur o ortogonalitate mai bun dect trei accelerometre
montate monoaxial pe fiecare direcie.Caracteristicile
accelerometrelor pot fi: fizice - forma, dimensiunile, masa i
frecvena; electrice - raportul de amplificare i
sensibilitatea.Accelerometrele au, n general, form cilindric. Ele
sunt prevzute cu uruburi pentru montare, aezate la baza
accelerometrului.Masa accelerometrelor este relativ redus, fiind
cuprins ntre 0 i 60 de grame. n general, pentru un accelerometru cu
dimensiune mai mare, sensibilitatea este mai mare, iar frecvena de
rezonan este mai mic. Cele mai mici accelerometre au diametrul de 6
mm i nlimea de 6 mm, iar cele mai mari au diametrul de 50 mm i
nlimea de 50 mm.Pentru msurarea vibraiilor cu precizie crescut este
necesar s se foloseasc accelerometre cu sensibilitate mare, cu gam
mare de frecvene i cu greutate mic.Trebuie inut seama de faptul c
accelerometrele cu sensibilitate mare sunt n general mai
grele.Alegerea accelerometrelor se face innd seama de urmtoarele
criterii: precizia msurtorilor este afectat de greutatea crescut a
accelerometrului; gama de frecven care trebuie msurat trebuie s fie
compatibil cu gama de frecven a accelerometrului; gama dinamic a
accelerometrului trebuie s fie adecvat msurtorilor care vor fi
efectuate; accelerometrele pentru ocuri vor fi alese din gama
pentru niveluri nalte ale semnalelor, iar accelerometrele
sensibile, pentru niveluri slabe ale semnalelor; depirea
temperaturii maxime de funcionare a accelerometrului produce
depolar/zarea cristalului piezoeUctric, deci pierderea
sensibilitii; funcionarea corect a accelerometrelor este puternic
influenat de factorii de mediu, ca: umiditate, zgomote acustice,
cmpuri magnetice i radiaii intense.
2.3. Msurarea debitULUI
Debitul este cantitatea de substan solid, lichid sau gazoas care
trece printr-o seciune oarecare n unitatea de timp.Astfel, debitul
se poate exprima sub dou forme:- debit de volum - volumul de fluid
scurs n unitatea de timp:
Qv = unde: V- volumul; t-timpul. - debit de mas - masa de fluid
scurs n unitatea de timp:n care: m - masa; t-timpul. Ecuaiile
dimensionale de exprimare a debitului sunt:- pentru debitul de
volum: [Qv] = L3T-1- pentru debitul masic: [Qm] = MT-1Debitul de
volum se exprim n m3/h; l/s; l/h; Debitul de mas se exprim n: kg/h;
t/s; t/h). Msurarea debitelor de fluide se bazeaz pe:- determinarea
presiunii difereniale;- determinarea presiunii dinamice;-
determinarea vitezei medii de deplasare;- inducia electromagnetic;-
propagarea oscilaiilor sonore n fluid;- ionizare;- efecte calorice
asupra fluidului.Aparate pentru msurarea cantitilor de
lichideAparatele pentru msurat cantitile de lichide se numesc
contoare.Contoarele pentru apa potabil se numesc
apometre.Caracteristicile acestor mijloace de msurare sunt:-
calibrul contorului - mrimea diametrului orificiului de intrare i
de ieire a lichidului;- debitul caracteristic (debitul nominal) -
cantitate maxim de lichid care trece prin contor n timp de or;-
pierderea de presiune n contor;- presiunea i temperatura limita -
valorile admis bile pentru ca erorile de msurare s fie
minime.Contorul cu palete are corpul turnat in general din bronz
fosforos i este prevzut cu dota orificii, pentru intrarea i pentru
ieirea lichidului. La intrare, are montat o sit confecionat din
metal sa. din mase plastice, cu rolul de a opri ptrunderea
diferitelor impuriti.Dispozitivul de msurare este construit
dintr-o: roat cu palete, care este pus n micare de lichidul care
trece prin contor. Mecanismul de transmitere are rolul de a prelua
micarea de rotaie i de a o transmite dispozitivului integrator,
format dintr-un cadran cu ace indicatoare, care totalizeaz lichidul
trecut prin aparatIndicarea debitelor se face pe dou tipuri de
cadrane:- cu cinci scri gradate, circulare; o gradaie de pe scara
de ordin superior reprezint o rotaie complet a scrii imediat
urmtoare (Fig. 6.,a);- cu fante pentru nscrierea debitului (Fig.
6.,b).
Fig. 6. Cadrane pentru apometreAmbele tipuri de cadrane sunt
prevzute cu ac indicator central, care poate indica fraciuni de 1
dm3. Caracteristicile tehnice ale contorului cu palete sunt:-
domeniul de msurare: 103... 104 m3;- presiunea maxim de lucru: 10
bari;- etaneitatea garantat cu ap, la 16 bari, timp de 3 min;-
temperatura lichidului max. 30 C;- sensibilitate garantat: contorul
nregistreaz sigur debite ncepnd cu valori de 2% din Qnom,-
toleranele garantate: erorile tolerate se gsesc sub 3% pentru
intervalul 2-5 % O i sub 2% din Qnom pentru debite cuprinse ntre 5
i 100% Qnom.Pe lng prile principale, n construcia acestor aparate
mai sunt incluse dispozitive de protecie contra ngheului.La
alegerea i amplasarea contorului, trebuie s se in seama de locul de
amplasare, de presiunea n conduct i de pierderile de presiune pe
care acesta o provoac. Pentru o funcionare corect, contoarele
trebuie s fie umplute n permanen cu ap, pentru a mpiedica
acumularea de aer n conduct i n aparat.
CAPITOLUL IIIMSURAREA PRESIUNILOR3.1. Notiuni generalePresiunea
este un parametru de stare dintre cei mai importanti care
caracterizeaza starea unui fluid. Ea se defineste ca fiind raportul
dintre forta cu care un fluid actioneaza asupra unei suprafete si
aria acesteia. intr-un punct al fluidului considerat ca mediu
continuu, presiunea este independenta de orientarea suprafetei pe
care se exercita, avand aceeasi valoare in toate directiile.
Suprafetele orizontale sunt plane de presiune statica egala in
cazul fluidelor inchise intr-un recipient, presiunea este
independenta de forma geometrica a acestuia.In interiorul fluidelor
fiecare strat serveste drept suport pentru toate straturile de
deasupra lui. In cazul lichidelor presiunea determinata de aceste
straturi poarta denumirea de presiune hidrostatica. Gazele fiind
compresibile, actiunea dintre straturile care le compun face ca
densitatea sa fie cu atit mai mare cu cit stratul este plasat mai
jos. Prin urmare si presiunea statica a gazului va creste in
acelasi sens. n practica, intruct densitatea gazelor este foarte
mica in comparatie cu cea a lichidelor, se poate considera ca
presiunea gazelor dintr-un recipient este aceeasi in orice punct al
acestuiaIn natura si in instalatiile tehnice pot exista diferite
tipuri de presiuni:a) presiunea atmosferica pb. Presiunea
exercitata de invelisul gazos care inconjoara globul terestru
poarta denumirea de presiune atmosferica sau presiune barometrica.
Aceasta variaza cu: altitudinea (datorita greutatii aerului), cu
starea vremii (data de deplasarea maselor de aer atmosferic) si cu
pozitia geografica de pe globul terestru. Variatia densitatii
aerului functie de presiune a condus la necesitatea de a stabili o
presiune de referinta numita presiune normala, aceasta fiind
presiunea corespunzatoare nivelului marii la latitudinea de 45osi
temperatura de 0oC si care are valoarea pN= 760 mmHg = 101325 Pa;b)
presiunea absoluta pa. Presiunea absoluta reprezinta presiunea unui
fluid considerata fata de zero absolut de presiune. Este presiunea
care se utilizeaza in toate relatiile termotehnice;c)
suprapresiunea ps. Cand in instalatiile tehnice presiunea absoluta
este mai mare decit presiunea atmosferica, diferenta dintre acestea
poarta denumirea de suprapresiune sau presiune manometrica;d)
depresiune pV. Cind in instalatiile tehnice presiunea absoluta este
mai mica decit presiunea atmosferica, diferenta dintre acestea
poarta numele de depresiune, subpresiune, vacuum sau presiune
vacuummetrica. Suprapresiunea si depresiunea, fiind exprimate in
raport cu presiunea atmosferica, se mai numesc si presiuni
relative.Presiunile precizate anterior pot fi reprezentate
schematic in figura 7:Fig. 7. Schema domeniilorde masurare a
presiunilor.
e) presiunea statica pst.Presiunea statica reprezinta presiunea
care se exercita pe suprafata plana de separare dintre doua mase de
fluid aflate in miscare;f) presiunea totala ptot. Daca intr-un
curent de fluid se introduce un obstacol viteza fluidului devine
zero iar intreaga energie cinetica specifica a fluidului se
manifesta sub forma de presiune. Presiunea din acest punct de
oprire (de stagnare) poarta denumirea de presiune totala;g)
presiunea dinamica pdin. Presiunea dinamica se defineste ca
diferenta dintre presiunea totala si cea statica dintr-o sectiune
transversala printr-un curent de fluid,3.2. Descrierea aparatelor
de masurat presiuneaClasificarea aparatelor de masurat
presiunea:Criteriul de clasificareTipul aparatului
Dupa principiulde functionarecu lichid- cu tub in forma de U- cu
tub si rezervor:cu tub verticalcu tub inclinat- micromanometre cu
compensare (Askania)- cu doua lichide manometrice- diferentiale
cu elementelastic- cu tub Bourdon- cu membrana- cu capsula- cu
burduf
cu pistonsi greutati- simplu- cu piston diferential- cu piston
echilibrat
Electrice- cu traductoare electrice (rezistive,
inductive,tensometrice, piezoelectrice, capacitive)- cu traductoare
pneumatice- cu traductoare de presiune utilizate in sistemelede
reglare automate
Combinate- cu plutitor- cu tor oscilant- indicatoare de vid- cu
clopot- diferentiale
Dupa subordonareametrologica- etaloane- de lucru
In raport cupresiuneaatmosferica- manometre si micromanometre
care masoara suprapresiuni- vacuummetre si microvacuummetre care
masoara depresiuni- manovacuummetre si micromanovacuummetre
caremasoara att suprapresiuni ct si depresiuni
Dupa afisarearezultatuluimasurat- indicatoarecu indicare
continuacu indicare discontinua- inregistratoare- indicatoare -
inregistratoare
Dupadomeniulde presiune- de presiune relativa (manometre,
vacuummetre,manovacuummetre)- de presiune absoluta joasa (de
compresie, termoelectrice, cuionizare, radioactive)
Dupa loculde masurare- cu indicare locala- cu transmitere la
distanta a indicatiei
Dupa tipulprotectiei- care lucreaza in conditii normale
(obisnuite)- cu protectii speciale (impotriva fluidelor corosive,
presiuni-lor pulsatorii, socurilor de presiune, temperaturilor
mari, etc.)
Aparate cu lichidAvnd o constructie simpla, aparatele cu lichid
se utilizeaza pe scara larga pentru masurarea presiunilor.
Principiul de functionare se bazeaza pe legea fundamentala a
hidrostaticii, comparindu-se presiunea de masurat cu presiunea
hidrostatica a unei coloane de lichid (mercur, apa, alcool etilic
etc.). Se utilizeaza pentru masurarea suprapresiunilor (manometre),
depresiunilor (vacuummetre), suprapresiunilor si depresiunilor
(manovacuummetre) si diferentelor de presiune (manometre
diferentiale).1)Aparate cu tub U. Constructiv, sunt cele mai simple
aparate fiind compuse dintr-un suport rigid 1 pe care sunt fixate
cele doua brate ale tubului din sticla 2 si scara gradata 3 (fig.
8). Fig 8. Manometru cu tub U.In cazul majoritatii aparatelor,
intreg ansamblul este protejat de o cutie metalica 4 prevazuta cu
sticla de protectie. La partea superioara se pot prevedea doua
robinete de izolare 5 si un robinet pentru egalizarea presiunilor
6. Daca nivelul lichidului in ambele ramuri ale tubului este
acelasi, presiunea din rezervor va fi egala cu presiunea
atmosferica (fig. 9.,a). Considerind echilibrul coloanei de lichid
manometric la nivelul A-A (fig. 9,b), presiunile din cele doua
ramuri, exprimate in unitati de lungime ale coloanei de lichid, vor
fi egale. Fig. 9. Moduri de utilizare a tubului U.2)Aparate cu
rezervor si tub vertical. Acestea inlatura inconvenientul care
apare la aparatele cu tub U datorita necesitatii a doua citiri,
dificultati care cresc mai ales cind presiunea variaza. Principial,
aceste aparate sunt construite la fel ca cele de tip U, unul dintre
tuburi fiind insa inlocuit cu un rezervor de sectiune mult mai mare
decit sectiunea celuilalt tub (fig. 10).
Fig. 10. Manometru curezervor si tub vertical.
3)Aparate cu rezervor si tub inclinat. Aceste aparate, numite si
micromanometre, se utilizeaza pentru masurarea presiunilor sau a
depresiunilor reduse de ordinul milimetrilor coloana de apa.Spre
deosebire de aparatele cu rezervor si tub vertical, la aceste
aparate tubul este inclinat fata de orizontala cu un
unghiaputindu-se obtine deplasari mari ale lichidului manometric in
tub la presiuni reduse.Fig. 11. Micromanometrucu tub inclinat.
Principiude functionare.
Aparatul se compune dintr-un postament 2 pe care este montat
rezervorul 3 care se afla in comunicatie cu tubul din sticla 4.
Tubul se poate roti in plan vertical prin intermediul bucsei 5,
pozitia acestuia fiind fixata pe sectorul circular 1 cu ajutorul
unei armaturi si a unei tije 6. Cu ajutorul suruburilor 7 si 8 si a
nivelelor 9 si 10 se realizeaza reglarea la zero a aparatului.
Fig. 12. Micromanovacuummetru cu rezervor si tub inclinat.
Aparate cu element elasticAparatele cu element elastic de
masurare au o raspndire larga in cele mai diverse ramuri ale
tehnicii avind un domeniu foarte intins de masurare, de la presiuni
de ordinul milimetrilor coloana de apa pina la mai mult de 10.000
bar. Sunt in acelasi timp robuste, constructia elementului de
masurare precum si manipularea fiind simpla, iar precizia
satisfacatoare. Elementul elastic poate fi de tip tub Bourdon
(simplu, dublu curbat, elicoidal, spiralat etc.), membrana, capsula
sau burduf.Principiul de functionare al acestor aparate se bazeaza
pe deformarea elastica sub actiunea suprapresiunii asupra
suprafetei active a unui element de masurare. Majoritatea acestor
aparate au elementul elastic de tip tub Bourdon (fig. 13).
Suprapresiunea determina deplasarea capatului liber al tubului 1
transmitind miscarea prin intermediul unei tije 2 si a unui system
dintat 3 la un ac indicator 4 care se deplaseaza in fata unei scari
gradate 5.Fig. 13. Manometru cu tub simplu curbat.
Manometrele cu membrana (fig. 14) au elementul sensibil
constituit dintr-o membrana de otel 1 cu ondulatii circulare
concentrice. Sub actiunea suprapresiunii, membrana se curbeaza in
sus iar sub actiunea depresiunii aceasta se curbeaza in
jos.Printr-o tija 2 legata de centrul membranei 3 si a unui
angrenaj 4, miscarea se transmite unui ac indicator 5.Fig. 14.
Manometru cu membrana.
Capsula (fig. 15), ca element de masurare, poate fi cu actiune
unilaterala sau bilaterala, fiind formata din doua membrane lipite
intre ele, care permit deformarea datorita actiunii presiunii.
Fig. 15. Modul de lucru a uneicapsule manometrice.
Burduful elastic (fig. 16) se mai numeste si tub ondulat. Este
format dintr-un tub cilindric cu ondulatii uniforme. Supus la
actiunea presiunilor din interiorul si exteriorul lui, inaltimea
acestuia va creste sau va scadea, determinind deplasarea acului
indicator.
Fig. 16. Modul de lucrua unui element elastic tipburduf pentru
manometre.
c)Aparate cu piston si greutatiAparatele cu piston si greutati
se utilizeaza in special ca aparate etalon datorita performantelor
deosebite ale acestora. Principiul de functionare se bazeaza pe
legea lui Pascal, presiunea lichidului manometric din interiorul
cilindrului 1 (fig. 17) fiind echilibrata de presiunea data de
piesele calibrate 2, care se aseaza pe talerul 3 al pistonului 4.
Fig. 17. Manometru cu piston.
Aparate cu traductoare electrice si pneumaticePartile principale
ale unor astfel de aparate sunt: 1- elementul sensibil, asupra
caruia actioneaza presiunea de masurat, el putind fi: element
elastic, tub U, rezervor si tub, tor oscilant, vase cu plutitor,
clopot etc.; 2- traductorul, care preia de la elementul sensibil
marimea rezultata prin aplicarea presiunii de masurat si o
converteste intr-o marime electrica sau pneumatica; 3- aparatul de
masurat, care masoara valoarea marimii electrice, indicatia fiind
data in unitati de presiune.Aceste aparate sunt utilizate indeosebi
pentru transmiterea la distanta a indicatiilor. Traductoarele
utilizate pentru masurarea presiunii pot fi: rezistive, inductive,
tensometrice, piezoelectrice, capacitive, pneumatice, cu radiatii
etc.
CAPITOLUL IVMSURAREA FORELOR
Forta este o marime fizica vectoriala, derivata, care masoara
interactiunea dintre doua sisteme fizice. Actiunea unei forte
asupra unui corp determina miscarea si/sau deformarea acestuia.
F= m a Unitati de msur Unitatea de masura pentru forta in SI
este newtonul (N). 1N reprezinta forta care, aplicata unui corp cu
masa de 1kg ii imprima acestuia o acceleratie de 1m/s2. In afara SI
se mai foloseste dyn, stena, kg forta (1kgf=9,80665N) si poundal
(1pdl=0,138N).Mijloacele pentru masurarea fortei se numesc
dinamometre. Clasificarea dinamometrelor: dinamometre mecanice.
Acestea functioneaza pe principiul masurarii deformatiei unui
element elastic sub actiunea unei forte. Pentru F