Curs Tehnici de Masurare in Domeniu m3

Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 1

I. TEHNICI SI TEHNOLOGII DE MĂSURARE A MĂRIMILOR

CARACTERISTICE PROCESELOR TEHNOLOGICE

Tema 1. Procese de măsurare

Tema 2. Metode de măsurare

Tema 3. Mijloace pentru măsurarea mărimilor tehnice caracteristice

proceselor industriale

Tema 4. Instalaţii şi sisteme de măsurare

DUPĂ STUDIEREA ACESTUI MODUL, VEI FI CAPABIL:

• Să execuţi operaţii pregătitoare pentru utilizarea tehnicilor de măsurare.

• Să utilizezi tehnici de măsurare pentru determinarea/monitorizarea mărimilor tehnice specifice

proceselor industriale.

• Să explici structura instalaţiilor/sistemelor de măsurare.


CAPITOLUL 1. PROCESE DE MĂSURARE

Procesele de măsurare a unor mărimi fizice sunt indispensabile pentru asigurarea bunei

funcţionări a unei game largi de maşini şi instalaţii.

De fapt, orice activitate tehnică sau ştiinţifică se desfăşoară prin evaluarea cantitativă a

diverse mărimi, parametri.

1.1. TIPURI DE PROCESE

În funcţie de domeniul de aplicabilitate procesele de măsurare se clasifică în:

- procese de măsurare şi verificare în cercetare şi laboratoare de dezvoltare;

- procese de măsurare în domeniul controlului tehnic;

- procese de măsurare în domeniul încercărilor instalaţiilor;

- procese de măsurare în marile procese industriale în flux;

- procese de măsurare în procese industriale individuale descentralizate.

1.1.1. Procese de măsurare şi verificare în cercetare şi laboratoare de dezvoltare

În cercetare şi în laboratoarele de dezvoltare, procesele de măsurare, prelucrare şi interpretare

a rezultatelor obţinute sunt activităţi complexe, desfăşurate de specialiştii care activează

nemijlocit în cercetare.

În cercetarea ştiinţifică, există o unitate indisolubilă între studiile teoretice şi partea

experimentală a acestora.

Studiile teoretice permit stabilirea interdependenţei dintre diferiţi parametri ai proceselor

tehnice şi legile care stau la baza fenomenelor, utilizând realizările ştiinţei din diverse domenii.

Cercetările experimentale urmăresc verificarea adevărului ipotezelor şi teoriilor care au stat la

baza studiilor referitoare la procesele cercetate. Totodată, sunt investigate fenomene pentru care

nu se pot obţine rezultate cu aplicabilitate practică pe cale teoretică, din cauza complexităţii

acestora.

Cercetările în domeniul tehnologiei construcţiilor de maşini vizează fenomenele care se

produc în sistemul tehnologic al maşinilor-unelte de prelucrări prin aşchiere, de deformări

plastice, de prelucrări electrochimice etc.

Astfel, în sistemul tehnologic al maşinii-unelte, la prelucrarea prin aşchiere, se fac cercetări

asupra elementelor care îl compun (maşina-unealtă, scula, dispozitivele de prindere a piesei şi,

respectiv, a sculei, piesa de prelucrat) în corelaţie cu procesul de aşchiere, urmărindu-se stabilirea

regimurilor de aşchiere, a forţelor de aşchiere, prelucrabilitatea materialelor etc.

Într-un proces de cercetare experimentală care are ca scop determinări cantitative ale uneia

sau ale mai multor mărimi, se efectuează un număr finit de măsurători cu o suficientă exactitate,

menţinând aceleaşi condiţii (metode, mijloace de determinare, mediu ambiant etc).

De exemplu, dacă scopul unei cercetări experimentale este de a stabili variaţia forţei de

aşchiere F în funcţie de avansul s la găurirea unui material oarecare şi în anumite condiţii de lucru

(diametrul şi geometria burghiului, materialul acestuia, viteza de aşchiere, prelucrarea cu sau fără

lichid de răcire etc), se stabilesc anumite valori ale avansului burghiului s1,s2,…., sn pentru care se

măsoară valorile forţelor de aşchiere corespunzătoare F1,F2, …. Fn. Pentru determinarea fiecăreia

din aceste valori ale forţei de aşchiere, de exemplu pentru F1 se fac mai multe măsurări, toate în

aceleaşi condiţii de lucru, inclusiv cu acelaşi avans s1. Rezultatele măsurărilor vor diferi însă

unele de altele, datorită erorilor aleatoare, obţinându-se astfel un şir de valori ale forţei de

aşchiere.

În cazul măsurării forţei de aşchiere la strunjire se utilizează un dinamometru cu element

elastic de formă inelară (Fig.1.1) pe care se amplasează traductoare tensiometrice rezistive

conectate în punte electrică.


Fig. 1.1. Schema dinamometrului cu element

elastic de formă inelară, pentru măsurarea

componentelor Fx şi Fz la strunjire, unde: Rxt, Rzt

- traductoare tensiometrice rezistive solicitate la

tracţiune ; Rxc, Rzc - traductoare tensiometrice

rezistive solicitate la compresiune

În cazul cercetării comportării la vibraţii a structurii elastice a unui sistem tehnologic, se

fac încercări de lungă durată, cu aparatură relativ costisitoare, prelucrarea datelor obţinute la

măsurări realizându-se cu ajutorul calculatorului.

Asemenea măsurări se justifică, deoarece permit găsirea soluţiilor de îmbunătăţire a

comportării la vibraţii a structurii studiate, precum şi utilizarea rezultatelor în cazul proiectării

unor maşini similare.

Din punctul de vedere al vibraţiilor, studiul comportării sistemului tehnologic poate fi

făcut prin două moduri de măsurare a acestora:

- măsurarea vibraţiilor în diferite puncte ale sistemului tehnologic, în diferite condiţii de

lucru ale acestuia, fără excitarea suplimentară, cum ar fi regimul de mers în gol sau cel de

aşchiere;

- măsurarea vibraţiilor în diferite puncte ale sistemului tehnologic, pentru situaţia în care

maşina-unealtă nu funcţionează, sistemul elastic fiind excitat cu forţe variabile, de obicei, între

sculă şi piesă, pe diferite direcţii.

Aceste încercări se fac în scopul măsurării nivelului vibraţiilor şi al determinării surselor

de vibraţii, urmărindu-se micşorarea efectelor vibraţiilor asupra deplasărilor sculei faţă de piesă,

în vederea creşterii preciziei de prelucrare şi a productivităţii prelucrării.

1.1.2. Procese de măsurare în domeniul controlului tehnic

Tehnologia de control reprezintă o succesiune logică de operaţii, faze, făcute în scopul

comensurării preciziei de prelucrare, cu precizie şi productivitate corespunzătoare scopului şi cu

costuri convenabile. Echipamentele de control sunt indispensabile tehnologiilor de control.

- Echipamentele de control reprezintă totalitatea mijloacelor concepute şi realizate în

scopul controlului preciziei cu productivitate, precizie şi costuri convenabile.

- Controlul este activitatea prin care se stabileşte dacă valoarea mărimii măsurate

îndeplineşte condiţiile impuse în documentaţia de execuţie aferentă.

Controlul implică şi aspectul calităţii, în sensul că, pe lângă activitatea de măsurare, o

include şi pe aceea de comparare a valorii măsurate cu o valoare de referinţă.

1.1.3. Procese de măsurare în domeniul încercărilor instalaţiilor

Înainte de a fi date în folosinţă, instalaţiile se supun obligatoriu la încercări, în scopul

depistării şi remedierii defectelor.

Astfel, instalaţiile de distribuire a gazelor naturale, atât cele exterioare, cât şi cele

interioare, se supun la trei încercări, conform schemei de mai jos.


• încercarea preliminară se poate face pe porţiuni de instalaţie sau pe întreaga lucrare.

încercarea se efectuează cu aer comprimat, la următoarele presiuni:

- 9 kgf/cm2 pentru conductele de presiune medie;

- 4kgf/cm2, pentru conductele de presiune redusă;

- 1 kgf/cm2, pentru conductele de presiune intermediară sau joasă.

Durata încercării va fi de minimum o oră, pentru conductele de medie presiune, şi de 30

până la 600 minute pentru conductele de presiune redusă, intermediară sau joasă, în funcţie de

diametrul conductelor. Pe toată durata creşterii presiunii, se va urmări indicaţia manometrului de

control, iar la apariţia unor defecte, se întrerupe controlul şi se goleşte instalaţia. Eliminarea

aerului din instalaţie se va face prin capătul opus celui de umplere.

Încercările vor fi reluate numai după remedierea defectelor. După terminarea probei, nu se

admit pierderi de presiune.

• încercarea de rezistenţă se face în aceleaşi condiţii ca şi încercarea preliminară.

îmbinările dintre tronsoane, care nu au fost supuse la încercarea preliminară, se verifică cu apă şi

cu săpun. Nu se admit pierderi de presiune.

• încercarea de etanşeitate la toate instalaţiile se face la presiunea de regim. Nu se admit

pierderi de presiune.

La încercarea conductelor, se vor folosi manometre înregistratoare sau manometre

indicatoare cu element elastic, clasa de precizie 1.

Presiunea de încercare se realizează cu pompe de mână sau cu compresoare acţionate cu

motoare electrice, alese în funcţie de mărimea presiunii necesare şi de volumul instalaţiei.

După efectuarea încercărilor de rezistenţă şi etanşeitate, se întocmeşte un proces - verbal

de recepţie, în care se consemnează parametrii de încercare şi rezultatele obţinute.

- Instalaţiile de alimentare cu apă se supun la probe de etanşeitate, în scopul depistării defectelor.

Pentru a fi uşor controlabilă, instalaţia trebuie să fie neacoperită, încercarea la presiune a

conductelor se efectuează în două etape:

- încercarea pe tronsoane;

- încercarea generală.

- încercările pe tronsoane reprezintă probe parţiale, care se fac pe diverse porţiuni de reţea,

pentru a permite acoperirea conductelor, pe măsura executării instalaţiei.

- încercarea generală a instalaţiei are loc înainte de darea acesteia în exploatare.

Încercările se fac cu apă rece, prin legarea provizorie la reţeaua de apă a şantierului, dacă

există suficientă presiune, sau prin introducerea apei cu ajutorul unei pompe, montată astfel încât

apa să circule în acelaşi sens în care va circula la darea în folosinţă.

Presiunea de probă pentru instalaţiile interioare este mai mare de 1,5 ori decât presiunea de

regim, dar nu mai mică de 6kgf/cm2. Presiunea se menţine minimum 20 min, timp în care nu se

admite scăderea presiunii.

Presiunea în instalaţie se citeşte cu ajutorul unui manometru montat lângă pompă. Pentru

mai multă siguranţă, se montează două manometre, în două puncte diferite ale instalaţiei.

Presiunea citită la cele două manometre trebuie să corespundă, având în vedere diferenţa de nivel


dintre ele. Dacă presiunea indicată diferă, se schimbă manometrele între ele, iar dacă diferenţa se

menţine, rezultă că pe porţiunea dintre cele două manometre există un defect.

Pe durata de 20 min a probei nu trebuie să se observe la manometru nici o scădere de

presiune.

După încercarea cu apă rece urmează încercarea de etanşeitate la cald. Pentru aceasta, se

menţine în funcţiune instalaţia de apă caldă şi circulaţia timp de 6 ore, apa din instalaţie având

temperatura de regim (60-70°C).

1.1.4. Procese de măsurare în marile procese industriale în flux

În cadrul proceselor tehnice, măsurarea poate avea obiective diferite, cel mai des întâlnite

fiind:

- monitorizarea, care constă în urmărirea permanentă a celor mai semnificativi parametri, în

scopul realizării unui „istoric" al evoluţiei procesului, precum şi avertizarea în cazul depăşirii

unor limite de prealarmare/alarmare.

Exemplu:

La o instalaţie de epurare a apelor reziduale, se monitorizează cantităţi de apă, concentraţia

substanţelor gazoase sau solide dizolvate în apă după aplicarea procedurilor de epurare, pe când

la un sistem de monitorizare clinică a pacienţilor trebuie cunoscuţi parametrii vitali (tensiune

arterială, puls, respiraţie).

Fig. 1.2. Instalaţie de epurare a apelor reziduale.

- comanda (controlul) proceselor, care presupune menţinerea

parametrilor investigaţi la anumite valori sau între anumite

limite, pentru a se asigura funcţia obiectiv impusă procesului

controlat.

Exemple: reglarea - fie separată, fie în cascadă - a temperaturii, a presiunii şi a nivelului, într-un

proces de încălzire.

- cercetarea experimentală inginerească, efectuată cu scopul de a pune în evidenţă atât aspecte

constructive, cât şi funcţionale în calitatea echipamentelor sau proceselor conduse.

Exemple de experimente cu caracter de cercetare: determinarea gradientului de temperatură

într-un cuptor rotativ pentru fabricarea cimentului, evidenţierea forţelor de tracţiune la roţile

tractoare ale unui automobil care se deplasează pe un teren cu grade complexe de solicitare etc.

1.1.5. Procese de măsurare în procese industriale individuale descentralizate

În conceperea proceselor de măsurare, trebuie să se ţină seama de următoarele condiţii

principale:

- să se asigure o exactitate de măsurare, în concordanţă cu toleranţa prescrisă, pentru fiecare

dimensiune măsurată;

- să se asigure semnalele necesare a fi transmise către linia de prelucrare, în vederea realizării

corecte a intercondiţionării control-prelucrare;

- tactul măsurării să coincidă sau să fie mai mic decât cel al prelucrării;

- să se permită asigurarea unui grad de flexibilitate suficient de mare, astfel încât să nu necesite

timpi mai mari de trecere de la o dimensiune la alta decât ai liniei de prelucrare.

• Asigurarea exactităţii de măsurare

Părţile cele mai importante din cadrul sistemelor de control sunt subansamblele de

măsurare. Acestea trebuie să fie astfel concepute şi realizate, încât erorile generate în sistemul de

control să fie cât mai mici. în funcţie de materialul piesei de prelucrat, sistemul de control va fi

prevăzut cu subansamble care să evite apariţia erorilor cauzate de deformaţiile elastice şi cu

sisteme de compensare a temperaturii, în funcţie de temperatura mediului la care se face

controlul.


• Semnalele transmise la linia de prelucrare Sistemul de control trebuie astfel conceput, încât

să poată transmite către linia de prelucrare acele tipuri de semnale care îi sunt necesare, în funcţie

de gradul de prelucrare a informaţiilor liniei.

Pentru liniile automate, unde este necesar ca sistemul de control să răspundă dacă

dimensiunea verificată se înscrie în câmpul de toleranţă, semnalele transmise sunt sub formă de

contact electric. Pentru cazul „piesă bună", acestea vor transmite un semnal care va permite

continuarea ciclului de lucru, iar pentru cazurile „piesă mică sau mare" semnale care vor opri

ciclul de lucru.

• Tactul măsurării

Timpul afectat măsurării trebuie să ţină seama în mod obligatoriu de timpul prelucrării piesei, în

sensul că nu trebuie să conducă la timpi suplimentari afectaţi controlului.

Pentru realizarea acestei condiţii esenţiale, trebuie acordată o atenţie deosebită analizei

duratelor fazelor procesului în ansamblul său:

- timpii de transport al subansamblelor sistemului de control;

- timpii afectaţi prelucrării dimensiunii controlate;

- timpii afectaţi transmiterii informaţiilor şi, implicit, viteza de răspuns a sistemului de control.

- Gradul de flexibilitate

Gradul de flexibilitate al sistemului de control trebuie să fie în deplin acord cu cel de

prelucrare. Astfel, pentru liniile automate care sunt destinate prelucrării unui număr redus de

tipodimensiuni de piese, este suficientă conceperea unui sistem de control, care să permită

schimbarea dornurilor de control de la o dimensiune la alta.

1.2. COMPONENTELE PROCESULUI DE MĂSURARE

Componentele procesului de măsurare sunt: măsurandul, mijloacele de măsurare, etaloanele.

1.2.1. Măsurare-măsurand

Măsurarea constă într-o succesiune de operaţii experimentale, realizate pentru

determinarea cantitativă a unei mărimi.

Măsurarea este operaţia metrologică prin care o mărime fizică este comparată cu unitatea

de măsură specifică.

- Obiectul purtător al mărimii fizice se numeşte măsurand.

Rezultatul măsurării este valoarea efectivă V, care ne arată de câte ori unitatea de măsură se

cuprinde în mărimea de măsurat.

V = M/U.M.= k (1)

unde: M - mărimea de măsurat

U.M.- unitatea de măsură

kϵR+≠0

deci: V=k[UM]

Măsurarea se termină odată cu aflarea valorii V a mărimii măsurate şi prezintă un aspect

cantitativ.

1.2.2. Mijloace de măsurare

Mijloacele de măsurare sunt sisteme tehnice construite în scopul comparării mărimii de

măsurat cu unitatea de măsură specifică, în scopul aflării valorii măsurate.

►După tipul de semnal utilizat pentru măsurare, mijloacele de măsurare pot fi: mecanice,

electrice, pneumatice, hidraulice, optice, acustice, nucleare sau combinaţii ale acestora

(optico-mecanice, electrico-pneumatice etc).

►După modul de utilizare, mijloacele de măsurare pot fi:

- mijloace de măsurare manuale, la care operatorul intervine în toate fazele de măsurare (de

exemplu: măsurarea cu şublerul, măsurarea cu micrometrul);


- mijloace de măsurare mecanizate, la care o parte din operaţiile de măsurare se execută fără

intervenţia operatorului;

- mijloace de măsurare automatizate, la care, măsurile sunt executate fără intervenţia

operatorului.

Exemplu: sortatoarele pentru bile de rulmenţi.

► După natura semnalului de intrare, mijloacele de măsurare pot fi pentru:

- mărimi mecanice;

- mărimi termice;

- mărimi electrice;

- mărimi optice;

- mărimi acustice.

- ►După complexitate, mijloacele de măsurare se clasifică în:

a) măsuri - sunt cele mai simple mijloace de măsurare, care materializează unitatea de măsură ori

un multiplu sau un submultiplu al acesteia;

b) instrumente de măsurare - conţin în interiorul lor cel puţin o măsură şi permit compararea

directă a mărimii de măsurat cu unitatea de măsură;

Exemplu: şubler, micrometru.

Fig. 1.3. Micrometru de exterior

c) aparate de măsurare - sunt subansambluri formate din măsuri, subansambluri traductoare,

intermediare sau de prezentare a rezultatelor măsurării;

Exemplu: aparate optice, aparate pentru măsurarea temperaturii.

d) instalaţii de măsurare-sunt ansambluri compuse din aparate, măsuri etc. formate în scopul

măsurării mai multor parametri ai aceleiaşi mărimi fizice sau chiar a mai multor mărimi;

Exemplu: microscopul de atelier, spectroscopul. Fig. 1.4. Microscop de măsurare

e) sisteme de măsurare - sunt ansambluri formate din aparate, măsuri şi

instalaţii, utilizate pentru efectuarea măsurărilor şi pentru centralizarea

rezultatelor.

Exemplu: sistemul de măsurare şi control de la o centrală electrică.

1.2.3. Etaloane. Categorii de etaloane. Clasificare

Etalonul este un mijloc de măsurare simplu, destinat definirii, reproducerii, determinării,

conservării sau generării uneia sau mai multor valori cunoscute ale unei mărimi, pentru a servi

drept referinţă în operaţia de comparare a etalonului cu alte mijloace de măsurare.

Etalonul poate fi:

- o măsură etalon;

- un aparat de măsurat etalon;

- un traductor etalon;

- un ansamblu de măsurare etalon.

Mijloacele de măsurare etalon au o destinaţie bine precizată, şi anume aceea de etalonare a

altor mijloace de măsurare.

Etaloanele nu se folosesc pentru măsurări curente.

Există trei categorii de etaloane:

- etaloane de definiţie;

- etaloane de conservare;

- etaloane de transfer.


Etaloanele de definiţie constituie referinţa iniţială pentru măsurarea unei mărimi.

Etaloanele de definiţie „generează" unitatea de măsură, prin „materializarea" definiţiei sale, în

cadrul unui experiment fizic bazat pe această definiţie.

Exemplu:

Etalonul de definiţie pentru unitatea de lungime este un laser a cărui frecvenţă este

sincronizată pe un multiplu al frecvenţei atomului de cesiu 133. Acest etalon „reproduce"

experimental definiţia metrului, şi anume:

- lungimea drumului parcurs de lumină în vid, în fracţiunea 1/299792458 dintr-o secundă;

- etalonul de definiţie pentru unitatea de timp este un etalon atomic cu cesiu, care „generează"

secunda în conformitate cu definiţia ei, şi anume 9192631770 perioade ale radiaţiei atomului de

cesiu 133.

Fig. 1.5. Etalon de definiţie pentru masă

Etalonul de conservare este un obiect sau un sistem tehnic care „păstrează"

o anumită valoare a unei mărimi fizice, cu o bună stabilitate în timp. Valoarea

etalonului de conservare trebuie determinată prin comparare cu un etalon de

definiţie sau cu alte etaloane de conservare. Exemplu:

- o greutate din oţel sau din fontă este folosită ca etalon de conservare pentru masă;

- o cală plan paralelă este un etalon de conservare pentru lungime;

- un rezistor din manganin este un etalon de conservare pentru rezistenţa electrică ş.a.

Fig. 1.6. Etalon de conservare pentru presiune

Etaloanele de transfer fac trecerea de la etaloanele de conservare la alte etaloane ale unor

mărimi derivate (transfer dimensional), la etaloane ale aceleiaşi mărimi, dar de valori diferite

(transfer adimensional) şi, respectiv la etaloane în regim variabil (transfer static-dinamic).

Fig. 1.7. Etalon de transfer pentru presiune

Etaloanele pentru transfer dimensional se numesc etaloane de derivare. Cu ajutorul

acestor etaloane se „reproduce" o mărime derivată pe baza unei ecuaţii fizice, în funcţie de alte

mărimi cunoscute.

Exemplu: un manometru-etalon cu piston şi greutăţi generează o presiune ale cărei valori

se calculează în funcţie de masa totală a părţii mobile şi de aria efectivă a ansamblului

piston-cilindru.

Etaloanele pentru transfer adimensional se numesc etaloane de raport. Ele se folosesc

îndeosebi în domeniul mărimilor electrice. Sunt constituite din „dispozitive de raport" de mare

precizie (divizoare de tensiune, comparatoare de curent, transformatoare de curent şi de tensiune

etc), care permit efectuarea unor comparări 1: n, prin metode de raport.


Etaloanele pentru transfer static-dinamic sunt destinate transpunerii în regim de variaţie

sinusoidală, în impulsuri sau în altă dependenţă de timp a unor mărimi de valoare cunoscută. Se

cunosc de asemenea etaloane pentru mărimi ca: forţa, tensiunea electrică, curentul electric,

puterea electrică etc.

Clasificarea etaloanelor se poate face după două criterii mai importante: după

componenţa lor şi după subordonarea metrologică, conform tabelului 1.1.

Tabelul 1.1 Clasificarea etaloanelor

Definiţie Exemple

După componenţă individual • Etalonul individual este acel mijloc de măsurare

care îndeplineşte singur de sine stătător, rolul de

etalon.

etalon de masă de 1 kg,

cală plan paralelă etalon,

manometru etalon,

voltmetru etalon

colectiv • Etalonul colectiv este format dintr-un grup de

mijloace de măsurare

de acelaşi tip, cu caracteristici metrologice

apropiate, asociate pentru a îndeplini împreună

rolul de etalon. Valoarea care se atribuie etalonului

colectiv este media valorilor individuale,

obţinându-se astfel

un etalon cu caracteristici superioare faţă de cele

ale unui etalon individual (stabilitate în timp,

siguranţă, repetabilitate, posibilitate de modificare

a componenţei etc.)

grup de lămpi

incandescente, ca etalon,

de intensitate luminoasă

serie de

etaloane

• Seria de etaloane reprezintă un grup de etaloane

individuale cu valori nominale diferite, asociate în

scopul acoperirii unui interval de valori.

trusa de cale plan paralele,

trusa de cale unghiulare,

serie de greutăţi etalon etc.

După subordonarea

metrologică în

funcţie de exactitate

primar • Etalonul primar reprezintă etalonul unei mărimi

fizice care are cele mai înalte caracteristici

metrologice. Etaloanele primare servesc la

„transmiterea unităţilor de măsură" către etaloane

cu caracteristici metrologice inferioare.

secundar • Etalonul secundar are valoarea stabilită prin

comparare directă sau indirectă (prin etaloane

intermediare) cu etalonul primar al mărimii fizice

respective.

Etaloanele secundare cu exactitatea cea mai ridicată sunt etaloane secundare de ordinul I.

Acestea se compară direct cu etalonul primar. Etaloanele secundare de ordinul II, de exactitate

mai scăzută, se compară cu etaloanele secundare de ordinul I, pentru stabilirea valorii lor. La

rândul lor, etaloanele secundare de ordinul III, de exactitate şi mai scăzută, se compară cu

etaloanele secundare de ordinul II ş.a.m.d.


CAPITOLUL 2. METODE DE MĂSURARE 2.1. METODE DE MĂSURARE DIRECTE

Metoda de măsurare directă este metoda prin care valoarea măsurandului este obţinută

nemijlocit şi nu prin măsurarea unor mărimi legate funcţional cu măsurandul.

Exemple de măsurări care folosesc metoda directă sunt: măsurarea unei lungimi cu

ajutorul unei rigle gradate, măsurarea unei mase folosind o balanţă cu braţe egale ş.a.

O clasificare generală a metodelor de măsurare este prezentată în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1. Metode de măsurare cu caracter general Exemple

Metode de

măsurare

directă

Comparare

simultană

Comparare

1:1

Comparare

directă

a) diferenţială

b) de „zero"

Măsurarea lungimii cu rigla Compararea

etaloanelor de tensiune prin opoziţie

Calorimetru diferenţial

Comparare

indirectă

a) simplă

b) prin

substituţie

c) prin

permutare

Compararea maselor cu o balanţă cu braţe

egale Compararea rezistenţelor cu o punte

cu braţe de aceeaşi impedanţă

(punte-comparator)

Comparare

1:n

Prin

adiţionare

Compararea maselor prin metoda seriei

închise Compararea rezistenţelor electrice

prin însumare

Prin

multiplicare

Balanţă cu braţe neegale Compensator de

curent continuu Punte de măsurare

Comparare

succesivă

Cu memorie mecanică Manometru cu element elastic

Balanţă dinamometrică Instrument

electric indicator

electrică Voltmetru digital Fluxmetru electronic

Cu alte tipuri de memorie Amperormetru electrolitic Termometru

cu lichid

Metode de măsurare indirectă Manometru cu coloană de lichid Maşină

de forţă cu încărcare directă Măsurarea

densităţii Măsurarea rezistivitătii

Măsurarea poate fi efectuată printr-o comparare simultană sau printr-una succesivă.

În compararea simultană, măsurandul este comparat nemijlocit cu una sau cu mai multe

valori de referinţă ale aceleiaşi mărimi, furnizată de un etalon, care participă la fiecare măsurare.

Exemplu: o lungime comparată cu lungimea cunoscută a unei cale plan paralele, o masă

comparată cu masa unei greutăţi etalon folosind o balanţă cu braţe egale ş.a.

În compararea succesivă, mărimea de referinţă (etalonul) nu participă la fiecare

măsurare. Etalonul este folosit pentru etalonarea (gradarea) iniţială şi (dacă este necesar) pentru

reetalonarea periodică a unui aparat care stochează în „memoria" sa informaţia de etalonare.

Exemplu: măsurarea presiunii cu un manometru, măsurarea tensiunii electrice cu un

voltmetru ş.a.

Rezultă că, la compararea simultană, informaţia de măsurare este transmisă în acelaşi

moment de la etalon şi de la obiectul supus măsurării operatorului uman, prin aparat, pe când, la

compararea succesivă, această informaţie circulă în două etape: mai întâi, pe calea etalon-aparat

(la etalonare) şi apoi pe calea obiect supus măsurării aparat-operator (la fiecare măsurare, aşa

cum rezultă şi din figura 2.1.).


Fig. 2.1. Modalitatea de realizare a transmiterii

informaţiei de măsurare:

a - la compararea simultană; b - la compararea

succesivă;

1 - în cazul etalonării; 2 - în cazul măsurării.

Compararea simultană este

predominantă, deseori singura utilizată, în

măsurările de cea mai înaltă precizie, proprii

laboratoarelor de metrologie, ca de exemplu:

compararea cu mare precizie a maselor,

măsurarea lungimii folosind radiaţii etalon etc.

Măsurarea prin metoda comparării simultane se

poate face fie prin comparare 1:1, fie prin comparare 1:n.

2.1.1. Metode de măsurare prin comparare simultană 1:1

Compararea 1:1 este fie o comparare directă, în situaţia în care măsurandul este comparat

nemijlocit cu o mărime de referinţă, fie o comparare indirectă, în situaţia în care compararea este

efectuată cu ajutorul unui aparat (comparator) intermediar etalonat anterior.

► Compararea directă 1:1, prin metoda diferenţială şi metoda de zero

a) Metoda diferenţială constă în măsurarea nemijlocită a diferenţei dintre măsurând şi o

mărime de referinţă cunoscută, de valoare apropiată de cea a măsurandului: x = x0+d (2)

unde: x = valoarea măsurandului,

x0 = valoarea de referinţă, cunoscută

d = diferenţa măsurată direct

Exemplu: măsurarea lungimii unei piese, prin comparare cu o piesă de referinţă (un etalon,

o cală plan paralelă), măsurând cu un comparator cu cadran diferenţa d dintre lungimile pieselor

(Fig. 2.2).

Fig. 2.2. Compararea lungimilor a două piese prin metoda diferenţială

b) Metoda de zero este un caz particular al metodei diferenţiale, în

care diferenţa dintre măsurând şi mărimea de referinţă este adusă la zero:

x = x0 (3)

În acest fel, aparatul nu mai măsoară propriu-zis, el fiind folosit doar ca indicator de nul.

Drept urmare, influenţa sa asupra incertitudinii de măsurare este şi mai mică, în procesul de

măsurare intervenind numai incertitudinea datorată insensibilităţii de nul.

Cu alte cuvinte, relaţia (3) ar trebui scrisă astfel: x = x0 ± ui (4)

unde: ui reprezintă incertitudinea datorată insensibilităţii indicatorului de nul.

Metoda diferenţială şi metoda de zero sunt, în general, cele mai precise metode de

măsurare, deoarece pentru ambele metode incertitudinea introdusă de aparat este minimă.

Această metodă prezintă dezavantajul că necesită un etalon de valoare apropiată de valoarea

măsurandului sau un etalon de valoare variabilă.

► Compararea indirectă 1:1 Principalele variante ale comparării 1:1 indirecte sunt:

metoda comparării simple, metoda substituţiei şi metoda permutării.

a) Metoda comparării 1:1 indirecte simple (Fig. 2.3.a), constă în compararea celor două

mărimi - măsurandul şi referinţa - cu ajutorul unui aparat numit comparator 1:1.

Rezultatul este dat de expresia: X = K X 0 (5)

unde: K - factor introdus de comparator, K ≈ 1 .


Acesta adaugă o sursă importantă de incertitudine în procesul de măsurare, atât în cazul în

care K = 1, cât şi în cazul corectării lui K, introducând în relaţia (5) valoarea sa reală, diferită de

1 (în realitate, K = 1 + e, unde e este o corecţie neaplicată).

b) Metoda substituţiei (metoda Borda), numită şi „metoda efectelor egale", elimină eroarea

sistematică a comparatorului printr-o măsurare dublă. Cele două mărimi de comparat se aplică

succesiv aparatului, egalitatea lor fiind asigurată de faptul că au acelaşi efect asupra aparatului. în

acest fel, eroarea aparatului este eliminată, fiindcă ea intervine la fel în ambele măsurări.

Incertitudinea măsurării depinde de sensibilitatea comparatorului şi de erorile aleatoare.

Fig. 2.3. Metoda de măsurare prin comparare 1:1 indirectă:

a - comparare simplă; b - metoda substituţiei;

c - metoda permutării

Metoda substituţiei poate fi ilustrată prin compararea a

două mase, cu ajutorul unei balanţe cu braţe egale (Fig.

2.3.b). În metoda substituţiei, pe lângă masele de

comparat (masa necunoscută x şi masa etalon x0), mai

este necesară o masă auxiliară xt, numită „tară", de

valoare apropiată de x şi de x0. La prima măsurare se

pune pe un platan al balanţei masa x şi pe al doilea platan masa auxiliară xt.

Prin variaţia valorilor xt, se ajunge la echilibrul balanţei.

Dacă lungimile braţelor balanţei sunt l1 şi l2, aplicarea legii pârghiilor conduce la relaţia:

l1·x=l2·x (6)

La a doua măsurare, se înlocuieşte masa x cu masa etalon x0, iar pe celălalt platan se

păstrează nemodificată masa x(, necunoscută.

Se reechilibrează balanţa, prin variaţia valorilor x0 şi rezultă:

L1·x0 = l2·xt (7)

unde:x0 - valoarea care asigură echilibrul.

Relaţiile (6) şi (7) raportate (membru cu membru) sunt echivalente cu:

x/x0=1 şi x = x0 (8)

Rezultatul nu depinde nici de raportul lungimilor braţelor de pârghie l1, l2, nici de masa auxiliară

xt. Prin faptul că exclude influenţa erorilor sistematice ale balanţei, metoda se aplică în măsurările

de cea mai înaltă precizie.

c) Metoda permutării (metoda Gauss), numită şi metoda „transpoziţiei", reprezintă o altă

posibilitate de eliminare a erorii comparatorului, în cazul unei comparări 1:1. Şi în acest caz se

fac două măsurări succesive. Caracteristic pentru această metodă este schimbarea între ele a

mărimilor comparate, de la prima la a doua măsurare, ceea ce face ca erorile aparatului să

afecteze cele două mărimi pe rând, în egală măsură.

Pentru a ilustra această metodă, se consideră tot compararea a două mase, cu ajutorul unei

balanţe cu braţe egale (Fig, 2.3.c). La prima măsurare, se aşează masa necunoscută x pe primul

platan şi masa etalon x0 pe al doilea platan.

Astfel, rezultă: (9)

La a doua măsurare, x şi x0 se schimbă între ele. Dacă l1 ≠ l2, va fi necesară o modificare a

masei etalon, pentru a obţine echilibrarea balanţei. Fie x0' noua valoare care echilibrează balanţa.

Se obţine: l1·x=l2·x0 (10).

Egalităţile (9) si (10) sunt echivalente cu: x/x0'=x0/x (11) și

Şi în acest caz, rezultatul final care reprezintă media geometrică a celor două rezultate

parţiale este independent de raportul lungimilor braţelor de pârghie l1/l2.


2.1.2. Metode de măsurare prin comparare simultană 1:n

Compararea 1:n este o metodă de comparare simultană, în care măsurandul este comparat

cu o mărime de referinţă de valoare sensibil diferită (măsurandul şi referinţa au valori în raportul

1:n, unde n≠1).

Există două posibilităţi de a compara simultan doi măsuranzi de valori diferite: metode de

adiţionare (însumare), prin combinarea mai multor valori, astfel încât să permită în final o

comparare 1:1, şi metode de multiplicare (de raport), în care se foloseşte un dispozitiv de raport

intermediar prin comparare.

• Metode de comparare prin adiţionare

Sunt metode relativ complexe, folosind valori auxiliare şi un număr suficient de comparări,

astfel încât, în cele din urmă, compararea 1:n să se realizeze printr-un număr anumit de comparări

1:1.

Exemplu: trebuie etalonată o masă etalon de 10 kg, prin comparare cu o masă de 1 kg, a cărei

valoare este cunoscută.

Pentru aceasta, se vor folosi o serie de mase auxiliare de 1 kg, 1 kg, 2kg şi 5 kg (ale căror valori nu

trebuie să fie cunoscute), pe baza următoarei proceduri:

- se etalonează prima masă de 1 kg, prin comparare cu etalonul de referinţă de 1 kg;

- se etalonează a doua masă auxiliară de 1 kg în acelaşi fel, prin comparare cu referinţa de 1 kg;

- se etalonează a treia masă auxiliară, de 2 kg, cu masa însumată (1kg+1kg) a două din etaloanele

de 1 kg (de valori acum cunoscute);

- se etalonează a patra masă auxiliară, de 5 kg, cu masa însumată (1kg+1kg+1kg+2kg) a celor

patru etaloane de valori cunoscute, determinându-se astfel şi valoarea unui etalon de 5 kg;

- se compară, în sfârşit, masa de 10 kg cu masa însumată (1 kg +1 kg +1 kg + 2 kg +5 kg),

determinându-se astfel valoarea ei în raport cu masa de referinţă (cunoscută) şi cu masele

auxiliare (determinate prin procesul de măsurare etalonare descris). Se observă că în această

secvenţă de măsurări s-au efectuat numai comparări 1:1 (care, pentru precizie maximă, pot fi

făcute prin substituţie sau prin permutare). în final însă, măsurarea este o comparare 1:10,

ilustrată schematic în figura 2.4.

Fig. 2.4. Compararea unei mase de 10 kg cu o masă de 1 kg,

prin metoda de adiţionare, folosind patru mase auxiliare,

de 1 kg (1'), 1 kg (1"), 2 kg şi 5 kg şi efectuând cinci

comparări 1:1, succesive.

• Metode de comparare 1:n prin multiplicare

Se mai numesc şi metode de raport, deoarece folosesc un dispozitiv de raport care permite

compararea simultană a două mărimi de valori diferite (Fig. 2.5.).

Fig. 2.5. Principiul metodei de multiplicare (de raport)

De cele mai multe ori, metodele de multiplicare sunt similare metodelor de zero, în care

una dintre mărimi este comparată cu un multiplu sau cu o fracţiune din cealaltă mărime.

Raportul de multiplicare sau de divizare, reprezentat de un număr adimensional, este dat de

dispozitivul de raport.

Cel mai cunoscut exemplu de metodă de multiplicare este compararea a două mase cu

ajutorul unei balanţe cu braţe inegale (bascula zecimală, bascula romană etc). Masa de măsurat

este dată de relaţia:

x= ( l 2 , / l 1 ) xo (13) unde: x - masa de referinţă; l1 ,l2 - lungimile braţelor de pârghii ale balanţei.

Precizia metodei depinde nemijlocit de precizia raportului l1 /l2 .


În măsurările mărimilor electrice, metodele de multiplicare sunt folosite pe scară largă şi

sunt cunoscute mai mult sub denumirea de metode de raport. Ele au deseori o precizie ridicată,

datorită preciziei bune a dispozitivelor de raport electrice, cum ar fi punţi, divizoare rezistive,

divizoare inductive ş.a.

Ecuaţia generală de măsurare a metodelor de raport este:

x = kx o (14)

unde: k - parametrul caracteristic dispozitivului de raport.

Parametrul k poate avea una sau mai multe valori fixe; în acest caz, pentru obţinerea relaţiei (14)

este necesară variaţia valorii de referinţă X0. Alte dispozitive de raport permit variaţia raportului

caracteristic k în trepte fine, astfel că mărimea de referinţă poate avea o valoare fixă (sau mai

multe valori fixe).

2.1.3. Metode de măsurare prin comparare succesivă

Metodele de comparare succesivă au avantajul simplificării operaţiei de măsurare.

Compararea succesivă se impune ca metodă de măsurare a mărimilor fizice pentru care este

imposibil, dificil sau incomod de realizat un etalon care să servească pentru compararea directă.

Metoda de comparare succesivă este specifică aparatelor de măsurat indicatoare, în care au loc

una sau mai multe conversii ale mărimii de măsurat.

Exemplu: La un miliampermetru magnetoelectric, curentul de măsurat este convertit

într-un cuplu mecanic care acţionează asupra acului indicator al aparatului. Acestui cuplu activ i

se opune un cuplu rezistent, creat de elementul elastic (arc spiral, banda de suspensie). Poziţia

indicatorului aparatului este determinată de echilibrul celor două cupluri. Se produce astfel o

comparare între cuplul activ şi cuplul rezistent, deci între două mărimi care iau naştere în

interiorul aparatului, în general de altă natură decât măsurandul.

Un fenomen asemănător se produce într-un cântar dinamometric, într-un manometru cu

element elastic sau într-un tahometru centrifugal, unde, prin conversia măsurandului, se ajunge la

o forţă sau la un cuplu activ, echilibrat de o mărime rezistentă corespunzătoare. La un multimetru

digital (Fig. 2.6.), mărimea de măsurat - tensiune, curent, rezistenţă etc. - este convertită într-o

tensiune, într-un interval de timp sau într-o frecvenţă, care este comparată cu o mărime de

referinţă corespondentă. Fig. 2.6. Multimetru digital

Tuturor metodelor de comparare succesivă prezentate le este

caracteristică conversia mărimii de măsurat, x, într-o mărime intermediară,

v, care este comparată cu o mărime de aceeaşi natură, v0, generată în

interiorul aparatului.

Metoda comparării succesive „conţine" deci şi o comparare

simultană, la care însă nu participă măsurandul, ci mărimi intermediare, una

aflată în relaţie cu măsurandul (mărimea v) , iar cealaltă în relaţie cu

mărimea de ieşire a aparatului (mărimea vQ).

Cu alte cuvinte, compararea succesivă înlocuieşte compararea simultană dintre măsurând şi

mărimea de referinţă, printr-o comparare simultană între alte două mărimi, una rezultată din

conversia măsurandului şi alta care, prin conversie, devine mărimea de ieşire a aparatului

(indicaţia aparatului). Figura 2.7. ilustrează principiul metodei de măsurare prin comparare

succesivă.

Fig. 2.7. Principiul metodei de măsurare prin

comparare succesivă

x - mărime de intrare; y - mărime de ieşire.


2.2. METODE DE MĂSURARE INDIRECTĂ

Prin aceste metode, valoarea măsurandului este obţinută din valoarea (sau valorile)

măsurată (măsurate) a altei (sau ale altor) mărimi, legate de măsurând, printr-o dependenţă

funcţională.

Măsurările indirecte se aplică acelor mărimi pentru care nu se dispune de procedee practice

avantajoase de comparaţie nemijlocită cu o mărime cunoscută aparţinând aceleiaşi clase. în

asemenea cazuri, valoarea se obţine prin intermediul unor mărimi de altă natură, direct

măsurabile, şi în raport de care există relaţii cunoscute de dependenţă a mărimii de măsurat. După

forma acestor relaţii de dependenţă, se deosebesc două variante:

- metode indirecte explicite,

- metode indirecte implicite.

2.2.1. Metode indirecte explicite

Metodele indirecte explicite sunt utilizate atunci când mărimea care se măsoară indirect

depinde de cele direct măsurabile printr-o relaţie explicită.

Există numeroase mărimi pentru care asemenea relaţii facilitează măsurarea lor.

Exemplu: suprafeţele sau volumele nu se determină prin compararea directă cu unitatea, ci se

măsoară lungimile laturilor şi, prin intermediul acestora, se calculează suprafaţa sau volumul

corpului respectiv, pe baza unor relaţii cunoscute. În mod similar, rezistivitatea p a unui material

conductor pentru care se poate scrie relaţia:

p = RA/l,

se determină prin măsurarea directă a rezistenţei R, a ariei A şi a lungimii l corespunzătoare unui

eşantion din materialul respectiv.

Introducând în relaţia de mai sus valorile obţinute, se deduce prin calcul valoarea

rezistivităţii p.

Alte exemple: măsurarea densităţii prin măsurarea masei m şi a volumului V şi aplicarea

formulei p=m/V; măsurarea conductivităţii unui conductor prin măsurarea rezistenţei R, a

lungimii l, şi a secţiunii S, ale conductorului şi determinarea conductivităţii σ cu ajutorul formulei

σ=l/RS.

Rezultă astfel că măsurările indirecte explicite constau din mai multe măsurători directe

simultane, urmate de calcule relativ simple efectuate de operator.

2.2.2. Metode indirecte implicite

Aceste metode diferă de metodele explicite prin aceea că mărimea care se determină

indirect depinde de cele direct măsurabile printr-o relaţie implicită.

Un exemplu îl poate constitui evaluarea coeficienţilor de variaţie cu temperatura a unei rezistente

electrice conform relaţiei:

Rθ=Rθo[ 1 + α(Θ - Θ0) + β(Θ - Θ0)2 + γ(Θ –Θ0)

2 ].

Problema este aceea a determinării coeficienţilor α, β, γ care intervin sub o formă implicită

în relaţia de mai sus, pe baza măsurării temperaturii θ şi a rezistenţelor corespunzătoare Rθ .

Pentru obţinerea rezultatului, se vor parcurge etape similare, ca la metodele indirecte explicite, şi

anume: măsurarea directă a temperaturii şi a rezistenţei, introducerea în relaţie şi deducerea

coeficienţilor. Diferenţele constau în faptul că sunt necesare mai multe valori ale mărimilor direct

măsurabile - deci o succesiune de măsurări directe - urmate de calcule complexe ce pot fi

efectuate numai de un operator sau de un calculator.

Pentru determinarea coeficienţilor, în exemplul considerat s-ar părea că sunt necesare trei

măsurări ale rezistenţei Rθ , la trei temperaturi diferite, cu care se formează un sistem de trei

ecuaţii, prin rezolvarea căruia rezultă α, β, γ. O astfel de tratare a problemei ar conduce la soluţii

valabile numai pentru cele trei temperaturi sau pentru o gamă restrânsă de temperatură. Dar

interesează ca relaţia să fie adevărată pentru o gamă largă de variaţii ale lui θ. Obţinerea unor


soluţii corecte implică efectuarea unui număr mare de măsurări în întreg domeniul pentru care se

urmăreşte valabilitatea relaţiei, astfel încât să se înglobeze o cantitate cât mai mare de informaţie

privind caracterul dependenţei R = f(θ).

Aceasta conduce la formarea unui sistem cu un număr de ecuaţii cu mult mai mare decât

numărul de necunoscute, care este incompatibil. Se recurge atunci la o rezolvare aproximativă,

prin metode care ţin de matematicile superioare.

Observăm că măsurările indirecte implicite necesită operaţii complicate în care partea de

calcul capătă un rol preponderent.

În ultimele decenii, ca urmare a progresului tehnologic înregistrat în domeniul

calculatoarelor, au apărut echipamente şi instalaţii complexe de măsurare şi calcul care

facilitează aplicarea metodelor de măsurare indirecte implicite, cum ar fi analizoarele de

frecvenţă.


COLEGIUL TEHNIC METALURGIC

SLATINA - OLT Nume Și Prenume Elev Clasa Data

FIŞĂ DE EVALUARE. TEMA: PROCESE DE MĂSURARE

Stabileşte valoarea de adevăr a următoarelor enunţuri:

1. Etaloanele nu se folosesc pentru măsurări curente.

2. Mijloacele de măsurare etalon au o destinaţie bine precizată: etalonarea

altor mijloace de măsurare.

3. Etaloanele primare servesc la „transmiterea unităţilor de măsură" către

etaloane cu caracteristici metrologice superioare.

Alege varianta de răspuns corectă:

1. Există trei categorii de etaloane:

a. de definiţie; de conservare; pentru etalonarea mijloacelor de măsurare.

b. de definiţie; de conservare; de transfer.

c. de definiţie; de conservare; cu dispozitiv de raport.

2. Metoda diferenţială constă în măsurarea nemijlocită:

a. cu ajutorul unui aparat numit comparator 1:1;

b. a diferenţei dintre măsurând şi o mărime de referinţă cunoscută, de

valoare apropiată de cea a măsurandului;

c. printr-o comparare dublă.

3. Metoda permutării (metoda Gauss) elimină:

a. erorile aleatorii.

b. erorile etalonului primar sau secundar.

c. eroarea comparatorului.

Completează spaţiile libere cu expresia corectă:

1. Măsurarea este operaţia metrologică prin care o mărime..................este

comparată cu unitatea de măsură specifică.

2. Obiectul purtător al mărimii fizice se numeşte.........................

3. Etaloanele secundare de precizia cea mai ridicată sunt etaloane secundare

de ordinul........

4. Clasifică procesele de măsurare în funcţie de domeniul de aplicabilitate.

5. Enumera încercările la care sunt supuse instalaţiile de distribuire a

gazelor naturale.

6. Explică următorii termeni: măsurare, măsurând, mijloace de măsurare,

etalon.

7. Clasifică etaloanele după: - componenţă; - subordonare metrologică.

8. Clasifică metodele de măsurare.


CAPITOLUL 3. MIJLOACE PENTRU MĂSURAREA

MĂRIMILOR TEHNICE CARACTERISTICE PROCESELOR

INDUSTRIALE

Mijloacele pentru măsurarea mărimilor tehnice caracteristice proceselor industriale se

clasifică după mărimea măsurată în:

- mijloace pentru măsurarea mărimilor geometrice;

- mijloace pentru măsurarea mărimilor mecanice;

- mijloace pentru măsurarea mărimilor fizico-chimice;

- mijloace pentru măsurarea mărimilor termice;

- mijloace pentru măsurarea mărimilor electrice.

3.1. MIJLOACE PENTRU MĂSURAREA MĂRIMILOR GEOMETRICE

Mijloacele pentru mărimi geometrice se clasifică după mărimea măsurată în:

- mijloace pentru măsurarea lungimilor;

- mijloace pentru măsurarea unghiurilor.

3.1.1. Mijloace pentru măsurarea lungimilor

■ Măsuri terminale pentru lungimi

Măsurile terminale pentru lungimi sunt măsuri ale căror valori reprezintă distanţa dintre

suprafeţele terminale perpendiculare pe axa de măsurare. Aceste suprafeţe se numesc suprafeţe

de măsurare.

Grupa măsurilor terminale cuprinde:

- lame plan-paralele;

- cale plan-paralele;

- calibre;

- lere pentru grosimi;

- sfere.

1. Lamele plan-paralele sunt lame confecţionate din sticlă optică, folosite pentru

verificarea planităţii suprafeţelor prelucrate prin lepuire (cale plan-paralele,calibre); au forma

cilindrică, iar cele două baze sunt perfect plane şi paralele. Sunt păstrate în truse, iar pentru

verificare se pot folosi una sau mai multe lame plan-paralele.

2. Calele plan-paralele sunt folosite atât pentru conservarea şi transmiterea unităţii de

măsură a lungimii, cât şi pentru verificarea şi reglarea instrumentelor de măsurare. Au forma

paralelipipedică, cu două suprafeţe de măsurare, plane şi paralele, cu finisare foarte bună. Se

confecţionează din oţel, carburi metalice ce conţin wolfram sau materiale ceramice, cu coeficient

de dilatare termică liniară mică la temperaturi cuprinse între 10 şi 30 °C, şi cu duritate de 65

HRC. Suprafeţele de măsurare au o rugozitate de 0,012 mm. Materialul nu este magnetic.

Elementele caracteristice ale unei cale plan-paralele sunt prezentate în figura 3.1. Fig. 3.1. Cale plan paralele Sm-suprafaţa de măsurare Sr - suprafaţa de referinţă ln - lungimea nominală

Principalele abateri ale calelor plan-paralele sunt prezentate în figura

3.2.

Fig. 3.2. Abaterile calelor plan

paralele

a) cala plan paralelă geometric ideală;

b) abaterea lungimii mediane;

c) abatere de la paralelism;

d) abatere de la perpendicularitate a suprafeţelor laterale.


Lungimile nominale ale calelor plan-paralele sunt termeni ai unor progresii aritmetice şi

sunt standardizate şi precizate în tabele.

Calele plan-paralele sunt prezentate în truse, unde o lungime nominală este cuprinsă o

singură dată.

Pentru măsurare, se foloseşte o cală sau construcţii de cale, numite „blocuri de cale",

formate prin aderare, constând în apăsarea uşoară a calelor una peste cealaltă, combinată cu o

mişcare de translaţie.

La utilizarea calelor plan-paralele, trebuie să se ţină seama de următoarele indicaţii:

- înainte de a fi utilizate, calele se şterg cu o cârpă moale;

- calele se verifică periodic;

- înainte de utilizare, se ţin în aceeaşi încăpere cu piesa de măsurat, pentru aducere la aceeaşi

temperatură;

- după utilizare, se curăţă, se şterg, se ung şi se reintroduc în trusă;

- se evită utilizarea calelor plan-paralele în încăperi cu umiditate mare cu aburi sau supraîncălzite.

3. Calibrele sunt măsuri terminale, care se folosesc la controlul dimensiunilor, al formelor

şi al poziţiei relative a pieselor. Ele sunt mijloace de verificare, deoarece nu măsoară efectiv

dimensiunile, ci verifică dacă acestea corespund sau nu prescripţiilor din desenul de execuţie.

Calibrele se folosesc, deci, la verificarea valorilor extreme admisibile.

4. Lerele pentru grosime sunt măsuri terminale cu valoare unică, în formă de lamelă

metalică flexibilă. Se utilizează la verificarea interstiţiului dintre două suprafeţe prelucrate, la

reglarea şi apoi la verificarea reglajului unor mecanisme, la determinarea jocului apărut ca

urmare a uzurii mecanismelor.

5. Sferele sunt bile calibrate de diametre diferite, utilizate la controlul conicităţilor

interioare. Ele sunt păstrate în truse.

■ Măsuri de lungime cu repere

Măsurile de lungime cu repere sunt măsurile ale căror valori sunt reprezentate de distanţa

dintre două repere, care sunt trasate perpendicular pe axa de măsurare. Ele pot fi rigle cu valori

unice şi rigle cu valori multiple.

► Metrul etalon - prototip internaţional (Fig. 3.3.) este o bară executată dintr-un aliaj cu

90% Pt şi 10% Ir, cu secţiunea de forma literei „k" înscrisă într-un pătrat cu latura de 20 mm. La

capete, are trasate câte trei repere, astfel încât distanţa dintre reperele centrale este de 1 m, la

temperatura de 20°C.

Fig. 3.3. Metrul etalon (prototipul internaţional)

► Metrul etalon - prototipul naţional este o riglă confecţionată din acelaşi aliaj ca şi prototipul

internaţional, având în plus un reper trasat la 0,5 m; are simbolul 6c şi este păstrat la Institutul

Naţional de Metrologie, Bucureşti.

1. Riglele sunt confecţionate sub forma de bară rigidă, putând fi alcătuite dintr-un singur

element (rigle rigide) sau din mai multe elemente (rigle flexibile).

Cele mai utilizate sunt:

- rigle metalice rigide, întâlnite în varianta etalon sau de lucru; sunt utilizate pentru măsurare sau

verificare şi pot fi confecţionate din oţel inoxidabil (rigle de verificare) sau din oţel carbon (rigle

de lucru);


- rigle de contracţie, care sunt rigle flexibile, utilizate în turnătorii; gradaţiile ţin seama de

contracţia pieselor la răcire. Aceste rigle au valoarea diviziunii mai mare cu 1,1,5 şi 2%, în

funcţie de valoarea contracţiei specifice a metalelor pentru care se realizează forma;

- metri şi dublu-metri, care se confecţionează din lemn şi se folosesc la măsurarea ţesăturilor. Ei

sunt divizaţi în centimetri, iar reperele 0 şi 100 coincid cu feţele terminale, care sunt protejate cu

colţare de metal.

2. Ruletele sunt măsuri de lungime cu valori multiple, sub formă de benzi de măsurare,

divizate în unităţi de lungime. Ele sunt fixate la capătul terminal de axul unui dispozitiv de

înfăşurare, care rulează banda în interiorul unei casete.

Ruletele se fabrică în următoarele variante:

- rulete obişnuite, folosite la măsurări curente, în industrie sau în activităţile obişnuite;

- rulete cu lest, utilizate la măsurări în plan vertical, pentru măsurarea stocurilor din rezervoare;

- rulete din fibră de sticlă, utilizate la măsurări sub tensiune electrică;

- rulete de buzunar, folosite la măsurări curente.

3. Panglicile de măsurare sunt măsuri cu repere cu scară unilaterală sau cu valori multiple,

confecţionate sub formă de bandă. Ele sunt:

- panglici topografice metalice, utilizate la măsurări topografice obişnuite;

- panglici din ţesături textile sau din mase plastice, utilizate în croitorie sau cizmărie;

- benzi de hârtie, utilizate la măsurări informative, în industria textilă.

Panglicile de croitorie şi de cizmărie sunt confecţionate sub formă de bandă din pânză cauciucată,

prevăzută la capete cu întărituri metalice. Divizarea panglicilor de croitorie se execută pe ambele

părţi, în centimetri. Panglicile de cizmărie sunt divizate pe o faţă în centimetri, iar pe cealaltă în

„puncte cizmăreşti" (1 punct cizmăresc este egal cu 6,67 mm).

■ Instrumente cu riglă şi cursor pentru măsurarea lungimilor

Instrumentele cu riglă şi cursor folosite la măsurarea lungimilor sunt formate dintr-o riglă,

care are un cioc sau un braţ la un capăt, şi un cursor cu braţ. Suprafeţele de măsurare se află între

feţele interioare ale ciocurilor sau ale braţelor.

Această grupă de instrumente cuprinde instrumentele de măsurat fără vernier (clupe,

zoometre), instrumentele cu vernier (şublere) şi compasurile de măsurat.

1 . Clupele sunt instrumente din lemn, folosite pentru măsurări exterioare, în domeniul

forestier şi în industria de prelucrare a lemnului.

Clupele forestiere (Fig. 3.4) sunt folosite la măsurarea pe teren a dimensiunilor arborilor şi

a trunchiurilor copacilor tăiaţi.

Fig. 3.4. Clupa forestieră

Clupele forestiere sunt divizate în centimetri şi au domeniul de

măsurare cuprins între 50 şi 100 cm.

Clupele de buzunar se folosesc în industria de prelucrare a

lemnului, la măsurarea grosimii scândurilor (pentru sortare). Ele sunt divizate în milimetri şi au

domeniul de măsurare cuprins între 100 şi 150 mm.

2. Zoometrele (Fig. 3.5) sunt instrumente utilizate la măsurarea înălţimii, lungimii şi

grosimii animalelor. Fig. 3.5. Zoometru


3. Şublerul este cel mai răspândit mijloc pentru măsurat lungimi şi este format dintr-o riglă

cu scară gradată şi un cursor cu vernier. Precizia de măsurare poate fi: 0,1 mm, 0,05 mm, 0,02

mm.

Şublerele sunt caracterizate de: limita superioară de măsurare (mm), exactitatea de

măsurare, grosimea peste cele două ciocuri, lungimea ciocurilor şi greutatea lor.

Limita superioară de măsurare, notată cu L, poate avea valori de 150; 200; 300; 500; 800;

1000; 1500; 2000 mm.

► Din punct de vedere constructiv, şublerele pot fi cu o pereche de ciocuri, cu două

perechi de ciocuri, cu două perechi de ciocuri şi cu tijă de adâncime.

Din punctul de vedere al destinaţiei, şublerele pot fi:

a) şublere de exterior şi de interior (Fig. 3.6) folosite pentru măsurarea dimensiunilor

interioare şi exterioare; ele pot fi prevăzute şi cu tijă pentru adâncime.

Fig. 3.6. Şubler de exterior şi de interior 1, 2 - ciocuri; 3 -

suprafeţe de măsurare; 4 - vernier; 5 - riglă; 6 - şurub de fixare.

b) şublere de adâncime, utilizate numai pentru măsurarea adâncimilor (Fig. 3.7.).

Fig. 3.7. șubler de adâncime La aceste şublere, rigla gradată culisează într-un suport-traversă, care poartă vernierul,

suprafaţa de sprijin fiind lama. Măsurarea se face aşezând şublerul pe suprafaţa frontală a găurii

care se măsoară.

c) şublere pentru trasaj (Fig. 3.8) sunt compuse dintr-o riglă fixată pe o talpă de fontă cu

baza plană, care foloseşte la poziţionare pe masa de trasaj. Pe riglă se deplasează cursorul cu cioc

ascuţit, pentru trasaj (sau, în unele variante constructive, plat, pentru măsurare).

Fig. 3.8. Şubler pentru trasaj

d) şublere pentru roţi dinţate (Fig. 3.9), format din două rigle

perpendiculare una pe alta, fiecare având cursor şi vernier. Aceste şublere sunt

folosite exclusiv pentru măsurarea grosimii dinţilor roţilor dinţate.

Fig. 3.9. Şubler pentru roţi dinţate 1 - echer cu scala gradată; 2, 3 -

cursoare cu vernier; 4 - limitator de înălţime; 5, 6 - cursoare de

avans fin; 7, 8 şuruburi de blocare.


4. Compasurile pentru măsurat sunt compuse din bare articulate, terminate cu vârfuri

utilizate pentru încadrarea piesei de măsurat. Compasurile sunt prevăzute cu un sector circular,

divizat în unităţi de lungime.

■ Instrumente cu şurub micrometric pentru măsurat lungimi

Instrumentele de măsurat cu şurub micrometric se mai numesc şi micrometre.

Funcţionarea lor se bazează pe transformarea mişcării de rotaţie a unui şurub micrometric în

mişcare de translaţie. Pasul şurubului micrometric este de 0,5 mm, deci la o rotaţie completă a

tamburului, deplasarea liniară a tijei este de 0,5mm.

Micrometrele au o precizie de măsurare mai mare decât a şublerelor, şi anume: 0,01 mm;

0,002 mm; 0,001 mm.

Principalul criteriu de clasificare a micrometrelor este destinaţia lor. Din acest punct de

vedere, micrometrele pot fi:

- micrometre de exterior;

- micrometre pentru roţi dinţate;

- micrometre pentru filete;

- micrometre pentru adâncime;

- micrometre de interior;

- micrometre pentru sârme;

- micrometre pentru ţevi;

- micrometre pentru tablă;

- micrometre cu pârghie.

Dintre acestea, prezentăm în continuare câteva tipuri de micrometre, mai des utilizate.

1. Micrometre de exterior. La micrometrul de exterior, deschiderea potcoavei reprezintă

principalul element determinant al limitei de măsurare. Micrometrul şi elementele sale

componente sunt prezentate în figura 3.10.

Domeniile de măsurare ale micrometrelor cresc din 25 în 25 de milimetri.

Micrometrele de exterior sunt fabricate în următoarele dimensiuni: 0-25 mm, 25-50 mm,

până la 475-500 mm. Fig. 3.10. Micrometru de exterior:

1 - potcoavă; 2 - braţ cilindric; 3 - nicovală; 4 - tija şurubului

micrometric; 5 - tambur; 6 - dispozitiv de fixare;

7 - dispozitiv de limitare a apăsării

Pentru măsurare, se introduce piesa între suprafeţele

de măsurare. Apoi se realizează contactul dintre tija

şurubului micrometric şi piesă, după care prin rotire continuă, se realizează forţa de apăsare

necesară măsurării. Citirea indicaţilor constă în citirea milimetrilor şi a jumătăţilor de milimetri

de pe braţul cilindric şi a sutimilor de pe tambur.

2. Micrometrele pentru roţi dinţate sunt micrometre de exterior, utilizate pentru

măsurarea elementelor constructive ale roţilor dinţate. Aceste micrometre au ca elemente

caracteristice dimensiunea suprafeţelor de măsurare, care au forma unor talere (Fig. 3.11).

Fig. 3.11. Micrometru pentru roţi dinţate

Sunt folosite pentru măsurarea cotei peste dinţi, la roţile dinţate cilindrice. Diametrul minim al

talerelor este de 25 mm. Limitele superioare de măsurare sunt cuprinse între 25 mm şi 100 mm.


3.Micrometrele pentru filete sunt folosite pentru măsurarea diametrului mediu, a

diametrului interior sau exterior al filetelor (Fig. 3.12).

Fig. 3.12. Micrometru pentru filete 1 , 2 - vârfuri de măsurare

Micrometrele pentru filete se deosebesc de

micrometrele obişnuite prin utilizarea unor vârfuri de

măsurare speciale (Fig. 3.13). Aceste vârfuri se introduc în alezajele special practicate în tija şi în

nicovala micro-metrului.

Măsurarea elementelor filetului cu acest micrometru este o metodă directă de măsurare şi

se foloseşte, în general, la filetele cu precizie scăzută. Limita superioară de măsurare a acestor

filete este cuprinsă între 25 şi 200 mm. Micrometrele pentru filete cu limita superioară de

măsurare mai mare de 25 mm sunt însoţite de cale de reglare.

Fig. 3.13. Vârfuri de măsurare

4. Micrometrele de adâncime (Fig. 3.14 şi 3.15) se folosesc pentru măsurarea adâncimii

pragurilor şi a găurilor înfundate. Fig. 3.14 Micrometru de adâncime

Fig. 3.15. Modul de folosire micrometrului de adâncime

Domeniul de măsurare al micrometrelor de adâncime este de 0-25 mm.

Pentru mărirea domeniului de măsurare, se folosesc prelungitoare.

Acestea sunt tije care se asamblează la şurubul micrometric, confecţionate

din 25 în 25 mm.

■ Aparate comparatoare

Aparatele comparatoare sunt aparate cu amplificare care se prezintă în diferite variante

constructive. Ele se folosesc la compararea dimensiunilor liniare ale piesei măsurate, în raport cu

dimensiunea de comparaţie.

Din această categorie fac parte:

- comparatoarele cu cadran circular;

- comparatoarele cu pârghie;

- comparatoarele de interior;

- minimetrele;

- ortotestele;

- pasametrele;

- optimetrele.

Cu excepţia optimetrelor, care sunt aparate cu amplificare optico-mecanică (prezentate la

cap. 4,2 din partea a II-a a manualului) celelalte aparate comparatoare enumerate sunt cu

amplificare mecanică. Dintre acestea, cele mai utilizate sunt comparatoare cu cadran circular care

pot fi folosite la măsurarea abaterilor efective dar şi la măsurători absolute ale unor dimensiuni

mici sau ale unor deformaţii care nu depăşesc limita superioară de măsurare pe scara gradată.

În figura 3.16 este prezentată schema de principiu şi aspectul constructiv al unui

comparator cu valoarea diviziunii de 0,01 mm.


Fig. 3.16. Comparator cu cadran circular

a - schema de principiu; b - vedere generală; c - comparator cu suport

Scara gradată a comparatorului cu cadran circular are 100 de

diviziuni, iar deplasarea palpatorului cu 1 mm conduce la rotirea

acului indicator cu 360°. Pentru a putea realiza o măsurare cu

ajutorul comparatorului, acesta se fixează într-un suport, ca în

figura 3.16.C.

Pentru a verifica funcţionarea comparatorului, se ridică şi se

coboară uşor tija palpatorului, folosind butonul 5.

Reglarea la cota nominală (la zero) se face fixând

comparatorul în suport şi punându-1 în contact cu blocul de cale de

reglare, astfel ca tija palpatorului să se găsească aproximativ la

jumătatea cursei. Orientarea pentru aprecierea mărimii cursei se

face cu ajutorul indicatorului de rotaţii 6. în acest fel, acul indicator

7 poate ocupa o poziţie oarecare faţă de scara gradată.

După aceasta, se aduce reperul zero în dreptul acului

indicator, prin desfacerea şurubului 4 şi rotirea ramei 3 odată cu

cadranul circular.

Cu ajutorul indicilor 7, se indică câmpul de toleranţă stabilit

conform documentaţiei constructive.




FIŞĂ DE EVALUARE. MIJLOACE PENTRU MĂSURAREA

LUNGIMILOR

I. Alege varianta de răspuns corectă:

1. În grupa instrumentelor pentru măsurat lungimi cu riglă şi cursor

intră:

a) şublerele şi micrometrele;

b) şublerele şi compasurile;

c) şublerul de exterior şi calele;

d) şublerele şi zoometrele.

2. Caracteristicile roţilor dinţate se măsoară cu:

a) calibre pentru roţi dinţate;

b) şubler pentru exterior;

c) micrometre cu pârghie;

d) şublere pentru roţi dinţate.

3. Mijloacele pentru măsurat lungimi, confecţionate sub formă de bară

rigidă dintr-unul sau mai multe elemente, se numesc:

a) rulete; b) rigle; c) panglici; d) şublere.

4. Măsurile de lungime care au valori multiple sub formă de benzi de

măsurare divizate în unităţi de lungime şi care sunt fixate la capătul

terminal de axul unui dispozitiv de înfăşurare, se numesc:

a) panglici; b) fire geodezice; c) rulete; d) panglici de croitorie.

5. Ruletele folosite pentru măsurări sub tensiune electrică sunt:

a) rulete de buzunar;

b) rulete cu lest;

c) rulete din fibră de sticlă;

d) rulete din ţesături textile.

II. Completează spaţiile libere:

1. Şublerele sunt instrumente pentru măsurat lungimi cu precizia

de...................................

2. Din grupa măsurilor terminale pentru lungimi fac

parte:.................................................

3. Lamele plan-paralele sunt lame confecţionate din sticlă optică, folosite

pentru verificarea planităţii suprafeţelor prelucrate

prin....................................

4. Calele plan-paralele se confecţionează din........................., carburi

metalice ce conţin wolfram sau materiale ceramice; la temperaturi cuprinse


între 10-30 °C, au coeficient de dilatare termică liniară mică, iar duritatea

materialului este de 65 HRC.

III. Precizează modul de reglare la zero a comparatorului cu cadran.

IV. Explică în ce constă pregătirea calelor plan-paralele înainte de

utilizare.

Aplicaţie practică:

1. Alege din laboratorul tehnologic sau din atelierul de instruire practică o

piesă.

2. Stabileşte mijloacele de măsurare adecvate.

3. Măsoară dimensiunile piesei.

4. Calculează aria suprafeţei piesei, folosind metoda geometrică.

5. Controlează una din dimensiunile tolerate cu ajutorul comparatorului.


■ Mijloace pentru măsurarea nivelului

Măsurarea nivelului în instalaţiile industriale reprezintă, în multe cazuri, una din

problemele de bază pe care le ridică supravegherea corectă a acestora, precum şi introducerea

automatizării.

Nivelul reprezintă înălţimea unui lichid sau solid (de obicei sub formă de pulbere sau de

granule), considerată de la un reper luat ca referinţă, până la suprafaţa liberă a acestuia.

Nivelul se măsoară în unităţi de lungime.

În tehnică, cunoaşterea acestui parametru poate fi necesară în două situaţii:

- în menţinerea nivelului între anumite limite minime şi maxime, caz în care se utilizează scheme

mai simple, care să lucreze doar la ieşirea din limite, comanda de reglare fiind asigurată prin

regulatoare bipoziţionale (exemplu: rezervoarele-tampon, benzile transportoare, buncărele de

cereale etc);

- în controlul riguros al nivelului şi în cunoaşterea lui exactă, în orice moment, în acest caz

necesitatea unor echipamente cu performanţe superioare este evidentă (exemplu: o serie de

instalaţii chimice, ca: distilatoarele, amestecătoarele, schimbătoarele de căldură, reactoarele, care

impun măsurarea continuă a nivelului).

Menţinerea în limite şi determinarea exactă a nivelului necesită o bună cunoaştere a

procesului căruia i se aplică măsurarea. Sunt anumite instalaţii, în special în industria chimică, la

care intervin agenţi corozivi, la temperaturi înalte, sau la presiuni diferite de cea atmosferică.

Aceasta implică luarea unor măsuri speciale pentru elementele sensibile ale mijloacelor de

măsurare care vin în contact direct cu aceştia.

Măsurarea nivelului lichidului se poate face cu diverse mijloace, de la cele mai simple din

punct de vedere constructiv, cum ar fi joja de nivel, până la cele mai complexe, cum ar fi:

traductoarele ultrasonice, traductoarele bazate pe proprietăţi electrice, traductoarele cu radiaţii

nucleare.

Cele mai utilizate pentru măsurarea nivelului din rezervoare, datorită preţului scăzut, sunt

traductoarele cu plutitor (Fig. 3.17.a).

Fig. 3.17.a Traductor cu plutitor 1- contragreutate; 2- cablu; 3- plutitor

Aceste traductoare funcţionează pe principiul presiunii hidrostatice

şi utilizează un plutitor mare şi greu, pentru a putea dezlocui suficient

lichid. Deplasarea liniară a plutitorului este echilibrată de o contragreutate,

prin intermediul unui cablu. Pentru indicarea nivelului, se utilizează un contor mecanic montat pe

mantaua rezervorului. Variantele mai noi ale acestui tip de traductor au o deplasare a plutitorului

echilibrată, prin intermediul unei benzi perforate, de un resort. Perforaţiile benzii acţionează un

contor mecanic, cu rol de indicator local. Eroarea tipică a acestui tip de traductor este de cca. 10

mm. Din cauza frecării mecanice din scripeţi, resort şi indicator, fiabilitatea este scăzută.

Un alt dezavantaj al traductoarelor cu plutitor îl reprezintă modificarea continuă şi bruscă a

poziţiei plutitorului, din cauza turbulenţelor lichidului din rezervor. Modificările poziţiei produc

o continuă accelerare şi decelerare a mecanismului traductorului, ceea ce conduce la uzura

contorului şi a celorlalte componente. Aceste componente nu pot urmări mişcări şi acceleraţii

bruşte. Adesea, mecanismul cu roţi dinţate care acţionează indicatorul (contorul) cedează,

conducând la citiri eronate şi la nesincronizări. Acest fapt implică o fiabilitate scăzută a

măsurătorii.

• O variantă îmbunătăţită a traductoarelor cu plutitor o reprezintă traductoarele cu

servo-mecanism (Fig. 3.17.b). În acest caz, se utilizează un imersor de dimensiuni reduse, prins

de un fir rezistent şi flexibil, care este desfăşurat de pe un tambur. Resortul este înlocuit de un


servo-motor electric care poziţionează exact plutitorul, în contact cu fluidul. Principiul de

funcţionare se bazează pe utilizarea unui sistem ingenios de cântărire, care măsoară continuu

greutatea plutitorului şi forţa arhimedică. Frecarea mecanică a servo-mecanismului şi a

indicatorului local nu influenţează eroarea şi sensibilitatea acestui tip de traductor. Nici

turbulenţele din rezervor nu afectează direct performanţele, deoarece există un circuit integrator

al servo-mecanismului care elimină efectul variaţiilor bruşte de nivel. Acest traductor măsoară

nivelul mediu, chiar dacă există variaţii bruşte ale produsului din rezervor, eliminând mişcările

care nu sunt necesare şi care produc uzura componentelor. Traductoarele moderne cu

servo-mecanism sunt inteligente, au un număr minim de componente în mişcare şi, implicit,

asigură o bună precizie şi fiabilitate în timp. Pe lângă faptul că măsoară nivelul de lichid, aceste

traductoare sunt capabile să măsoare nivelul de apă (interfaţa) şi densitatea produselor din

rezervoare. Erorile de măsurare sunt mai mici de 1 mm pe un domeniu de măsură de 40 m.

Fig. 3.17.b Traductor cu servomecanism • Traductoare ultrasonice (cu radar)-Fig.3.18- nu au componente în mişcare. Acestea

utilizează o antenă în interiorul rezervorului.

Fig. 3.18. Utilizarea metodei radar pentru măsurarea nivelului din rezervoarele

de stocare.

Pentru măsurarea nivelului de lichid, traductoarele radar utilizează microunde, în general

cu frecvenţa de 10 GHz. Distanţa parcursă este calculată din comparaţia semnalului emis cu cel

reflectat. Undele electromagnetice se propagă cu o viteză apropiată de viteza luminii. Datorită

nivelului mic de măsurat (1-^35 m) şi a rezoluţiei impuse, o metodă bazată pe măsurarea timpului

este aproape imposibilă. Soluţia constă în măsurarea defazajului dintre semnalul emis de antenă

şi cel reflectat de suprafaţa lichidului. În funcţie de acest defazaj, se poate măsura nivelul de

produs .

Traductoarele radar se utilizează la măsurarea nivelului produselor din industria chimică,

din rafinării, din rezervoarele navelor petroliere. Traductoarele radar pot fi utilizate şi pentru

rezervoarele sub presiune, ca, de exemplu, rezervorul de stocare GPL (gaz petrolier lichefiat).

Traductoarele radar se pot folosi şi în cazul produselor vâscoase, cum ar fi bitumul fierbinte,

produsele poluante şi lichidele foarte turbulente.

■ Mijloace pentru măsurarea ariilor suprafeţelor (planimetre)

Pentru determinarea ariei unei suprafeţe, se utilizează instrumente numite planimetre.

Planimetrele au un vârf care se deplasează pe conturul suprafeţei de măsurat, iar mişcarea

acestuia este transmisă unui mecanism integrator ce afişează aria suprafeţei.

În cele ce urmează, sunt prezentate principalele tipuri de planimetre.

1 . Planimetrul polar (Fig. 3.19)

Tija polară se fixează într-un punct 0, situat în interiorul sau în exteriorul ariei de măsurat.

Vârful metalic B este deplasat pe conturul ariei, iar mişcarea acestuia este transmisă prin

intermediul braţului trasor 4, unui mecanism integrator 3.


În mecanismul integrator se află o rotiţă, situată pe un ax paralel cu braţul trasor. Rotiţa se

rostogoleşte fără alunecare, când este deplasată perpendicular pe axul braţului trasor, şi alunecă

fără rostogolire, când este deplasată în direcţia acestui braţ.

Fig. 3.19. Planimetru polar 1 - tijă polară; 2 - greutate; 3 -

dispozitiv integrator; 4 - braţ trasor

B-vârf metalic;

CB- conturul suprafeţei de măsurat; A - aria de măsurat.

Aria rezultată din măsurare pe conturul CB este

dată de relaţia:

A = aN = 2πr lN unde:

a-constanta planimetrului; r- raza rotiţei integratoare; l- lungimea braţului trasor; N- numărul de

rotaţii ale rotiţei integratoare. a , l şi r sunt date în fişa tehnică (cartea tehnică) a planimetrului.

2. Planimetru polar cu disc

Fig. 3.20. Planimetru polar cu disc: 1 - tijă polară; 2 - braţ trasor;

3 - mecanism integrator; 4 - roată dinţată; 5 - disc circular; 6 -

disc cu centrul în punct fix

CB - conturul suprafeţei de măsurat.

Planimetrul polar (Fig. 3.20) este alcătuit din tija

polară 1, pe care este fixat vârful de urmărire 8 şi

mecanismul de integrare 3. De tija polară sunt fixate şi

discurile ce transmit mişcarea mecanismului integrator.

3. Planimetrul rectiliniu este folosit pentru măsurarea ariilor lungi şi înguste. Caracteristic

acestui tip de planimetru este faptul că punctul de articulaţie se deplasează în linie dreaptă.

4. Planimetrul radial este utilizat la măsurarea de înregistrare.

5. Maşina pentru măsurat suprafaţa pieilor este utilizată pentru măsurarea suprafeţelor

moi şi flexibile. Principiul de funcţionare a maşinii constă în însumarea suprafeţelor de arii care

vin în contact cu un număr de palpatori.

Maşina se compune din (Fig. 3.21): batiu, dispozitiv de alimentare, mecanism de acţionare

şi antrenare, dispozitiv de măsurare, mecanisme integratoare şi

înregistratoare.

Fig. 3.21. Dispozitivul de măsurare al maşinii de măsurat suprafaţa pieilor

1 - rolă conducătoare; 2 - role; 3 - ştift; 4 - mecanism integrator

Dispozitivul de măsurare funcţionează în felul următor: pielea

antrenată între cilindri apasă ştiftu-rile pe cilindrul 2, acţionând prin

apăsare în canalele mecanismului integrator. Când maşina merge în gol,

datorită dimensiunilor acestor ştifturi, mecanismul integrator nu este

acţionat. Maşina măsoară dimensiunea efectivă a pieilor, indiferent de

forma suprafeţei acestora.

■ Mijloace de măsurare a volumelor (dozatoare volumetrice)

Măsurarea volumelor se poate face cu:

a) măsuri pentru determinarea volumului lichidelor, gazelor, cantităţii de lichide străine

incluse în produsele de bază;

b) instalaţii pentru distribuirea carburanţilor.


• Măsuri din sticlă

Măsurile din sticlă sunt mijloace de măsurare utilizate în laboratoare. Ele au precizie

ridicată şi sunt uşor de manevrat şi de utilizat.

Pentru a corespunde scopului pentru care au fost construite, măsurile din sticlă trebuie să

îndeplinească următoarele condiţii;

- sticla să fie incoloră, fără defecte, să fie rezistentă la coroziune şi la şocuri termice;

- dopurile să fie etanşe, robinetele în stare bună, iar inscripţionarea măsurii rezistentă în

timp.

În practică, se întâlneşte o mare varietate de măsuri pentru volume utilizate în diverse

domenii de activitate.

1. Cilindrii gradaţi (Fig. 3.22.a) măsoară volume de: 5,10, 25, 50,100, 250, 500,1000 ml.

Ei pot fi: de umplere; de golire; cu dop şlefuit.

Fig. 3.22. Cilindri şi baloane pentru lichide a - cilindru gradat; b -

balon cotat fără dop; c - balon cotat cu dop.

Pe cilindrii gradaţi sunt marcate volumul nominal şi

diviziuni ale acestuia.

2. Baloanele cotate (Fig. 3.22.D şi c) măsoară volume mari, cu precizie crescută.

Capacitatea baloanelor cotate poate fi de: 25, 50,100, 200, 250, 500,1000, 2000 ml.

Din punctul de vedere a construcţiei, baloanele cotate pot fi cu dop sau fără dop, iar din punctul

de vedere al măsurării, pot fi de golire sau de umplere.

Cilindrii şi baloanele se pot verifica prin metoda gravimetrică sau prin metoda

volumetrică.

3 . Pipetele (Fig. 3.23) sunt măsuri din sticlă utilizate pentru măsurarea cantităţilor mici de

lichid. În funcţie de volumul măsurat, pipetele se împart în pipete şi micropipete. Volumul

măsurat de pipete se exprimă în volumul golit din pipetă, la temperatura de 20°C.

Volumul pipetelor poate fi: 1,2,5,10,20,25,50,100 ml, iar al micropipetelor: 0,005; 0,01;

0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 ml.

Din punct de vedere constructiv, pipetele pot fi de umplere (cu reper) sau de umplere şi de

golire (cu scara gradată).

Fig. 3.23. Pipete a - pipetă fără scară gradată;b - pipetă cu scara gradată; c

- micropipetă de umplere; d - micropipetă de umplere şi golire.

Operaţiile efectuate la verificarea pipetelor sunt:

- verificarea aspectului exterior;

- determinarea capacităţii prin metoda volumetrică sau gravimetrică;

- verificarea timpului de scurgere.

4. Biuretele sunt folosite în laborator, pentru determinarea volumelor mici de lichide, prin

golire. Se întâlnesc sub formă de biurete şi microbiurete, în funcţie de cantitatea de lichid golită.


Fig. 3.24. Biurete: a - biuretă simplă; b - microbiuretă;

c - microbiuretă cu robinet simplu

Din punct de vedere constructiv, biuretele (Fig. 3.24) pot fi:

a) simple, confecţionate din sticlă şi prevăzute sau nu cu robinet

la capătul inferior;

b) cu bulă, care au în partea superioară un balon ce se constituie

într-un rezervor care face parte din capacitatea totală a biuretei;

c) microbiurete, folosite pentru determinarea volumelor foarte

mici de lichide; pot avea capacitatea de 1; 2; 5 ml şi au dispozitiv

de umplere şi de golire;

d) biurete automate (Fig. 3.25), care se construiesc la

următoarele capacităţi: 10; 25; 50; 100; 200 ml; ele sunt

prevăzute cu un dispozitiv de preaplin, aşezat în partea superioară, care asigură scurgerea

surplusului de lichid aspirat prin tubul lateral.

Biuretele se verifică prin metoda gravimetrică.

Fig. 3.25. Biurete automate a - biuretă automată b - biuretă automată specială

pentru dozare

5. Măsuri speciale

• Seringile (Fig. 3.26) sunt destinate injectării de substanţe medicamentoase în organisme

vii. în ultimul timp, seringile se construiesc din materiale sintetice, pentru folosinţă unică şi au

volume diferite (0,5; 5; 10; 20 ml).

La seringi se verifică aspectul exterior, etanşeitatea, volumul, prin toate cele trei metode:

volumetrică, gravimetrică şi geometrică.

Fig. 3.26. Seringă: 1 - loc pentru montarea acului; 2 - cilindru gradat; 3 - piston; 4 - tijă piston

• Butirometrele (Fig. 3.27) sunt utilizate în industria de prelucrare a laptelui,

pentru stabilirea conţinutului de grăsimi din produsele lactate. Butirometrele sunt

gradate în procente, pentru fiecare produs verificat: lapte, brânză, zer. Măsurarea se

bazează pe separarea grăsimilor, în urma reacţiei dintre acidul sulfuric concentrat,

cazeină şi sărurile de calciu. Butirometrele se verifică prin metoda gravimetrică sau

volumetrică.

Fig. 3.27. Butirometru pentru lapte

Fiolele sunt mijloace de măsurare utilizate în industria petrolieră. Ele pot fi:

- fiole gradate (Fig. 3.28.a) folosite pentru măsurarea cantităţii de impurităţi mecanice

din produsele petroliere. Separarea impurităţilor se face prin centrifugare, iar volumul

unei fiole este de 125 ml;

- fiole colectoare de apă (Fig. 3.28.b) folosite pentru măsurarea cantităţii de apă

din produsele petroliere.

Fig. 3.28. Fiole pentru produse petroliere a-fiolă gradată; b fiolă colectoare de apă.


• Instalaţii pentru distribuit carburanţi

1. Cisternele auto sunt rezervoare utilizate pentru transportul lichidelor pentru alimentarea

rezervoarelor fixe.

Din punctul de vedere al modalităţii de descărcare, cisternele pot fi cu descărcare totală sau

cu descărcare parţială, iar din punct de vedere constructiv, pot avea un compartiment sau mai

multe.

Volumul cisternelor auto poate fi de la 1000 până la 4000 I. Cisternele sunt prevăzute cu:

- dispozitiv de scurgere;

- robinet de eliminare a aerului;

- gură de umplere cu capac;

- sistem de ventilare;

- indice de nivel;

- contor volumetric;

- dispozitiv de înclinare a rezervorului pentru uşurarea curgerii.

2. Cisternele-vagon se aseamănă, din punct de vedere constructiv, cu cisternele auto. Ele

sunt utilizate pentru transportul combustibililor pe calea ferată.

Calibrarea cisternelor se face prin metoda gravimetrică sau volumetrică. Pentru stabilirea

volumului se foloseşte apă, iar măsurarea se face cu mijloace etalon.

3. Rezervoarele sunt utilizate pentru depozitarea lichidelor. Volumul rezervoarelor se

determină prin calibrare la umplere şi la golire. Ele pot fi montate pe sol, la demisol sau pot fi

îngropate.

3.1.2. Mijloace pentru măsurarea unghiurilor

Măsurarea unghiurilor se poate face prin trei metode:

- cu măsuri terminale (cale unghiulare, echere, şabloane,calibre)

- prin metoda goniometrică, unde unghiul este determinat direct în grade, minute şi

secunde, utilizând raportoare, cap divizor, microscop universal;

- prin metoda trigonometrică, măsura unghiurilor rezultă din calcul, folosind funcţiile

trigonometrice.

■ Măsuri terminale pentru unghiuri

1. Calele unghiulare (Fig.3.29) sunt măsuri etalon pentru unghiuri; ele se prezintă sub

formă de plăci prismatice şi se construiesc din oţel tratat, cu coeficient de dilatare mic pentru

temperaturi cuprinse între 10-50°C.

Duritatea minimă a suprafeţelor de măsurare este de 62 HRC, iar muchiile au raza sub 0,5

mm, cu rugozitate de 0,012 mm - pentru suprafeţele de măsurare şi 0,8 - pentru celelalte

suprafeţe. Calele unghiulare sunt lipsite de magnetism, zgârieturi, bavuri.

Din punctul de vedere al numărului de unghiuri şi formei bazei prismei, calele unghiulare pot fi:

Fig. 3.29. Cale unghiulare - cale prismă trapezoidală (Fig. 3.29.a), care au un singur unghi de lucru, cu măsura cuprinsă între

1-9°;

- cale prismă triunghiulară (Fig. 3.29.b), care au măsura unghiului de lucru cuprinsă între

10°-90°;

- cale prismă patrulateră (Fig. 3.29.c), care au patru unghiuri de lucru;

- cale prismă poligonală (Fig. 3.29.d), care au mai multe unghiuri de lucru.


Suprafeţele de lucru ale calelor (cele care delimitează unghiurile) sunt şlefuite, pentru a se

putea alcătui blocuri de cale necesare măsurării diverselor unghiuri. Pentru prinderea calelor în

blocuri, acestea sunt prevăzute cu găuri pentru ştifturi conice sau cu găuri pentru şuruburi.

Calele unghiulare se fabrică şi se livrează sub formă de seturi, la care diferenţa unghiului activ

dintre diferite cale este de 10°, 1°, 1', 10".

Pentru controlul unor unghiuri mai des întâlnite, se folosesc seturi care au în componenţa

lor cale la care unghiurile de lucru sunt de: 15°, 30°, 45°, 55°, 65°.

Controlul cu ajutorul calelor unghiulare se face prin metoda fantei de lumină, la care

erorile de măsurare sunt cuprinse între 15' şi 30°. Pe de altă parte, din cauza faptului că aprecierea

gradului de coincidenţă a calelor şi unghiurilor se face vizual, în acest control intervin adesea

erori subiective, variabile în funcţie de experienţa operatorului.

2. Şabloanele (Fig.3.30) sunt utilizate pentru măsurarea unghiului de ascuţire a sculelor

aşchietoare. Precizia verificărilor efectuate cu aceste mijloace este scăzută.

Fig. 3.30. Şabloane unghiulare 3. Echerele sunt mijloace de măsurare cu valoare fixă, utilizate pentru verificări şi trasări

de unghiuri.

Valoarea unghiurilor active este, de regulă, de 90°, dar se mai construiesc şi echere pentru

unghiuri de 30°, 45°, 60° şi 120°.

În figura 3.31. sunt prezentate principalele forme constructive ale echerelor cel mai des

utilizate.

Fig. 3.31. Echere: a - echer simplu; b - echer cu talpă; c - echer

profilat; d - echer pentru suprafeţe; e - echer lamă

Verificarea echerelor se poate face prin următoarele metode:

- metoda fantei de lumină, prin care se compară trei echere, două

câte două, observând fanta de lumină;

- metoda calibrelor lamelare;

- metoda comparării cu un echer etalon.

■ Aparate goniometrice

Aparatele goniometrice sunt mijloace de măsurare pentru unghiuri, prevăzute cu două

suprafeţe de aşezare, care se pot roti una faţă de cealaltă.

Deci, metoda de măsurare este metoda suprapunerii suprafeţelor de măsurare peste laturile

unghiului ce trebuie măsurat.

Din această grupă de aparate fac parte;

- raportoarele;

- nivelele cu bule de aer;

- capetele divizoare;

- microscoapele de atelier şi universale.

1. Raportoarele sunt instrumentele cel mai des folosite la măsurarea unghiurilor.

Diviziunile raportoarelor mecanice sunt marcate din 10' în 10' şi din 5' în 5', pentru raportoarele

optice.

Se întâlnesc mai multe tipuri de raportoare, care diferă între ele prin modul de citire şi prin

modul de aşezare a suprafeţelor de măsurare.

a) Raportorul universal (Fig. 3.32) are domeniul de măsurare cuprins între 0 şi 360°, o

precizie de citire de 5' (24 de diviziuni, câte 12 de o parte şi de alta a reperului zero).


Fig. 3.32. Raportor universal

b) Raportorul optic tip Zeiss (Fig. 3.33, a) are un domeniu de măsurare cuprins între 0° şi

360°, cu o precizie de citire de 5". Raportorul se compune din corpul 1, care este format din două

părţi: una fixă, care face corp comun cu rigla 2 şi una mobilă, care se roteşte în jurul unui ax, de

care se fixează rigla mobilă 4, cu ajutorul şurubului 3. în interiorul părţii fixe a corpului 1, este

montată o placă circulară de sticlă, pe care este trasată o scară de la 0 la 360°, numerotată din 90°

în 90°.

Discul mobil şi rigla 4 pot fi fixate în poziţie de măsurare cu ajutorul pârghiei 6. Pe partea

posterioară a părţii mobile, în dreptul lupei, se află un orificiu prevăzut cu un filtru verde din

sticlă. Prin acest orificiu, se luminează prin transparenţă scara gradată şi lupa, cu ajutorul unei

surse luminoase. Citirea unghiului dintre rigle se face vizând prin lupă (imaginea scării gradate se

suprapune peste imaginea vernierului)-Fig 3.33, b.

Fig. 3.33. Raportor optic

2. Nivelele cu bule de aer se folosesc pentru determinarea abaterilor de la poziţiile

orizontală sau verticală ale suprafeţelor plane. Din punct de vedere constructiv, ele se prezintă în

două variante:

a) nivela cu cadran (Fig. 3.34), prevăzută cu un tub de sticlă umplut cu eter etilic, în

interiorul căruia rămâne o bulă de aer care se deplasează de-a lungul unui cadran; valoarea

diviziunii poate varia de la 4" la I', iar distanţa dintre repere este de 2 mm;

b) nivela cu microscop, utilizată atunci când cele două suprafeţe ale piesei sunt separate.

Determinarea măsurii unghiulare se face relativ la o suprafaţă de referinţă, faţă de care se

efectuează măsurarea.

Fig. 3.34. Nivelă cu

bulă de aer

■ Aparate trigonometrice

Utilizarea aparatelor trigonometrice se bazează pe măsurarea directă a unor dimensiuni,

apoi pe calcularea măsurii unghiului aplicând formule trigonometrice.

Aparatele trigonometrice sunt:

- rigla de sinus;

- rigla de tangentă.


Fig. 3.35. Rigla de sinus a) - principiul de măsurare al riglei

de sinus; 1 - rigla de sinus; 2 - piesa de controlat;

3 - ceas comparator; 4 - suport, b) - măsurarea cu ajutorul

riglei de sinus: c) - rigla de sinus; d) - montaj de măsurare;

1. Măsurarea unghiurilor cu ajutorul riglei de sinus (Fig.3.35) se bazează pe

poziţionarea corectă" piesei şi calcularea unghiului, în funcţie de înălţimile şi h ale celor două

cale.

Cunoscând lungimea L a riglei de sinus, putem calcula:

,

unde valoarea unghiului α se obţine din tabel trigonometrice.

De regulă, lungimea L are valoarea 100 mm sau multiplu de 100 mm.

2. Rigla de tangentă se foloseşte conform unu principiu de măsurare asemănător cu al

riglei de sinus cu deosebirea că, în calcul, nu se foloseşte lungime; riglei, ci distanţa dintre

calibre. Schema de principii pentru măsurarea unghiurilor folosind rigla tangentă este prezentată

în figura 3.36.

Fig. 3.36. Principiul măsurării cu rigla de tangentă

Relaţia de calcul este:

,

unde L = l + l1




Fişă de evaluare. Tema: Mijloace pentru măsurarea unghiurilor

I. Alege varianta de răspuns corectă:

1. Calele unghiulare sunt:

a) instrumente pentru măsurarea unghiurilor;

b) măsuri etalon pentru unghiuri;

c) aparate de măsurare pentru unghiuri;

d) metode de măsurare pentru unghiuri.

2. Măsurile etalon pentru unghiuri sunt:

a) rigla sinus, calele unghiulare, echerele;

b) rigla tangentă, echerele, raportoarele;

c) calele unghiulare, şabloanele, echerele;

d)raportoarele, echerele, calele unghiulare.

3. Din grupa aparatelor goniometrice pentru măsurarea unghiurilor fac

parte:

a) nivelele cu bulă de aer, microscoapele de atelier, riglele sinus;

b) raportoarele, nivele cu bulă de aer, capetele divizoare, microscoapele;

c) rigla sinus, rigla tangentă, raportoarele, echerele;

d) echerele, calele unghiulare, raportoarele, nivele cu bulă de aer.


1. Rigla de sinus şi rigla de tangentă fac parte din categoria

aparatelor...................................

2. Echerele sunt mijloace de măsurare cu valoare fixă, utilizate pentru

verificări şi....................de unghiuri.

3. Nivelele cu bule de aer se folosesc pentru determinarea abaterilor de

la poziţiile..................sau.......................ale suprafeţelor plane.

4. Şabloanele sub formă de unghiuri sunt utilizate pentru măsurarea

unghiului de...................a sculelor aşchietoare.

5. Măsurile terminale pentru unghiuri

sunt:.......................................................................

6. Verificarea echerelor se poate face prin următoarele

metode:..............................................., metoda calibrelor lamelare, metoda

comparării cu un echer etalon.

III. Enumera părţile componente ale raportorului optic tip Zeiss.

IV. Clasifică biuretele, din punct de vedere constructiv.

V. Explică principiul de măsurare al traductoarelor ultrasonice.


3.2. Mijloace pentru măsurarea mărimilor mecanice

3.2.1. Mijloace pentru măsurarea forţelor (dinamometre)

Forţa este definită ca fiind acţiunea exercitată de un corp asupra altui corp.

Este o mărime vectorială, caracterizată prin următoarele noţiuni:

- mărimea forţei;

- valoarea numerică a acesteia;

- suportul forţei;

- sensul forţei;

- punctul de aplicaţie al forţei.

Relaţia de definire a forţei, ca mărime fizică, este: F = m • a

O altă forţă des întâlnită este greutatea: G = m • g

Cu ajutorul acestor relaţii, putem defini forţa ca fiind acţiunea exercitată asupra unui corp

de masă m, imprimându-i corpului acceleraţia a.

Greutatea se defineşte ca fiind forţa care, acţionând asupra unui corp, îi imprimă acestuia

acceleraţia căderii libere locale, g.

În SI, unitatea de măsură pentru forţă este newton (N). Newton-ul este forţa care, aplicată

unui corp cu masa de un kilogram, îi imprimă o acceleraţie de 1 metru pe secundă la pătrat:

1N =1 kg m/s2.

Multiplii şi submultiplii newtonului sunt prezentate în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1 Denumire Simbol Valoare

Kilonewton (stena) kl\l (sN) 10 3N

hectonewton hN 10 2N

decanewton daN 10 'N

newton N 10° N

decinewton dN 10 -1N

centinewton cl\l 10 2N

milinewton mN 10 3N

micronewton μN 10 6N

Forţele se măsoară cu aparate numite dinamometre. Acestea au o construcţie simplă şi

dimensiuni de gabarit reduse. Măsoară forţa cu o precizie cuprinsă între ±0,1 şi ±0,6%, pentru

dinamometrele etalon, şi între ±1 şi ±3%, pentru dinamometrele de lucru.

Din punct de vedere constructiv, dinamometrele pot fi:

- cu element elastic;

- hidraulice;

- pneumatice;

- electromecanice.

► Dinamometrele cu element elastic sunt folosite pentru măsurarea forţelor, precum şi

pentru verificarea maşinilor unelte. Elementul de bază al acestor dinamometre este elementul

elastic, care se deformează sub acţiunea forţelor. Deformaţia elementelor elastice este

proporţională cu mărimea forţei.

Elementele elastice se construiesc din oţeluri arc sau înalt aliate cu crom, nichel şi

molibden. De regulă, elementul elastic se execută dintr-o singură bucată, nu are incluziuni şi este

prelucrat prin forjare, eliminându-se operaţia de prelucrare prin aşchiere.


Cele mai bune dinamometre sunt cele la care elementul elastic are forma de bară, de

secţiune plină sau inelară, deoarece este asigurată o solicitare axială uniformă a întregului

material.

Elementele elastice cele mai folosite sunt prezentate în figura 3.37.

Fig. 3.37. Elementele elastice pentru dinamometre:

a - element elastic bară; b - element cu arcuri; c - element inelar

În figura 3.38 este prezentat un dinamometru cu element elastic de formă inelară. La acest

dinamometru, deformaţiile care se obţin sunt mari, dar tensiunile variază mult în secţiune şi de-a

lungul conturului elementului elastic.

Fig. 3.38. Dinamometrul cu element elastic de formă inelară

Aceste dinamometre pot fi folosite atât la tracţiune, cât şi la

compresiune, dar alternanţa de solicitări duce la modificări în comportarea

elastică a materialului. De aceea, se recomandă utilizarea unui dinamometru într-un singur sens

de solicitare (întindere sau compresiune). Etalonarea se va face, de asemenea, separat pentru cele

două tipuri de solicitări.

Dinamometrul rombic (Fig. 3.39) poate fi utilizat atât la întindere cât şi

la compresiune.

Fig. 3.39. Dinamometru rombic

Dinamometrul furcă (Fig. 3.40.) este utilizat pentru măsurarea forţelor de compresiune şi

la tracţiune. Săgeata de deformare se măsoară în axa de solicitare la compresiune.

Fig. 3.40. Dinamometru furcă ► Dinamometrele hidraulice (Fig. 3.41) se folosesc pentru măsurarea forţelor mari, de

ordinul a mii de tone forţă. în aceste situaţii, elementele elastice devin inutile, din cauza creşterii

gabaritului. Fig. 3.41. Schema dinamometrului hidraulic cu piston:

1- cilindru; 2 - piston; 3 - manometru.

Principiul de funcţionare este similar cu cel al preselor hidraulice, adică transformarea

forţei în presiune.

Presiunea care se exercită prin apăsarea pistonului asupra lichidului închis în cilindru este

proporţională cu forţa aplicată pistonului: F = p •A.

Deci, prin măsurarea la manometru a presiunii p şi cunoscând secţiunea pistonului se poate

afla forţa F.

Dinamometrele hidraulice au precizie scăzută, din cauza frecărilor dintre piston şi cilindru

şi a celor din ghidajele maşinii.


► Dinamometrele pneumatice (Fig. 3.42.a) sunt utilizate la măsurarea forţelor care

acţionează asupra unei maşini-unelte.

Fig. 3.42. Dinamometru pneumatic

Asupra grinzii 1 acţionează o forţă P, care trebuie măsurată.

în urma acţiunii forţei, grinda se deformează, determinând

modificarea distanţei dintre ea şi duza amplificatorului

pneumatic. Măsurarea se face reglând presiunea în sistemul

pneumatic, astfel încât sistemul să revină la poziţia zero.

Măsurând variaţia de presiune, se poate afla forţa ce

acţionează asupra grinzii.

► Dinamometrele electromecanice au posibilitatea să măsoare variaţia rapidă a forţei.

Ele au o serie de calităţi cum sunt: gabarit mic, siguranţă în exploatare, deservire comodă şi

folosesc foarte multe tipuri de traductoare electrice capabile să convertească efectul aplicării unei

forţe şi anume deformarea elementului elastic, în mărimi electrice. Cele mai folosite traductoare

sunt cele piezoelectrice, magnetoelastice, rezistive, capacitive, inductive, tensometrice etc.

În figura 3.42.b este reprezentat un dinamometru inductiv cu miez mobil, unde: 1-cilindru

special cu membrană elastică; 2-bilă; 3-element de prelucrare a forţei; 4-armătură mobilă;

5-armătură fixă; 6-înfăşurări ale bobinei; 7-conductoare; 8-racord; 9-capac.

3.2.2. Mijloace pentru măsurarea presiunii

Presiunea este o mărime fizică derivată, care caracterizează starea unui fluid şi reprezintă

raportul dintre forţă şi suprafaţa pe care se exercită perpendicular şi uniform repartizat:

Unităţi de măsură

În SI, unitatea de măsură pentru presiune derivă chiar din relaţia de definiţie şi este newton

pe metru pătrat: [p] = N/m2.

1 N/m2 este presiunea produsă de o forţă de 1 newton, normală şi uniform distribuită pe o

suprafaţă cu aria de 1 metru pătrat.

Multiplii şi submultiplii cel mai des utilizaţi ai N/m2

sunt: daN/m2; kN/m

2; MN/m

2;

GN/m2; N/cm

2; mN/mm

2.

Pentru măsurarea presiunii, mai există o serie de unităţi de măsură care, deşi nu fac parte

din SI, mai sunt uneori folosite.

În sistemul MKS, unitatea de măsură pentru presiune este tot N/m2, dar ea se numeşte

pascal şi se notează Pa.

În sistemul CGS, unitatea de măsură pentru presiune se numeşte dyna pe centimetru pătrat

sau barye şi se notează dyn/cm2. Ea se defineşte ca fiind presiunea rezultată din aplicarea unei

forţe normale şi uniform distribuită de o dynă, pe o suprafaţă de un centimetru pătrat: 1 dyn/cm2 =

1 μbar

Multiplii baryei mai des utilizaţi sunt următorii:

hectobarul 1 hbar = 108 dyn/cm

2

barul 1 bar= IO6 dyn/cm

2

milibarul 1 mbar= IO3 dyn/cm

2

Se utilizează şi următoarele unităţi de măsură:

- milimetru coloană de apă (la temperatura de 20° C), notat mm H20;

- milimetru coloană mercur (la temperatura de 0° C şi acceleraţia gravitaţională g = 9,80665

m/s2), notat mm Hg sau torr;

- atmosfera tehnică (kilogram forţă/cm2), notată at;


- atmosfera absolută notată ata; n ata = (n + 1)at

- atmosfera fizică, folosită în meteorologie. Legătura dintre unităţile de măsură tolerate şi unitatea

de măsură în SI este dată în tabelul 3.2.

Tabelul 3.2

Unitatea de măsură Simbolul N/m2 (SI)

1 kg forţă pe metru pătrat kgf/m2

9,80665

1 dynă pe cm pătrat (microbar) dyn/cm2 (barye) (Hbar) 10

- 1

1 mm coloană de apă mm H20 9,80665

1 mm coloană mercur mm Hg (torr) 133,322

1 atmosferă tehnică (1 kg forţă pe cm pătrat) at (kgf/cm2) 9,80665 x10

4

1 atmosferă fizică ATM 1,01325 x105

Mijloacele pentru măsurarea presiunii se deosebesc între ele în funcţie de: principiul de

funcţionare; soluţia constructivă; precizia de măsurare; tipul fluidului măsurat, lichid sau gaz;

valoarea presiunii nominale.

După principiul de funcţionare, mijloacele pentru măsurat presiuni se împart în:

- aparate cu lichid, a căror funcţionare se bazează pe legea fundamentală a hidrostaticii:

diferenţa de presiune dintre două puncte aflate la adâncimi diferite într-un lichid este egală cu

produsul dintre greutatea specifică a lichidului şi diferenţa de nivel dintre cele două puncte.

Din această grupă de aparate, fac parte aparate cu tub în formă de U.

- aparate cu element elastic, a căror funcţionare se bazează pe deformaţia unor elemente

elastice sub acţiunea presiunii (membrane, tuburi Bourdon, tuburi spirale, silfoane);

- aparate cu piston şi greutăţi, a căror funcţionare se bazează pe legea lui Pascal: presiunea

exercitată din exterior asupra unui lichid se transmite integral în toată masa lichidului; ele sunt

construite numai ca etaloane.

- aparate electrice - care funcţionează pe baza variaţiei proprietăţilor electrice ale

materialelor supuse la presiune (manometre cu cuarţ, manometre cu rezistenţă de manganin);

- aparate combinate - care funcţionează pe baza combinaţiei diferitelor principii de

măsurare (traductoare electrice, traductoare pneumatice).

După valoarea presiunii măsurate, mijloacele pentru măsurat presiunea sunt:

- manometre - care măsoară presiuni mai mari decât presiunea atmosferică;

- vacuummetre - care măsoară presiuni mai mici decât presiunea atmosferică;

- manovacuummetre - care măsoară atât presiuni mai mari, cât şi mai mici decât presiunea

atmosferică;

-micromanometre, microvacuumetre, micro-manovacuummetre, care măsoară presiuni cu

valori până la 500 mm H20.

■ Aparatele cu lichid pentru măsurarea presiunii se caracterizează prin

construcţie simplă şi precizie ridicată, fiind utilizate în laboratoare şi în industrie, ca aparate

etalon. Ele pot fi manometre, vacuummetre şi manovacuummetre.

Principiul de funcţionare se bazează pe echilibrarea presiunii de măsurat, prin presiunea

hidrostatică produsă de o coloană de lichid.

Din punct de vedere constructiv, ele sunt aparate cu citire directă şi se pot împărţi în

următoarele grupe:

- aparate cu tub U;

- aparate cu rezervor şi tub, care pot fi cu tub vertical sau înclinat;

- aparate cu plutitor;

- aparate cu balanţă inelară;

- aparate cu clopot.


Domeniul de măsurare al acestor aparate este cuprins între 0,1 - 0,15 MN/m2. Peste aceste

valori ale presiunii, ele devin inoperante, din cauza lungimii prea mari a coloanei de lichid.

1. Aparatul cu tub U (Fig. 3.43) este cel mai simplu aparat cu lichid. El se compune

dintr-un tub de sticlă în formă de U, fixat pe un suport rigid.

Fig. 3.43. Manovacuumetrul cu tub U

Între cele două braţe ale tubului, se găseşte o scară gradată, cu reperul

zero la mijloc (scară bilaterală).

Tubul de sticlă este umplut până la jumătatea scării gradate, adică până la

reperul zero, cu lichid manometric - care poate fi apă sau mercur, iar pentru

manometre foarte sensibile cu benzen, toluen sau alcool.

Cu acest tip de aparate, se pot măsura atât supra-presiuni, cât şi

depresiuni. Presiunea de măsurat „se leagă" la unul din capetele tubului, celălalt

capăt rămânând în legătură cu presiunea atmosferică.

Cea mai mare dintre presiuni împinge lichidul din tub în cealaltă ramură (Fig. 3.44.).

Diferenţa de nivel apărută între cele două ramuri este direct proporţională cu diferenţa dintre cele

două presiuni.

Fig. 3.44. Funcţionarea monovacuummetrului

De obicei, valoarea presiunii este exprimată direct în unităţi de

măsură, datorită gradării scării în aceste unităţi.

Sensibilitatea acestor aparate este invers proporţională cu greutatea

specifică a lichidului manometric; pentru aceeaşi presiune, denivelarea produsă în tub va fi cu

atât mai mare, cu cât densitatea lichidului este mai mică.

Tuburile se construiesc până la o înălţime de 2 m, iar în cazuri speciale, pentru laboratoare,

au înălţimea de 3 m.

Limita inferioară de măsurare pentru acest tip de aparate este 100 mm H20, deoarece, sub

această limită, erorile relative de măsurare cresc foarte mult.

2. Aparate cu rezervor şi tub vertical. La aceste aparate (Fig. 3.45.), unul din braţe se

înlocuieşte cu un vas cu secţiunea mult mai mare (de aproximativ 400 ori) decât celălalt braţ. Ca

lichid manometric, la aceste aparate se foloseşte mercurul.

Fig. 3.45. Manometru cu tub vertical

Deosebirea faţă de aparatul cu tub U este aceea că, la aparatele cu rezervor

şi tub vertical, presiunea se află făcând o singură citire pentru determinarea

diferenţei de nivel.

Dacă P a > , rezervorul se racordează la instalaţia cu presiunea de măsurat

Pa, capătul tubului vertical rămânând liber, sub acţiunea presiunii atmosferice Pb

. În al doilea caz, P a < , tubul vertical se racordează la instalaţia de presiune

de măsurat P, iar rezervorul rămâne sub acţiunea presiunii atmosferice.

Aceste aparate se folosesc în laboratoare, ca manometre sau vacuummetre etalon de

verificare - când lichidul manometric este mercurul - sau în industrie, caz în care lichidul

manometric este apa.

Scara aparatelor este etalonată în unităţi de presiune. Gradarea se face prin comparare cu

un aparat etalon.


Domeniul de măsurare este limitat la valori cuprinse între 0,15 - 0,3 MN/m2 - pentru

suprapresiuni şi de până la - 0,15 MN/m2 pentru depresiuni.

Erorile de măsurare sunt cuprinse în intervalul ±1,5-3 mm coloană de lichid.

3. Aparatele cu rezervor şl tub înclinat (Fig. 3.46) sunt folosite pentru măsurarea

micropresiunilor de ordinul milimetrilor coloană de apă.

Aceste aparate sunt asemănătoare cu aparatele cu rezervor şi tub vertical, cu deosebirea că

tubul este înclinat cu un unghi a faţă de orizontală. Acest lucru este necesar pentru a se obţine

deplasări mari ale lichidului în tub, pentru variaţii mici de presiune.

Fig. 3.46. Micromanometrul cu rezervor şi tub înclinat

Ca lichide manometrice, pot fi utilizate toate lichidele folosite la manometre; doar în mod

special, este folosit alcoolul etilic.

Din punct de vedere constructiv, aceste aparate pot fi realizate cu unghi de înclinare, fix

sau variabil, a tubului.

La acelaşi lichid manometric şi pentru aceeaşi scară a aparatului, presiunea limită măsurată

va fi cu atât mai mare cu cât unghiul de înclinare este mai mare.

Unghiul de înclinare are valoarea minimă de 15°, deoarece, sub această valoare a

unghiului, se obţine în tub un menise întins şi neclar, ceea ce duce la lipsa de precizie a citirii.

Scara aparatului se gradează în mm coloană de apă.

Domeniile de măsurare ale acestor aparate sunt cuprinse între aproximativ 10 şi 200 mm

H20 (100-2000 N/m2).

Erorile de măsurare variază între 0,5 şi 1,5% din limita superioară a domeniului de

măsurare.

Erorile aparatelor pentru măsurat presiunea cu lichid manometric depind mai puţin de

calitatea execuţiei manometrului şi mai mult de citirea valorii presiunii.

Erorile de citire au ponderea cea mai mare. Ele se produc, în general, din neatenţia

operatorului.

Aceste erori pot fi diminuate prin folosirea unor dispozitive speciale de vizare, cu lupă şi

vernier (Fig. 3.47.).

Fig. 3.47. Dispozitiv de citire cu lupă şi vernier

Fig. 3.48. Meniscul lichidelor în tuburi capilare

O altă eroare este cauzată de capilaritate (Fig. 3.48.). Aceasta este dată de forţele de

tensiune superficială. Aceste forţe pot fi orientate spre exteriorul lichidelor (menise concav) sau

spre interiorul acestora (menise convex). În cazul aparatelor cu tub U, presiunile suplimentare se

anulează, deoarece cele două braţe au acelaşi diametru. La aparatele cu braţe de diametre diferite,

aceste presiuni nu se echilibrează. De aceea, se produce o denivelare iniţială, chiar pentru poziţia

zero a aparatului.

La aparatele cu mercur, nivelul scade în tubul capilar sub poziţia zero, iar la cele cu apă,

creşte peste poziţia zero. Această eroare se elimină prin aplicarea de corecţii, folosind pentru

aceasta tabele.

Fenomenele de capilaritate se reduc prin folosirea de tuburi cu diametre mai mari de 5 mm.

Pentru compensarea erorii de capilaritate, citirea se va face totdeauna vizând vârful calotei

meniscului.


0 altă eroare însemnată este provocată de modificările de temperatură. La creşterea

temperaturii, tubul se dilată diferit de scara gradată, ceea ce face ca, la temperaturi crescute,

aceste manometre să fie mai puţin precise.

Lichidul manometric este, de asemenea, dilatat de căldură; densitatea lichidului scade, iar

manometrul arată presiuni mai mari. Corecţia se face tot cu ajutorul tabelelor.

0 altă eroare este dată de neverticalitatea tubului sau a riglei gradate. Ea este evitată

folosind firul cu plumb sau nivela cu apă.

Verificarea aparatelor cu coloană de lichid cuprinde următoarele operaţii:

- verificarea aspectului exterior;

- verificarea scării gradate;

- verificarea sensibilităţii.

■ Mijloacele de măsurare cu traductor elastic sunt cel mai frecvent utilizate, datorită

următoarelor avantaje:

- obţinerea directă a valorii măsurate;

- construcţie simplă şi robustă;

- precizie crescută;

- utilizare simplă;

- posibilitatea de adaptare a dispozitivelor de semnalizare, înregistrare şi transmitere la distanţă.

Toate aceste mijloace de măsurare a presiunii au în componenţa lor un traductor de

presiune, un element elastic. Funcţionarea aparatelor cu traductor elastic se bazează pe

deformarea acestui traductor, sub acţiunea presiunii.

Deformarea elastică a elementului este proporţională cu presiunea de măsurat şi se

transmite la un ac indicator prin intermediul unui mecanism cinematic, care are rol şi de

amplificator. Acul indicator traduce deformaţia direct în unităţi de presiune.

Traductoarele elastice pot fi:

- cu tub Bourdon (Fig. 3.49.a);

- cu tub elicoidal (Fig. 3.49.b);

- cu tub spiral (Fig. 3.49.c);

- cu membrană (Fig. 3.49.d);

- cu capsulă (Fig. 3.49.e);

- cu silfon (Fig. 3.49.f). Fig. 3.49. Tipuri constructive de traductoare elastice

Elementul elastic este cel care dă şi denumirea aparatului pentru măsurat presiunea, astfel

că există: aparate cu membrană, aparate cu tub Bourdon, aparate cu burduf etc.

Aparatele de măsurare cu traductor elastic sunt folosite ca manometre, vacuummetre,

manovacuummetre şi manometre diferenţiale.

Eroarea de măsurare a acestor aparate este provocată de comportarea elementului elastic.

Erorile care apar sunt:

- de liniaritate a caracteristicii presiune-deformaţie;

- de citire a indicaţiilor;

- de încadrare a limitei superioare a măsurării sub limita de proporţionalitate a materialului

din care este confecţionat elementul elastic.

Materialele folosite pentru elementele elastice sunt aliaje cupru-beriliu, bronz fosforos,

aliaje cupru-nichel şi oţeluri inoxidabile aliate cu Ni, Cr, Ti, Mo.

La aparatele care măsoară presiunea unor lichide agresive, piesele care vin în contact cu

lichidul trebuie executate din materiale inerte din punct de vedere chimic.

Aparatele construite pentru măsurători obişnuite nu pot fi folosite în cazul unor fluide

agresive sau în medii corosive. Pentru aceste măsurători, se folosesc aparate construite special.


În mod obişnuit, aceste aparate sunt protejate din construcţie împotriva prafului, a apei, a

mediilor explozive, a umidităţii.

Aparatele de construcţie obişnuită pot fi folosite în condiţii de vibraţii care nu depăşesc

valorile vibraţiilor din halele industriale.

Pentru condiţii de şocuri de orice natură, se construiesc aparate speciale.

• Aparatele cu tub elastic au elementul elastic sub formă de tub, care poate fi curbat

(Bourdon) sau spiral.

Tubul are secţiune ovală.

Aparatele cu tub Bourdon (Fig. 3.50) se folosesc la măsurarea presiunii, atât pentru

lichide, cât şi pentru gaze. Aparatele pentru gaze au prevăzută în peretele carcasei o fereastră

pentru expansiunea gazelor, în cazul apariţiei unei suprapresiuni. Carcasa acestor aparate este

vopsită în culori convenţionale, specifice gazului de măsurat.

Fig. 3.50. Aparat cu tub Bourdon 1 - element elastic; 1 - arc tubular de deschidere; 2 -

pârghie de legătură; 3 - sector dinţat; 4 - pinion; 5 - ac indicator; 6 - cadran; 7 - cep

filetat de legătură; 8 - carcasă; 9 - ramă; 10 - geam de protecţie

Elementul elastic al acestor aparate este un tub Bourdon, care se

prezintă sub forma unui tub curbat, cu secţiune ovală (Fig. 3.51), care se

deformează atât în secţiune, cât şi în deschidere. Deformaţiile deschiderii sunt transmise

printr-un mecanism cu roţi dinţate la axul acului indicator. Acul indicator transformă mişcarea de

rotaţie în unităţi de presiune.

Fig. 3.51. Schema deformării tubului Bourdon sub influenţa presiunii:

a, b - axele elipsei în repaus; a , b ' - axele elipsei sub presiune; y, y', R ,

R ' - parametrii geometrici ai tubului în stare de repaos şi, respectiv,

sub presiune.

La aparatele cu tub spiral, deplasarea capătului liber este

mai mare pentru aceeaşi temperatură şi, de aceea, ele sunt preferate în cazul în care măsurarea

este însoţită de înregistrare (sunt necesare curse mai mari).

Sensibilitatea aparatelor cu tub depinde de:

- forma secţiunii tubului;

- mărimea razei de curbură a tubului;

- grosimea pereţilor tubului;

- materialul din care este confecţionat tubul. Domeniul de măsurare al acestui tip de

aparate este:

1. pentru aparate cu tub Bourdon, între 1000 N/m2 -1000 MN/m

2;

2. pentru aparate cu tub spiral, între 1000 N/m2 - 25 NM/m

2;

3. pentru aparatele cu tub elicoidal, între 10 000 N/m2 - 60 MN/m

2.

• Aparatele cu membrană funcţionează pe baza deformării elastice a membranelor sub

acţiunea presiunii. Membranele pot fi folosite singure sau combinate câte două, când formează

capsule.

a) Aparate cu membrană, al căror element elastic este o membrană montată într-o cameră

de presiune (Fig. 3.52.).


Fig. 3.52. Manometru cu membrană

Transmiterea presiunii şi transformarea ei în indicaţie pe cadranul aparatului se face prin

acelaşi mecanism multiplicator, ca şi în cazul manometrului cu tub.

Membranele sunt plăci metalice subţiri, cu feţe plane sau ondulate concentric,

confecţionate din diferite aliaje metalice (bronz fosforos, bronz cu beriliu). Sub acţiunea

presiunii, membrana se deformează, iar centrul ei se deplasează şi transmite mişcarea la

mecanismul amplificator.

Deoarece deformaţia membranei sub acţiunea presiunii este mică, aparatele cu membrană

au o sensibilitate scăzută.

Aceste aparate sunt utilizate în medii agresive sau în medii care au viscozitate mare.

Domeniul de măsurare este cuprins între 1000 N/ m2şi4MN/m

2.

b) Aparate cu capsulă, al căror element elastic este o capsulă formată din două membrane

lipite pe contur (Fig. 3.53.).

Fig. 3.53. Manometru cu capsulă

Sub acţiunea presiunii introduse în capsulă, deformaţia care apare

este transmisă prin acelaşi tip de mecanism ca şi la manometrele descrise

anterior.

Domeniul de măsurare este cuprins între 100 N/m2 până la 60 000

N/m2.

• Aparatele cu silfon au o construcţie asemănătoare cu a celorlalte manometre, cu

diferenţa că elementul elastic este un tub elastic, numit silfon.

Silfonul este un tub cilindric cu pereţii ondulaţi, ale cărui variaţii de lungime sub efectul

presiunii sunt transformate în deplasări circulare ale acului indicator, printr-un mecanism

cinematic (Fig. 3.54.).

Fig. 3.54. Aparat cu silfon

Materialele din care se confecţionează elementul elastic sunt acelaşi ca şi la

celelalte elemente elastice prezentate până acum. în unele cazuri, pentru mărirea

domeniului de măsurare, în interiorul burdufului se montează un arc spiral.

Presiunea poate acţiona atât din interior cât şi din exterior. Se utilizează în

special cu dispozitive de înregistrare sau în sisteme de reglare automată.

Domeniul de măsurare al acestor aparate este cuprins între 50 N/m2 - 0,5 MN/m

2.

■ Aparatele pentru măsurat presiunea arterială sunt utilizate în domeniul medical şi se

mai numesc sfigmomanometre. Ele sunt de două feluri:

a) Sfigmomanometre cu coloană de mercur (Fig. 3.55.);

b) Sfigmomanometre cu element elastic (Fig. 3.56.).


Fig. 3.55. Aparat pentru măsurarea presiunii arteriale cu manometru cu

mercur

1 - manometru; 2 - brasardă; 3 - pară de cauciuc; 4 - tuburi de legătură.

Fig. 3.56. Sfigmomanometru cu manometru cu element elastic

■ Aparatele pentru măsurat presiunea în pneurile autovehiculelor cele mai utilizate sunt

cele cu piston şi cu arc (Fig. 3.57).

Fig. 3.57. Aparat pentru măsurat presiunea în pneurile

autovehiculelor

Acest manometru are în interior un piston, un arc

şi o bucşă. La pătrunderea aerului comprimat prin orificiul de acces, pistonul este împins. El

comprimă arcul din interior şi antrenează o bucşă, care se află înaintea scării gradate. Datorită

frecării, bucşa rămâne în aceeaşi poziţie, corespunzătoare presiunii, putând fi citită. Aducerea

bucşei la poziţia iniţială se face prin scuturare.




Fişă de evaluare. Tema: Mijloace pentru măsurarea mărimilor

mecanic

Completează spaţiile libere:

1. Forţa este o mărime vectorială, caracterizată de următoarele

noţiuni:........................................................

2. În SI, unitatea de măsură pentru forţă este newton, notat cu N, care,

prin definiţie, este...................

3. Măsurarea forţelor se execută cu aparate numite............

4. Din punct de vedere constructiv, dinamometrele pot

fi:............................................................

5. Multiplii şi submultiplii cel mai des utilizaţi ai acestei unităţi de

măsură pentru presiune sunt:...........

6. În sistemul MKS, unitatea de măsură pentru presiune este tot N/m2,

dar ea se numeşte......................

7. În sistemul CGS, unitatea de măsură pentru presiune se

numeşte......................

8. În afara sistemelor, se mai utilizează următoarele unităţi de măsură:

- ............................................................. notat mm H20;

- ............................................................. notat mm Hg sau torr;

- ………………………………………...notată at;

- …………………………………….......notată ata;

- …………………..................................folosită în meteorologie.

9. Mijloacele pentru măsurarea presiunii se deosebesc în funcţie

de:.................................;

10. Precizaţi care sunt multiplii şi submultiplii newtonului.

11. Enumeraţi părţile componente ale aparatului cu tub Bourdon.


3.2.3. Mijloace pentru măsurarea mărimilor cinematice (viteze, turaţii, acceleraţii)

■ Mijloace pentru măsurarea vitezei

Viteza liniară este o mărime vectorială care caracterizează mişcarea unui punct material în

raport cu un sistem de referinţă. Ea este rezultatul raportului dintre distanţa parcursă şi timpul

necesar parcursului:

Dimensional: [v] = L T'

în SI, viteza liniară se măsoară în m/s.

Măsurarea vitezei de deplasare a vehiculelor

Se realizează cu vitezometrul cu kilometraj (Fig. 3.58). Acesta este un mijloc de măsurare

instalat pe bordul autovehiculelor, pentru indicarea vitezei şi a distanţei parcurse. în aceeaşi

carcasă sunt montate două aparate: vitezometrul, pentru indicarea vitezei orare, şi kilometrajul,

pentru indicarea distanţei parcurse.

Măsurarea se face prin legarea celor două aparate prin intermediul unui cablu flexibil, care

transmite mişcarea de la cutia de viteze la axul de antrenare al aparatului.

Fig. 3. 58. Vitezometru cu kilometraj

Mijloace pentru măsurarea vitezei de rotaţie

La mişcarea de rotaţie, viteza unghiulară a unui punct material este definită de relaţia:

unde:

- ω este viteza unghiulară;

- Δφ este unghiul corespunzător arcului de cerc parcurs;

- t este timpul necesar parcursului.

Unitatea de măsură pentru viteza unghiulară este rad/s.

Mijloacele pentru măsurarea vitezei de rotaţie se numesc tahometre. Ele pot fi portabile şi

de banc. Din punctul de vedere al principiului de funcţionare, tahometrele pot fi mecanice şi

electrice.

1. Tahometrele mecanice sunt, în general, portabile. Ele pot fi:

- cu dispozitiv centrifugal;

- cu dispozitiv cronometric;

- vibratoare;

- hidrocentrifugale;

- pneumatice.

• Tahometrele mecanice cu dispozitiv centrifugal sunt caracterizate de o precizie scăzută,

care nu depăşeşte valoarea de 2%. Ele sunt prevăzute cu o cutie de viteze, ceea ce dă posibilitatea

utilizării aceluiaşi tahometru în mai multe domenii de măsurare.

Tahometrele cu dispozitiv centrifugal lucrează pe baza creşterii forţei centrifuge cu

pătratul turaţiei maselor în rotaţie. Un astfel de tahometru este prezentat în figura 3.59.


Fig. 3.59. Tahometru cu dispozitiv centrifugal: 1 - ax de antrenare; 2 -

pârghie; 3 - greutăţi; 4 - piesă mobilă; 5 - ghidaj; 6 - pârghii;7 - sector dinţat; 8

- pinion; 9 - ac indicator;10 - scară gradată.

Axul de antrenare 1 primeşte mişcarea de la axul căruia îi

măsurăm turaţia. Mişcarea de rotaţie se transmite apoi prin intermediul

pârghiilor 2, care au greutăţi la capete, la piesa mobilă ce culisează

într-un ghidaj (care are rolul de a transforma mişcarea de rotaţie în

mişcare de translaţie). De la acest ghidaj, prin intermediul pârghiei 6,

mişcarea trece în zona mecanismului de prelucrare a semnalului, în

scopul afişării mărimii măsurate.

Domeniul de măsurare al tahometrelor cu dispozitiv centrifugal este cuprins între 30 min-1

şi 48 000 min -1

(unităţi de turaţie).

Cunoscând turaţia, se poate afla viteza unghiulară, folosind formula:

• Tahometrele mecanice cu dispozitiv cronometric sunt tahometrele mecanice care au

montat în plus un contor de rotaţii şi un cronometru. Acestea sunt montate astfel încât să poată fi

pornite simultan, prin schimbarea poziţiei axului de antrenare la pornirea tahometrului.

Valoarea turaţiei se obţine împărţind indicaţiile contorului (care reprezintă numărul

rotaţiilor) la valoarea indicaţiilor cronometrului (care reprezintă numărul unităţilor de timp

considerate).

2 . Tahogeneratoarele electrice sunt mijloace de măsurare pentru viteza de rotaţie. Ele pot

fi:

- generatoare;

- cu curenţi Foucault;

- cu impulsuri;

- stroboscopice.

Tahometrele generatoare sunt mijloace de măsurare care folosesc principiul inducţiei

electromagnetice şi care transformă viteza de rotaţie într-o tensiune care poate fi măsurată cu

ajutorul unui voltmetru.

Ele pot funcţiona în curent continuu sau în curent alternativ. Tahometrul care funcţionează

în curent continuu este dinamul cu colector, la care excitaţia este dată de un magnet permanent.

Forţa electromotoare care se produce este proporţională cu turaţia. Măsurarea efectivă se

face cu un voltmetru a cărui scară gradată este divizată în rotaţii pe minut.

Acest tip de tahometru este sensibil la variaţiile de temperatură, care pot produce variaţii

ale inducţiei magnetice.

Tahometrele generatoare de curent alternativ (Fig. 3.60) sunt construite pe principiul

alternatoare-lor. Ele au excitaţia constantă, realizată cu un magnet permanent.

Fig. 3.60. Tahogenerator de curent alternativ


Acest tip de tahometru este folosit pentru măsurarea vitezei de rotaţie până la 3000 rot/min,

caz în care magnetul permanent este fix şi înfăşurarea indusă este rotativă.

Când magnetul permanent este rotativ şi înfăşurarea indusă este fixă, aparatul măsoară

peste 3000 rot/min.

• Tahometrele stroboscopice folosesc stroboscopul (Fig. 3.61), care este o lampă

electronică de tip fulger, care produce impulsuri luminoase cu frecvenţă ce poate fi reglată.

Stroboscopul se bazează pe faptul că ochiul vede sistemul rotitor în repaus atunci când frecvenţa

impulsurilor este egală cu frecvenţa de rotaţie. Stroboscopul cu obturare mecanică se compune

dintr-un disc cu fante şi un tahometru cu ajutorul căruia se

citeşte viteza de rotaţie a arborelui cu disc.

Fig. 3.61. Măsurarea stroboscopică a turaţiei

■ Mijloace pentru măsurarea acceleraţiei

Din relaţia de definiţie a forţei ca mărime fizică variabilă, F = m•a, rezultă că aceasta

depinde de masa şi de acceleraţia obiectului care se studiază. Aparatele care măsoară acceleraţia

unui obiect în mişcare sunt denumite accelerometre. Partea cea mai importantă din construcţia

acestor aparate o reprezintă captorul (traductorul).

Captorii pentru măsurarea parametrilor unei vibraţii sunt de două feluri:

• cu punct fix (cvasistatică), care măsoară mişcarea vibratorie în raport cu un element

mobil;

• seismici, care funcţionează pe principiul unui sistem oscilant format dintr-o masă, un

element elastic şi un amortizor.

În principiu, un captor pentru măsurarea vibraţiilor (captor seismic) are următoarele

elemente componente (Fig. 3.62): suportul S, legat rigid de obiectul a cărui vibraţie se măsoară,

masa, legată de suport prin intermediul arcului de constantă k, şi amortizorul c. Traductorul T,

legat de masa m, transformă mişcarea într-un semnal electric.

Fig. 3.62. Schema principială a unui captor seismic: S - suport;

m - masă seismică; c - amortizor; k - element elastic; T - traductor.

Din punctul de vedere al caracteristicilor tehnico-metrologice, cel mai răspândit este

captorul piezoelectric pentru măsurarea vibraţiilor.

În comparaţie cu alte tipuri de captori, cei piezoelectrici au o serie de avantaje, şi anume:

• sunt autogeneratoare (nu necesită alimentare separată);

• nu au piese mobile care să fie supuse uzării;

• au o construcţie robustă şi compactă;

• sunt uşor de etalonat şi de utilizat;

• pot fi montaţi în orice poziţie;

• sunt puţin influenţaţi de condiţiile de mediu;

• în afară de acceleraţii, se pot utiliza şi la măsurarea vitezelor şi a deplasărilor.


Fig. 3.63. Schema principială a unui captor piezoelectric funcţionând prin

compresiune: 1 - carcasă; 2 - masă inertă; 3 - resort; 4 - pastile de cristale

piezoelectrice; 5 - borne de ieşire; 6 - baza accelerometrului.

Captorii piezoelectrici pot funcţiona prin compresiune, forfecare sau încovoiere.

Cei mai uzuali sunt captorii piezoelectrici care funcţionează prin compresiune şi forfecare.

Schema principală a unui captor piezoelectric, funcţionând prin compresiune, este prezentată în

figura 3.63.

Pe cele două discuri din cristale piezoelectrice este aşezată o masă grea, întregul sistem

fiind preîncărcat cu ajutorul unui resort rigid şi montat pe o bază masivă. Când captorul este

supus vibraţiilor, masa va exercita asupra cristalelor o forţă variabilă, proporţională cu

acceleraţia. Datorită efectului piezoelectric, între cele două discuri va apărea o tensiune variabilă,

proporţională cu forţa perturbatoare, implicit cu acceleraţia.

Caracteristicile accelerometrelor

Accelerometrele sunt de tip monoaxial, adică sunt mijloace de măsurare care pot determina

valoarea acceleraţiei doar pe o singură axă. Axa de măsurare este perpendiculară pe suprafaţa de

montare a accelerometrului.

Accelerometrele care au trei axe de măsurare, conţin trei elemente seismice monoaxiale, care

sunt montate pe trei direcţii perpendiculare între ele. La acest tip de aparate, există trei ieşiri

electrice independente. Ele se folosesc în cazul în care este necesară măsurarea acceleraţiei pe trei

direcţii, deoarece aparatul asigură o ortogonalitate mai bună decât trei accele-rometre montate

monoaxial pe fiecare direcţie.

Caracteristicile accelerometrelor pot fi:

• fizice - forma, dimensiunile, masa şi frecvenţa;

• electrice - raportul de amplificare şi sensibilitate.

Accelerometrele au, în general, formă cilindrică. Ele sunt prevăzute cu şuruburi pentru

montare, aşezate la baza accelerometrului.

Masa accelerometrelor este relativ redusă, fiind cuprinsă între 0 şi 60 de grame. În general,

pentru un accelerometru cu dimensiune mai mare, sensibilitatea este mai mare, iar frecvenţa de

rezonanţă este mai mică. Cele mai mici accelerometre au diametrul de 6 mm şi înălţimea de 6

mm, iar cele mai mari au diametrul de 50 mm şi înălţimea de 50 mm.

Pentru măsurarea vibraţiilor cu precizie crescută este necesar să se folosească

accelerometre cu sensibilitate mare, cu gamă mare de frecvenţe şi cu greutate mică.

Trebuie ţinut seama de faptul că accelerometrele cu sensibilitate mare sunt în general mai

grele.

Alegerea accelerometrelor se face ţinând seama de următoarele criterii:

• precizia măsurătorilor este afectată de greutatea crescută a accelerometrului;

• gama de frecvenţă care trebuie măsurată trebuie să fie compatibilă cu gama de frecvenţă a

accelerometrului;

• gama dinamică a accelerometrului trebuie să fie adecvată măsurătorilor care vor fi

efectuate; accelerometrele pentru şocuri vor fi alese din gama pentru niveluri înalte ale

semnalelor, iar accelerometrele sensibile, pentru niveluri slabe ale semnalelor;

• depăşirea temperaturii maxime de funcţionare a accelerometrului produce depolarizarea

cristalului piezoelectric, deci pierderea sensibilităţii;


• funcţionarea corectă a accelerometrelor este puternic influenţată de factorii de mediu, ca:

umiditate, zgomote acustice, câmpuri magnetice şi radiaţii intense.

3.2.4. Metode şi mijloace pentru măsurarea debitelor

■ Aparate pentru măsurarea cantităţilor de lichide

Aparatele pentru măsurat cantităţile de lichide se numesc contoare.

Contoarele pentru apa potabilă se numesc apometre.

Caracteristicile acestor mijloace de măsurare sunt:

- calibrul contorului - mărimea diametrului orificiului de intrare şi de ieşire a lichidului;

- debitul caracteristic (debitul nominal) - cantitatea maximă de lichid care trece prin contor

în timp de o oră;

- pierderea de presiune în contor;

- presiunea şi temperatura limită - valorile admisibile pentru ca erorile de măsurare să fie

minime.

Contorul cu palete (Fig. 3.64) are corpul turnat în general din bronz fosforos şi este

prevăzut cu două orificii, pentru intrarea şi pentru ieşirea lichidului. La intrare, are montată o sită

confecţionată din metal sau din mase plastice, cu rolul de a opri pătrunderea diferitelor impurităţi.

Dispozitivul de măsurare este construit dintr-o roată cu palete, care este pusă în mişcare de

lichidul care trece prin contor. Mecanismul de transmitere are rolul de a prelua mişcarea de

rotaţie şi de a o transmite dispozitivului integrator, format dintr-un cadran cu ace indicatoare, care

totalizează lichidul trecut prin aparat.

Fig. 3.64. Schema contorului cu palete: 1 - corp; 2 - sită; 3 -

dispozitiv de măsurare; 4 - casetă; 5 - orificii calibrate; 6 - orificii;

7 - mecanism de transmitere; 8 - mecanism integrator de debit

Indicarea debitelor se face pe două tipuri de cadrane:

- cu cinci scări gradate, circulare; o gradaţie de pe scara de

ordin superior reprezintă o rotaţie completă a scării imediat

următoare (Fig. 3.65.,a);

- cu fante pentru înscrierea debitului (Fig. 3.65.,b).

Fig. 3.65. Cadrane pentru apometre

Ambele tipuri de cadrane sunt prevăzute cu ac indicator central, care poate indica fracţiuni

de 1 dm3. Caracteristicile tehnice ale contorului cu palete sunt:

- domeniul de măsurare: 103... 10

4m

3;

- presiunea maximă de lucru: 10 bari;

- etanşeitatea garantată cu apă, la 16 bari, timp de 3 min;

- temperatura lichidului max. 30° C;

- sensibilitate garantată: contorul înregistrează sigur debite începând cu valori de 2% din QNOM)

- toleranţele garantate: erorile tolerate se găsesc sub ± 3% pentru intervalul 2-5 % QNOM şi sub

±2% pentru debite cuprinse între 5 şi 100% QNOM.


Pe lângă părţile principale, în construcţia acestor aparate mai sunt incluse dispozitive de

protecţie contra îngheţului.

La alegerea şi amplasarea contorului, trebuie să se ţină seama de locul de amplasare, de

presiunea în conductă şi de pierderile de presiune pe care acesta o provoacă. Pentru o funcţionare

corectă, contoarele trebuie să fie umplute în permanenţă cu apă, pentru a împiedica acumularea

de aer în conductă şi în aparat.

■ Aparate pentru măsurarea debitului

Debitul este cantitatea de substanţă solidă, lichidă sau gazoasă care trece printr-o secţiune

oarecare în unitatea de timp.

Astfel, debitul se poate exprima sub două forme:

- debit de volum - volumul de fluid scurs în unitatea de timp:

unde: V - volumul; t - timpul.

- debit de masă - masa de fluid scursă în unitatea de timp:

în care: m - masa; t-timpul.

Ecuaţiile dimensionale de exprimare a debitului sunt:

- pentru debitul de volum: [Qv] = l3•T-

1

- pentru debitul masic: [Qm] = M•T-1

Debitul de volum se exprimă în m3/h; l/s; l/h; Debitul de masă se exprimă în: kg/h; t/s; t/h;

Măsurarea debitelor de fluide se bazează pe:

- determinarea presiunii diferenţiale;

- determinarea presiunii dinamice;

- determinarea vitezei medii de deplasare;

- inducţia electromagnetică;

- propagarea oscilaţiilor sonore în fluid;

- ionizare;

- efecte calorice asupra fluidului.

♦ Metoda volumetrică se aplică la lichide şi gaze (Fig. 3.66). Debitul reprezintă suma

anumitor volume elementare de fluid, constante în intervalul de timp în care se face determinarea.

Fig. 3.66. Contoare volumetrice Rezervoarele etalonate (Fig. 3.66.,a) sunt rezervoare de volume; înălţimea coloanei de

lichid este marcată pe un indicator de nivel, la care se citeşte volumul evacuat.

Contorul volumetric pentru lichide (Fig. 3.66.,b) contorul volumetric umed pentru gaze

(Fig. 3.66.,d) şi contorul volumetric cu burduf pentru gaze (Fig. 3.66.,e) sunt instrumente

prevăzute cu una sau cu mai multe camere de volum cunoscut, a căror umplere şi golire succesivă


este transmisă unui index integrator. Pe cadranul acestuia, se citeşte numărul de camere golite,

deci debitul.

Principiul de măsurare a contorului cu palete rotitoare (Fig. 3.66., c) se bazează pe umplerea şi

golirea a două spaţii care iau naştere succesiv, prin rotirea în sensuri diferite a două palete.

♦ Metoda gravimetrică (Fig. 3.67) este o metodă de măsurare a debitului care se aplică la

lichide şi gaze. Debitul este produsul dintre volumul şi densitatea fluidului trecut prin contor

într-un anumit interval de timp. Mărimile caracteristice sunt volumul şi densitatea.

Fig. 3.67. Metoda gravimetrică de măsurare a debitelor:

a - contor de masă; b - contor de masă interferenţial; 1- contor

diferenţial; 2 - senzor de densitate;3 - calculator electronic.

Contoarele de masă (Fig. 3.67.a), folosite pentru măsurarea debitelor de apă, sunt

instrumente prevăzute cu camere de volume cunoscute, care se dezechilibrează prin umplere,

antrenând un sistem de pârghii cu ajutorul cărora se transmite numărul de umpleri ale camerelor

la sistemul indicator. Printr-un sistem de integrare, numărul de umpleri este transformat în

cantitate de lichid scurs.

Contorul de masă interferenţial (Fig. 3.67.b) se utilizează pentru lichide şi pentru gaze.

Sunt formate dintr-un sector de conductă de secţiune cunoscută, în care este montat un contor cu

turbină sau un contor diferenţial, prin intermediul căruia se înregistrează volumul de fluid scurs

prin conductă. Senzorul de densitate măsoară şi transmite valorile densităţii unei unităţi de

integrare, care afişează masa de fluid scurs.

♦ Metoda micşorării locale a secţiunii de curgere (Fig. 3.68.) se aplică la lichide şi gaze.

O strangulare locală a secţiunii de trecere printr-o conductă are ca efect o pierdere locală de

presiune. Această metodă foloseşte proporţionalitatea care există între debitul trecut prin

secţiunea strangulată şi pierderea de presiune produsă local. Metoda se aplică atât la conducte, la

orificii practicate în pereţii rezervoarelor, cât şi în canalele deschise.

Fig. 3.68. Metoda micşorării secţiunii locale la conducte

Ajutajul de măsurare (Fig. 3.68.,a) este un dispozitiv cu

reducere locală a secţiunii de curgere a fluidului prin conducta sub

presiune şi este conceput ca un orificiu circular axial. Măsurând

căderea de presiune în amonte şi aval, se deduce valoarea debitului.

Ajutajul Venturi (Fig. 3.68.,b) este asemănător celui anterior

prezentat, dar se continuă cu un difuzor, care este un tub divergent

de conicitate mică şi de lungime redusă.

Tubul Venturi (Fig. 3.68.,d) este un dispozitiv de reducere a

secţiunii de trecere a unei conducte sub presiune, care are formă convergent-divergentă, între ce!e

două porţiuni existând o zonă scurtă cilindrică, numită gâtuire. Aceste două porţiuni au rolul de a

face trecerea lentă la dimensiunile normale ale conductei, măsurarea efectuându-se între

diametrul nominal şi diametrul minim.

Diafragma (Fig. 3.68, c şi e) este o rezistenţă locală creată în interiorul unei conducte.

Poate avea forma circulară sau de segment. Peretele transversal are grosime mică şi creează o

pierdere de presiune locală.


Orificiul de măsurare (Fig. 3.69. a) este o deschidere amenajată în peretele unui rezervor

de lichid, în scopul măsurării debitului. Debitul de lichid se calculează în funcţie de variaţia

înălţimii h într-un interval de timp.

Duza de măsurare (Fig. 3.69.b) este un ajutaj calibrat convergent, fixat pe peretele

rezervorului. Măsurarea se face la fel ca la orificiul de măsurare.

Fig. 3.69. Orificii de măsurare la rezervoare

Pentru canale deschise, măsurarea debitelor se face amenajând pe curs deversoare (Fig.

3.70), praguri (Fig. 3.71) şi canele de măsurare (Fig. 3.72).

Fig. 3.70. Tipuri de deversoare:

a - deversor simplu; b - deversor dreptunghiular; c deversor

triunghiular; d - deversor parabolic; e - deversor trapezoidal; f -

deversor circular; g - deversor proporţional.

Toate tipurile de deversoare, praguri, canale de

măsurare şi coturi prezentate în figuri sunt întâlnite pe

cursurile amenajate hidrotehnic. De exemplu, pragul cu

profil curb (Fig. 3.71,a) constă într-un perete submersibil

de secţiune curbă, căruia lichidul îi urmăreşte conturul, atât

pe creastă cât şi în aval.

Pragul lat (Fig. 3.71. b) este pragul a cărui creastă

orizontală, în contact cu apa, este suficient de lungă încât

liniile de flux să devină practic paralele cu creasta.

Pragul triunghiular (Fig. 3.71. c) este un perete profilat, folosit pentru determinarea

debitului la care un lichid în curgere realizează un contact pe lungime mare, în aval şi în amonte.

Fig. 3.71. Praguri de măsurare Sectorul de canal convergent-divergent (Fig. 3.72) este folosit pentru obţinerea unei căderi

de presiune destinată măsurării debitului.

Fig. 3.72. Canal de măsurare

♦ Metoda centrifugală (Fig. 3.73.) se aplică la lichide şi la gaze şi

foloseşte legătura funcţională dintre debit şi diferenţa de presiune care se

creează într-o curbă parcursă de un fluid între porţiunea concavă şi cea

convexă, considerând aceeaşi secţiune transversală. Curba în care se măsoară diferenţa de

presiune se mai numeşte cot de măsurare.

Fig. 3.73. Cot de măsurare


♦ Metoda rezistenţei opuse de un corp la înaintarea fluidului (Fig. 3.74) foloseşte

proporţionalitatea care există între debitul trecut printr-un tub şi mărimea deplasării unui corp

care are dimensiuni cunoscute sau care pot fi calculate.

Aceste mijloace de măsurare se numesc rotametre şi pot avea mai multe forme constructive.

Fig. 3.74. Rotametre a) Rotametrul cu corp liber (Fig. 3.74.a) este un instrument compus dintr-un tub cu o

uşoară conicitate, aşezat în poziţie verticală,în care, sub acţiunea presiunii fluidului, se

deplasează liber un corp calibrat, cu o formă specială şi a cărui poziţie indică debitul fluidului.

b) Rotametrul cu corp ghidat (Fig. 3.74.b) se deosebeşte de primul rotametru prin faptul că

piesa din interiorul tubului nu mai este liberă, ci se deplasează solidar cu o tijă al cărei capăt

indică valoarea debitului.

c) Rotametrul cu corp articulat (Fig. 3.74.c) se compune dintru-un corp a cărui poziţie

indică debitul, fiind articulat şi solidar cu o tijă al cărei capăt liber indică debitul scurs, pe o scară

gradată.

♦ Metoda explorării câmpului de viteze (Fig. 3.75) este o metodă care se aplică atât la

lichide, cât şi la gaze. Ea foloseşte legătura directă dintre debit şi viteza de curgere a fluidului.

Fig. 3.75. Mijloace de măsurare a vitezei fluidului a) Flotorul(Fig. 3.75.a) este un corp plutitor,antrenat de curentul de lichid, folosit la

determinarea direcţiei de curgere şi a vitezei curenţilor de suprafaţă sau de adâncime.

b) Sonda pentru gaze (Fig. 3.75. b) este un instrument sub forma de tijă, care, introdus

într-o conductă, permite stabilirea vitezei la o anumită adâncime.


c) Tubul Pitot-Prandtl (Fig. 3.75.c) este tot o sondă, prevăzută cu prize de presiune, şi este

folosit pentru măsurarea diferenţei dintre presiunea dinamică şi cea statică.

d) Morişca (Fig. 3.75.d) este un instrument prevăzut cu o elice, căreia curentul de fluid îi

imprimă o mişcare de rotaţie. Măsurând viteza de rotaţie, se determină debitul.

♦ Metoda electromagnetică se aplică la lichidele cu o anumită conductibilitate. Ea se

bazează pe proporţionalitatea dintre foiţa electromotoare indusă de un curent de lichid, la trecerea

printr-un câmp magnetic.

Fig. 3.76. Debitmetru electromagnetic

Mijlocul de măsurare (Fig. 3.76.) se compune dintr-un

segment de conductă prevăzut cu un electromagnet şi din doi

electrozi aflaţi în contact cu lichidul care curge prin conductă.

Forţa electromotoare indusă de fluidul care traversează câmpul magnetic este convertită în debit,

prin intermediul unui integrator.

♦ Metoda injectării sau diluţiei se aplică la lichide şi la gaze, şi constă în introducerea

unor soluţii identificabile în fluid, urmată de determinarea în aval a concentraţiei de substanţă,

ştiind că diluţia este proporţională cu debitul. În procedeul măsurării timpului de tranzit,

indicatorul este injectat în conductă şi se măsoară intervalul de timp în care acesta parcurge o

lungime cunoscută între două secţiuni. La această metodă se folosesc: - trasori neradioactivi

(Na2Cr207, NaCI, LiCI); - trasori radioactivi (brom 82, sodiu 24, crom 51,

tritiu, aur 198).




Fişă de evaluare.

Tema: Mijloace pentru măsurarea mărimilor cinematice; Metode şi

mijloace pentru măsurarea debitelor

I. Completează spaţiile libere:

1. Viteza liniară este rezultatul raportului dintre............................

2. În SI, viteza liniară se măsoară în.......................

3. La mişcarea de rotaţie, viteza unghiulară a unui punct material este

determinată de relaţia:.........................

4. Unitatea de măsură pentru viteza unghiulară este......

5. Mijloacele pentru măsurarea vitezei de rotaţie se

numesc........................

6.Tahogeneratoarele electrice sunt mijloace de măsurare pentru viteza

de rotaţie. Ele pot fi:....................

7.Tahometrele mecanice sunt în general portabile. Ele pot

fi:..................................................

8. Debitul se defineşte ca fiind cantitatea de substanţă solidă, lichidă

sau gazoasă care........................

9. Debitul se poate exprima sub două forme:.........................................

II. Completează tabelul următor: Nr.

crt.

Mărimea de

măsurat

Unitatea de

măsură

Metoda de măsurare

folosită

Mijlocul de măsurare

folosit

III. Explică principiul de funcţionare a tahometrelor cu dispozitiv

centrifugal. C

IV. Precizează caracteristicile tehnice ale contorului cu palete.

V. Enumeră şi reprezintă grafic tipurile de deversoare studiate.

VI. Enumera mijloacele de măsurare a vitezei fluidelor.

Aplicaţie practică

Monitorizează zilnic consumul de apă caldă şi de apă rece din

locuinţă.

Înregistrează datele într-un tabel.


Identifică zilele din săptămână cu consum mare.

Prezintă modalităţile de reducere a consumului de apă.

3.3. Mijloace pentru măsurarea mărimilor fizico-chimice

3.3.1. Măsurarea masei

Masa m este mărimea fizică scalară fundamentală în SI, care măsoară proprietatea materiei

de a fi inertă şi de a provoca un câmp gravitaţional.

Unitatea de măsură pentru masă este unitate de măsură fundamentală în SI şi poartă

denumirea de kilogram, cu simbolul kg.

Multiplii şi submultiplii kilogramului sunt prezentaţi în tabelul 3.3.:

Tabelul 3.3 Denumirea Simbolul Valoarea

tonă t 1000 kg

quintal q 100 kg

decakilogram dakg 10 kg

kilogram kg 1 kg = 1000 g

hectogram ng 0,1kg =100g

decagram dag 0,01kg = 10g

gram g 0,001 kg = 1 g

decigram dg 0,0001 kg = 0,1g=10-1

g

centigram cg 0,00001 kg = 10 -2

g

miligram mg 0,000001 kg = 10 -3

g

Pentru a afla masa unui corp, este necesară compararea acestuia cu unitatea de masă, lucru

care se realizează cu mijloace de măsurare pentru masă.

■ Clasificarea mijloacelor de cântărit

Mijloacele de măsurare pentru mase se pot clasifica după următoarele criterii:

> După numărul de pârghii utilizate:

- instrumente cu o pârghie, numite balanţe, care pot fi cu braţe egale sau inegale;

- instrumente cu mai multe pârghii, numite bascule, la care braţele pârghiilor sunt în general

inegale.

> După modul de efectuare a cântăririlor:

- manuale, la care toate operaţiile (aşezarea pe masa de cântărit, aşezarea greutăţilor şi ridicarea

de pe aparat) sunt realizate de un operator;

- semiautomate, la care o serie de operaţii se execută automat;

- automate, la care toate operaţiile se execută automat.

> După modul de instalare:

- fixe;

- transportabile.

> După principiul de funcţionare:

- mecanice;

- electromecanice.

■ Mijloace de cântărire mecanice

1) Balanţele etalon (Fig. 3.77) sunt utilizate pentru transmiterea unităţii de masă şi pentru

verificarea maselor. Sunt balanţe simple, executate cu mare precizie. Balanţele de precizie au o

mare sensibilitate la influenţa factorilor de mediu. Pentru a evita influenţa oricărui factor de


mediu, balanţele etalon sunt ţinute în incinte închise şi sunt acţionate de la distanţă, prin

intermediul unei mâini mecanice

Fig. 3.77. Balanţă etalon 2) Balanţele analitice (Fig. 3.78) sunt utilizate în laboratoare, precum şi în activitatea

didactică şi de cercetare. Sunt balanţe simple, cu sensibilitate şi precizie ridicate. Domeniul de

măsurare este cuprins între 2 şi 200 g. Fiind o balanţă simplă, cântărirea se face prin echilibrarea

masei de cântărit, cu măsuri echivalente. Unele balanţe analitice sunt prevăzute, suplimentar, cu o

scară micrometrică, pentru mărirea preciziei de citire a valorii măsurate. Oscilaţiile balanţei sunt

echilibrate de amortizoare. Ca şi balanţele etalon, balanţele analitice sunt influenţate de factorii

de mediu. De aceea, balanţa analitică este închisă într-o carcasă, iar greutăţile adiţionale, sub

formă de călăreţi, sunt acţionate mecanic.

Fig. 3.78. Balanţă analitică 1- pârghie: 2 - coloană de susţinere a pârghiei;

3 - ac indicator; 4 - scară gradată; 5 - scară micrometrică;

6 - dispozitiv de izolare; 7 - amortizoare; 8 - talere; 9 - piuliţe de reglare a

poziţiei de echilibru; 10 - greutăţi adiţionalei 1 - tambur de acţionare a

greutăţilor; 12 - paftale;13 - sistem cuţit peniţă; 14 - carcasă;

15 - picioare cu înălţime reglabilă

3) Balanţele tehnice (Fig. 3.79) sunt tot balanţe simple, utilizate la cântăriri curente, de

precizie redusă. Balanţele tehnice se verifică la funcţionarea în gol şi la încărcarea cu 10% şi

100% din sarcina maximă. Balanţele tehnice sunt incomode la utilizări frecvente, deoarece

talerele sunt plasate sub pârghie, ceea ce le face uneori de neutilizat.

Fig. 3.79. Balanţa tehnică 1 - suport; 2 - pârghie; 3 - coloană;

4 - talere; 5 - paftale; 6 - vergele de legătură; 7 - buton

pentru acţionarea dispozitivului de izolare

4) Balanţele compuse (Fig. 3.80) au talerele aşezate deasupra pârghiilor şi trei puncte de

încărcare, deci sprijinul se face pe trei cuţite. Aceste balanţe sunt cel mai des utilizate în

activităţile curente de cântărire. Cele mai cunoscute sunt balanţele tip A, numite şi balanţe

Beranger, după numele inventatorului


Fig. 3.80 Balanţa compusă (tip Beranger) 1 - talere; 2 -

pârghie de cântărire cu braţe egale, 3 - cuţite duble de

sarcini; 4 - cuţite de legătură; 5 - pârghie ajutătoare

Verificarea balanţelor compuse se face verificând indicaţiile în gol şi apoi la încărcarea cu

10%şi 100% din sarcina maximă, utilizând greutăţi etalon.

5) Basculele zecimale (Fig. 3.81) sunt instrumente de cântărit cu mai multe pârghii

inegale. Sunt folosite la cântărirea maselor de ordinul sutelor de kilograme. Cântărirea se face la

un raport egal cu 1/10, între greutăţile aşezate pe platan şi masa de cântărit.

Basculele zecimale sunt construite pentru sarcini maxime de 50,100, 200 şi 500 de

kilograme.

La basculele zecimale se verifică sensibilitatea, justeţea la sarcina maximă şi comportarea

la suprasarcină. Sensibilitatea se verifică aşezând pe platformă greutăţi egale cu eroarea tolerată;

în această situaţie, arătătorul mobil trebuie să se deplaseze cu cel mult 3 mm faţă de cel fix.

Justeţea se verifică încărcând bascula cu sarcina maximă. Pentru verificarea la suprasarcină, se

încarcă platforma basculei cu o sarcină cu 30% mai mare decât sarcina maximă. După ce bascula

a stat aproximativ 30 min în suprasarcină, se verifică

integritatea perniţelor.

Fig. 3.81. Bascula zecimală 1 - postament; 2 - platformă; 3 -

pârghia de sarcină; 4 - pârghia principală; 5 - platanul pentru

greutăţi; 6 - dispozitivul de echilibrare

6) Basculele romane servesc la cântărirea unor mase mai mari de 500 kg, putând fi

construite şi variante pentru cântăriri de până la 200 000 kg. Acest tip de bascule nu utilizează

greutăţi de lucru, construcţia bazându-se pe utilizarea pârghiilor cu braţe inegale.

Echilibrarea sarcinilor de cântărit se face prin deplasarea unor greutăţi constante, numite

cursoare sau romane, de-a lungul unor braţe cu diviziuni.

7) Basculele romane obişnuite (Fig. 3.82.) au acelaşi principiu de funcţionare ca toate

basculele romane, diferind de acestea atât prin sarcina maximă, care poate fi 100, 200, 500, 1000,

2000 kg, cât şi din punct de vedere constructiv.

Ele se pot fabrica în diferite variante, în funcţie de destinaţie. Astfel, se fabrică bascule

romane pentru vite, utilizate în ferme şi abatoare. Acestea au în zonele laterale nişte vergele de

oţel, pentru a împiedica mişcările animalului cântărit. Alte variante sunt balanţa cu pâlnie,

varianta forestieră, varianta cu format masă, pentru obiecte voluminoase şi varianta suspendată,

pentru cântărirea obiectelor în mişcare.

Verificarea acestor bascule se face la suprasarcină, în gol şi la 10% din sarcina maximă.


Fig. 3.82. Basculă romană obişnuită 1 - postament; 2 - platforma;

3 - pârghie mare gradată; 4 - pârghie mică gradată; 5 - dispozitiv

de echilibrare

8) Balanţe semiautomate cu cadran, la care cântărirea se face automat, operatorul

efectuând numai încărcarea-descărcarea balanţei şi citirea indicaţiilor. Una dintre cele mai simple

balanţe semiautomate este prezentată în figura 3.83.

Sistemul de pârghii este asemănător cu cel de la celelalte balanţe, cu deosebirea că are o

rezistenţă mai mare.

Dispozitivul de înclinare are rolul de a transforma mişcarea verticală a platanului în

mişcare de rotaţie a acului indicator. Acest lucru este realizat cu ajutorul unei pârghii de ordinul I,

cu două cuţite (unul de sprijin pentru pârghie şi unul de sarcină).

Fig. 3.83. Balanţă semiautomată cu cadran

1 - talere; 2 - cadran; 3 - ac indicator

■ Mijloace de cântărire electromecanice

Mijloacele de cântărire electromecanice sunt mijloace de măsurare a masei şi se

caracterizează prin dimensiuni mici, construcţii robuste şi manipulare uşoară. Ele prezintă

avantajul că afişează şi înregistrează rezultatele, precum şi că prelucrează aceste rezultate, în

unele situaţii

Cântarele electromagnetice se împart în două grupe:

- cântare derivate din cele mecanice, la care deplasarea pârghiei de echilibrare, produce o

modificare de curent electric (Fig. 3.84);

- cântare cu traductoare elastice conţinând captori (Fig. 3.85), la care deplasarea pârghiei este

convertită în semnal electric. Fig. 3.84. Principiul de funcţionare a unui cântar electromecanic

Fig. 3.85 Captori pentru balanţe a-magnetoelastic; b-piezorezistiv;

c-capacitiv; d - inductiv; e - piezoelectric; f - acustic


În ultimul timp, tehnica măsurării masei s-a îmbunătăţit, datorită dezvoltării tehnicilor de

măsurare cu mărci tensometrice (Fig. 3.86). Mărcile tensometrice sunt utilizate la construcţia

balanţelor electronice. Aparatele de cântărit electronice (Fig. 3.87), măsoară indirect masa

corpurilor, prin determinarea greutăţii lor.

Fig. 3.86. Schema de principiu a unui captor cu mărci tensometrice pentru

măsurarea masei (D ,...D - mărci tensometrice).

Fig. 3.87. Balanţă electronică

3.3.2. Metode şi mijloace pentru măsurarea densităţii

Densitatea este o mărime derivată în SI, care se defineşte ca masa unităţii de volum:

Ecuaţia dimensională este: [ρ] = L

-3xM

Greutatea specifică este greutatea unităţii de volum, exprimată prin relaţia:

Spre deosebire de densitate, greutatea specifică este o mărime ce variază în funcţie de

acceleraţia gravitaţională, g.

Unitatea de măsură a densităţii în SI este kg/m3, iar unitatea tolerată este g/cm

3.

Relaţia de legătură dintre cele două unităţi de măsură este:

1 g/cm3 = 10

3 kg/m

3.

Densitatea este influenţată de temperatură şi de presiune. Presiunea are în general un efect

slab, care poate fi neglijat,dar efectul temperaturii trebuie compensat. La valori bine determinate

ale temperaturii şi presiunii, densitatea este o mărime caracteristică pentru o substanţă anumită.

Datorită faptului că prezenţa impurităţilor modifică mult densitatea,această mărime poate

caracteriza puritatea substanţelor.

Determinarea cu precizie a densităţii este folosită la evaluarea unor proprietăţi fizice ale

substanţelor, cum sunt: vâscozitatea, tensiunea superficială, punctul de fierbere etc.

Măsurarea continuă a densităţii îşi găseşte aplicaţii în industria chimică, petrochimică,

metalurgică, a materialelor de construcţii, alimentară, urmărindu-se prin aceasta asigurarea

calităţii atât la produsele finite, cât şi la cele intermediare.

Determinarea volumului V - în vederea calculării densităţii - este de obicei dificilă, de

aceea, în practică se foloseşte densitatea relativă d (masă volumică relativă), care se defineşte

prin raportul dintre densitatea p a corpului studiat şi densitatea p0 a unei substanţe de referinţă

aflată în condiţii de stare cunoscute:

Densitatea relativă este o mărime adimensională.


Măsurarea densităţii relative constă în compararea masei unui volum anumit din

substanţa dată, aflată la temperatura t0 C cu masa aceluiaşi volum de apă, la temperatura de 4

0 C.

Valoarea densităţii relative se notează cu şi se calculează cu relaţia:

in care:

m - masa substanţei de studiat;

m0 - masa apei, la temperatura de 4 °C;

V - volumul substanţei de studiat, egal cu volumul apei.

Măsurarea densităţii lichidelor se poate face prin metode bazate pe:

- echilibrul hidrostatic;

- determinarea masei şi volumului unui corp;

- determinarea punctului de fierbere;

- principiul vaselor comunicante.

■ Mijloace de măsurare a densităţii pe principiul hidrostatic

Măsurarea densităţii pe principiul hidrostatic se poate face cu:

- densimetre;

- balanţe hidrostatice;

- balanţe Mohr -Westphal.

1) Densimetrele se împart în două grupe:

- pentru lichide cu densitate mai mică decât densitatea apei (densimetre pentru produse

petroliere) cu domeniul de măsurare cuprins între 0,650 şi 1 g/cm3 ;

- pentru lichide cu densitate mai mare decât densitatea apei (lacto-densimetre) densimetre pentru

apa de mare, cu domeniul de măsurare cuprins între 1 şi 2 g/cm3.

Densimetrele (Fig. 3.88) sunt confecţionate din sticlă şi se compun dintr-un plutitor, o

cameră de lestare pentru menţinerea verticalităţii şi au, în unele cazuri, un termometru.

Fig. 3.88. Densimetru cu masa constantă:

1 - plutitor; 2 - cameră de lestare; 3 - tijă; 4 - termometru

Principiul care stă la baza măsurării densităţii este acela că adâncimea de cufundare a unui

densimetru variază invers proporţional cu densitatea lichidului.

Valoarea densităţii măsurate cu ajutorul densimetrelor depinde de:

- corectitudinea indicaţiilor;

- capilaritatea lichidului.

Pentru lichide netransparente (lapte, produse petroliere), citirea indicaţiilor se face la

partea superioară a meniscului, în vreme ce, pentru lichide transparente, citirea se face la partea

inferioară a meniscului.

Indicaţiile densimetrice sunt influenţare de efectul de capilaritate şi de temperatura la care

se face determinarea. De aceea, trebuie aplicate corecţii de capilaritate şi corecţii de

temperatură.


În cazul capilarelor, cum este şi tubul densimetru-lui, la limita dintre lichid şi aer se

formează un menise convex-în cazul lichidelor care „nu udă" pereţii vasului (de exemplu,

mercur) - sau un menise concav - în cazul lichidelor care „udă" pereţii vasului (apă, produse

petroliere, soluţii alcoolice).

Neuniformitatea forţelor de interacţiune dintre lichid şi pereţii vasului provoacă efectul de

capilaritate, iar rezultatul măsurării densităţii lichidelor poate fi modificat de meniscul ce se

formează.

De aceea, dacă măsurarea densităţii se face cu un densimetru recomandat pentru un alt tip

de lichid, rezultatul se corectează cu un coeficient de capilaritate, specific fiecărui lichid.

Densitatea lichidului depinde de temperatura acestuia. De aceea, la etalonarea densimetrului, se

ţine seama de temperatură. Etalonarea densimetrelor se face, conform normelor în vigoare, la

temperatura de 20°C.

2) Balanţa hidrostatică poate conferi o determinare foarte exactă a densităţii corpurilor

lichide şi solide; de aceea, ea este folosită ca metodă de etalonare.

Această metodă constă în cântărirea corpului în aer şi în apă, după care densitatea corpului

se determină din relaţia:

unde:

m1 - masa corpului a cărui densitate se determină;

m2 - masa greutăţilor de echilibrare a forţei ascensionale;

V-volumul corpului solid;

ρ1 - densitatea lichidului de imersie.

În figura 3.89 este prezentat modul de determinare a densităţii unui lichid, cu ajutorul

balanţei hidrostatice.

Fig. 3.89.Balanţa hidrostatică 1 - taler prevăzut cu dispozitiv de suspendare; 2 -

fir de platină; 3 - plutitor.

Densitatea lichidului se calculează cu formula:

unde:

m - masa plutitorului;

m1 - masa greutăţilor cu care este echilibrată balanţa, când plutitorul este cufundat în lichidul a

cărui densitate trebuie determinată;

ρa - densitatea aerului;

ρg - densitatea materialului din care sunt confecţionate greutăţile folosite;

Vt - volumul plutitorului la temperatura la care se face măsurarea.

3) Balanţa Mohr-Westphal este o balanţă hidrostatică cu braţe inegale, cu ajutorul căreia

se determină densitatea relativă a unui lichid sau a unui corp solid.

În figura 3.90 este prezentat principiul măsurării densităţii cu balanţa Mohr-Westphal.


Fig. 3.90. Balanţa Mohr -Westphal 1 - pârghie cu braţe inegale; 2 -

suportul pârghiei; 3 - contragreutate; 4 - indicator; 5 - scară gradată; 6 -

cuţit de sarcină; 7 - plutitor; 8 - cilindru de sticlă; 9 - termometru; 10-cuţit

Echilibrarea balanţei se face cu ajutorul călăreţilor. Determinarea densităţii prin această

metodă se face prin parcurgerea următoarelor faze:

- echilibrarea balanţei în aer împreună cu plutitorul;

- termostarea plutitorului şi a lichidului de măsurat

(egalizarea temperaturilor);

- echilibrarea balanţei cu ajutorul călăreţilor;

- citirea densităţii relative pe scara gradată.

■ Măsurarea densităţii prin cântărirea unui volum constant se face prin cântărirea

corpului analizat şi a unui volum de apă distilată egal cu al corpului, cu ajutorul unui instrument

numit picnometru.

Fig. 3.91. Picnometru

Determinarea densităţii cu picnometrul (Fig. 3.91) se face efectuând

următoarele operaţii:

- se cântăreşte picnometrul gol;

- se cântăreşte picnometrul umplut cu apă distilată;

- se calculează capacitatea picnometrului;

- se înlocuieşte apa cu lichidul de analizat;

- se cântăreşte picnometrul umplut cu lichidul de analizat;

- se determină densitatea (prin calcul).

Prin această metodă se pot determina şi densităţile corpurilor solide. în acest caz,

picnometrul are gâtul mai larg, iar lichidul de imersie nu trebuie să producă reacţie şi nici să

dizolve solidul.

Verificarea picnometrelor constă în verificarea capacităţii lor, prin metoda gravimetrică.

3.3.3. Măsurarea viscozităţii

Viscozitatea este proprietatea fluidelor de a opune rezistenţă la curgere, ca rezultat al

interacţiunii mecanice dintre particulele constituente.

Dacă straturile de fluid se deplasează în timpul curgerii paralel între ele, curgerea se

numeşte laminară.

Dacă particulele de fluid trec dintr-un strat în altul, curgerea este turbulentă.

Viscozitatea poate fi dinamică, cinematică sau convenţională.

a) Viscozitatea dinamică (η) se măsoară în regim de curgere laminară. în Sistemul

Internaţional, unitatea de vâscozitate dinamică este Pascal x secunda (Pa s).

În practică, pentru viscozitatea dinamică se foloseşte unitatea centipoise (cP):

1cP = 1x10 -3

Pas = 1 mPa s;

Viscozitatea dinamică se determină cu relaţia:

[Pa/s],

unde:

d - distanţa parcursă de fluid în curgere;


s - suprafaţa în secţiune a fluidului în curgere;

v - viteza de deplasare;

F- forţa de rezistenţă învinsă de lichid,

b) Viscozitatea cinematică (v) se determină cu relaţia:

[mVs], unde:

η - viscozitatea dinamică

ρ - densitatea fluidului

În Sistemul Internaţional, unitatea de viscozitate cinematică v este mVs.

În practică, pentru viscozitatea cinematică se foloseşte unitatea centistokes (cSt):

1cSt = 10 -6

m2/s=1 mm

2/s.

c) Viscozitatea convenţională se determină prin măsurarea timpului de curgere a unui

anumit volum de lichid, în condiţii stabilite convenţional.

Viscozitatea este influenţată de temperatură invers proporţional: la creşterea temperaturii,

viscozitatea scade.

■ Mijloace şi metode pentru măsurarea viscozităţii

Aparatele utilizate pentru măsurarea viscozităţii se numesc viscozimetre. Clasificarea

viscozimetrelor se face după mai multe criterii:

► După principiul constructiv, viscozimetrele pot fi:

- cu tub capilar;

- cu corp căzător;

- cu orificiu de scurgere;

- cu corp rotitor.

► După mărimea măsurată, ele se pot clasifica în:

- aparate pentru determinarea viscozităţii cinematice;

- aparate pentru determinarea viscozităţii dinamice;

- aparate pentru determinarea viscozităţii convenţionale.

► După locul de utilizare, viscozimetrele se împart în două grupe:

- viscozimetre de laborator, care efectuează determinări discontinue, în condiţii de temperatură

constantă şi cu o precizie ridicată;

- viscozimetre automate, care permit măsurarea continuă, a viscozităţii în procesele tehnologice.

Una dintre cele mai utilizate metode de determinare a viscozităţii este aceea a curgerii

printr-un tub capilar. Cel mai folosit este viscozimetrul Ubbelohde (Fig. 3.92.).

Cu ajutorul acestui aparat se măsoară direct viscozitatea cinematică a lichidelor. în acest

caz, se determină timpul de scurgere a unui volum determinat de lichid printr-un tub capilar,

produsă sub acţiunea greutăţii proprii, în condiţiile formării unui nivel suspendat de lichid prin

ruperea coloanei de scurgere. în timpul determinării, coloana de lichid se găseşte la presiune

atmosferică.

Fig. 3.92. Viscozimetrul cu nivel suspendat Ubbelohde

Aparatul este executat din sticlă şi este format dintr-un tub cu trei ramuri: ramura

cu capilar (2), ramura cu rezervor (1) (având diametrul egal cu suma celorlalte două

ramuri) şi a treia - tubul de legătură cu atmosfera (3). Ramura (2), este un tub cu două

bule, una de compensare (5) şi alta de măsurare (6), care se continuă printr-un tub

capilar (4). De o parte şi de alta a bulei de măsurare, sunt trasate două repere m1 şi m2,

care delimitează un volum de lichid al cărui timp de curgere prin capilar se măsoară.

Tubul capilar se deschide în bula nivelului suspendat C, având forma unei calote

sferice, care comunică cu atmosfera prin ramura (3) şi cu rezervorul B al ramurii (1). Pe rezervor


sunt marcate două repere foarte apropiate, x şi y, care indică nivelul minim, respectiv maxim, al

lichidului în viscozimetru.

3.3.4. Mijloace pentru măsurarea timpului

Timpul este o mărime fundamentală în Sistemul Internaţional. Unitatea de măsură pentru timp

este secunda, notată s.

La a 13-a Conferinţă Generală pentru Măsuri şi Greutăţi a hotărât ca secunda să fie definită astfel:

„Secunda este durata a 9 192 631 770 perioade ale radiaţiei corespunzătoare tranziţiei între cele

două niveluri hiperfine ale stării fundamentale ale atomului de Cesiu 133".

Multiplii secundei sunt:

Minutul 1 min = 60 s;

Ora 1 h = 60 min = 3 600 s;

Ziua 1 zi = 24 ore;

Anul 1 an = 365 zile;

Secolul 1 secol = 100 ani;

Mileniul 1 mileniu = 10 secole.

Submultiplii secundei sunt milisecunda (ms) şi microsecunda (us).

În construcţia de maşini, mijloacele pentru măsurarea timpului intră în componenţa

aparatelor şi a instalaţiilor şi au rol de temporizare, de antrenare a dispozitivelor de programare

sau de deplasare a suportului de înregistrare.

Mijloacele pentru măsurarea timpului se numesc ceasuri. Domeniul care se ocupă cu

proiectarea şi construcţia acestor dispozitive se numeşte orologerie.

► Din punct de vedere constructiv, ceasurile se împart în: mecanice, electromecanice,

electronice.

Ceasurile mecanice folosesc pentru acţionare energia cedată de un arc spiral tensionat.

Ceasurile electromecanice folosesc pentru acţionare energia electrică, iar mişcarea este

transmisă pe cale mecanică.

Ceasurile electronice sunt considerate ceasurile care au în construcţia lor atât dispozitive

electronice pentru acţionare, cât şi pentru indicaţie.

► Din punctul de vedere al indicaţiei, ceasurile pot fi digitale sau analogice.

■ Ceasurile mecanice au în construcţia lor traductoare de timp de tip oscilatoriu, cu sau

fără perioadă proprie de oscilaţie. Antrenarea ceasurilor mecanice se face folosind energia

mecanică eliberată de un arc. Acest tip de aparate prezintă dezavantajul că perioada de oscilaţie

este dependentă de momentul motor creat de dispozitivul mecanic de antrenare. Tipurile de

traductoare de timp cel mai des folosite în construcţia ceasurilor mecanice sunt prezentate în

figura 3.93. Fig. 3.93. Traductoare mecanice de timp a - traductor de

timp cu pendul; b - traductor de timp cu sistem oscilatoriu

arc - balans; c - traductor de timp cu masă oscilantă, fără

perioadă proprie de oscilaţie; 1 - masă oscilantă; 2 - roată

ancorată; 3, 3'- palete masă oscilantă

Traductorul de timp cu pendul (Fig. 3.93.a) are perioada de oscilaţie dependentă de masa

pendulului, de lungimea pendulului, dar şi de acceleraţia gravitaţională şi de momentul de inerţie

al pendulului.

Traductorul de timp cu sistem oscilatoriu arc-balans (Fig. 3.93.b) are perioada de oscilaţie

dependentă de elementele geometrice ale arcului spiral (lungime, lăţime şi grosime a secţiunii),

de momentul de inerţie al balansului, dar şi de modulul de elasticitate al arcului spiral.

Traductorul de timp cu masă oscilantă fără perioadă proprie de oscilaţie (Fig. 3.91.c) are

perioada de oscilaţie dependentă de momentul de inerţie al masei oscilante şi de amplitudinea


unghiulară a oscilaţiei. Acest tip de traductor de timp are următoarele avantaje: construcţia este

simplă, are posibilitatea reglării perioadei de oscilaţie şi perioada este independentă de poziţia în

spaţiu.

■ Ceasurile electromecanice se caracterizează prin faptul că energia mecanică

înmagazinată la ceasurile anterior prezentate în arcul motor a fost înlocuită cu energia electrică

înmagazinată într-o baterie sau obţinută direct de la reţea.

Cele mai răspândite ceasuri electromecanice sunt echipate cu motoare sincrone, la care

baza de timp este furnizată de frecvenţa reţelei.

Ceasurile electromecanice au o parte mecanică, iar precizia lor depinde de frecvenţa reţelei

electrice.

Folosirea ceasurilor electromecanice nu este posibilă în cazul reţelelor electrice a căror

frecvenţă nu este stabilizată. în această situaţie, se foloseşte acţionarea electrică, dar se introduce

un traductor mecanic de timp şi un mecanism pentru rezerva de timp. Un astfel de ceas are în

componenţă un ceas mecanic cu arc motor tensionat de un motor electric sincron, folosind o

reducţie corespunzătoare.

Pentru a evita supratensionarea arcului motor, se introduce în mecanism un limitator de

cuplu, care începe să patineze la atingerea cuplului maxim admis. Acest tip de ceas are avantajul

că va continua să funcţioneze şi în cazul întreruperii alimentării cu energie electrică, datorită

faptului că arcul rămâne tensionat. în figura 3 94. este reprezentat schematic un ceas

electromecanic.

Fig. 3.94. Ceas electromecanic 1 - motor sincron; 2 - rotorul motorului

sincron; 3 - pinion dispus pe axul rotorului; 4- roată dinţată; 5 - pinion; 6

- roată pe axul căreia este dispus secundarul; 7, 8, 9, 10 - transmisie

dinţată de demultiplicare a mişcării secundarului şi transmitere la axul

minutarului; 11, 12, 13, 14 - transmisie dinţată de demultiplicare şi

transmisie la axul indicatorului orar.

Acest tip de ceasuri este folosit la contoarele electrice cu

dublu tarif.

■ Ceasurile electronice au o largă răspândire, atât în

industrie, cât şi în viaţa de toate zilele. Avantajele pe care le prezintă

sunt: precizie de indicare ridicată, operaţii de asamblare simple, cost

de producţie şi de întreţinere scăzut.

Din punctul de vedere al indicaţiei, ceasurile electronice pot fi:

- cu indicaţie analogică;

- cu indicaţie numerică.

Din punct de vedere constructiv, elementul principal al unui astfel de ceas este

micromotorul pas-cu-pas, care are rolul de transformare a impulsurilor electrice într-o mişcare

mecanică. Aceleaşi sisteme se folosesc şi în cazul în care, la ieşire, este necesară o mişcare

mecanică pentru antrenarea suporturilor înregistratoarelor sau programatoarelor.

La acest tip de ceasuri, indicaţia numerică se poate face prin mai multe metode. Dintre

acestea, cea mai cunoscută este cea cu cristale lichide. Ele se caracterizează prin faptul că nu

generează lumină, ci dispersează lumina din mediu, ambiant.

Contrastul indicaţiei nu variază cu intensitatea luminoasă din încăperea în care sunt

folosite.

Prezintă următoarele avantaje: consumul mic de putere şi posibilitatea utilizării în

condiţiile unei iluminări puternice.


Traductoarele de timp folosite sunt de tipul oscilatoarelor mecanice cu pendul, cu

arc-balans şi, cel mai frecvent, de tip diapazon cu cuarţ. Oscilatoarele de tip diapazon cu cuarţ

folosesc oscilaţiile unei plăcuţe de cuarţ, care vibrează liber într-o capsulă etanşă, sub influenţa

curentului electric de întreţinere. Frecvenţa de oscilaţie a traductorului are valori de la 32 kHz

până la 4,194304 MHz. Funcţionarea acestor ceasuri este cu atât mai bună, cu cât frecvenţa

folosită este mai mare. Dacă, din punct de vedere constructiv, este necesar un consum mic de

energie electrică, atunci frecvenţa aleasă va fi mai mică.

■ Cronometrele sunt mijloace folosite pentru măsurarea intervalelor de timp. Ele se

utilizează în competiţii sportive şi în activităţi de producţie, atunci când este necesară

cronometrarea unor operaţii tehnologice de prelucrare sau de montaj. Au o precizie ridicată. De

exemplu, cronometrul din figura 3.95 măsoară timpul cu o precizie de sutimi de secundă.

Fig. 3.95. Cronometru cu afişaj digital

3.4. Măsurarea mărimilor termice

3.4.1. Scări de temperatură

Temperatura este o mărime fizică fundamentală în S.I., care caracterizează gradul de

agitaţie dezordonată a moleculelor unui corp.

Temperatura este cu atât mai mare, cu cât agitaţia este mai mare.

Unitatea de măsură pentru temperatura termodinamică este unitate fundamentală în SI şi se

numeşte Kelvin.

Kelvinul se defineşte ca fiind fracţiunea de i/273,16 din temperatura termodinamică a

punctului triplu al apei.

Ea a fost adoptată pe baza propunerii iui W. Thomson (Kelvin), care, studiind ciclul

Carnot, a stabilit o scară termodinamică a temperaturii care nu depinde de felul substanţei

termometrice.

Pentru punctul triplu al apei, s-a stabilit valoarea numerică 273,16. Punctul triplu al apei

este temperatura la care cele trei stări de agregare, solidă, lichidă şi gazoasă, se găsesc în

echilibru.

Pe scara de temperaturi Kelvin, intervalul de la punctul de topire a gheţii pure la punctul de

fierbere a apei este împărţit în 100 de părţi. Acest lucru asigură o legătură uşoară cu scara Celsius.

O altă unitate de măsură este gradul Celsius, unitate tolerată, care reprezintă a suta parte din

intervalul de temperatură determinat de două repere: temperatura de topire a gheţii, notată cu 0

grade, şi temperatura de fierbere a apei, notată cu 100 grade, considerate la presiune

atmosferică normală.

În sistemul FPS [foot-pound-second], utilizat în general în ţările anglo-saxone, unitatea de

măsură pentru temperatură se numeşte grad Fahrenheit, notat cu F care reprezintă a 180-a parte

din intervalul de temperaturi mărginit de temperatura de topire a gheţii, notată cu 32, şi

temperatura de fierbere a apei, notată cu 212.

Relaţiile de conversie sunt:

şi, respectiv, , unde:

tc - temperatura în grade Celsius;


tf - temperatură în grade Fahrenheit.

Scara de temperaturi Reaumur a fost stabilită în 1736 şi împarte intervalul dintre temperatura

de topire a gheţii, notată cu 0, şi temperatura de fierbere a apei, notată cu 80, în 80 de părţi.

3.4.2. Măsurarea temperaturilor

Temperatura se măsoară cu instrumente numite termometre. Principiile utilizate pentru

măsurarea temperaturilor sunt:

- dilataţia corpurilor;

- variaţia rezistenţei electrice;

- efectul termoelectric;

- radiaţia şi culoarea corpurilor;

- modificările de stare fizică.

După principiul de funcţionare, termometrele se clasifică în următoarele grupe:

- termometre bazate pe dilatarea corpurilor (gaze, lichide şi solide);

- termometre cu rezistenţă electrică (metalice sau semiconductoare);

- termometre termoelectrice (termocupluri);

- termometre bazate pe radiaţia termică a corpurilor (optice, monocromatice, cu radiaţie totală, de

culoare);

- termometre bazate pe schimbarea stării fizice.

♦ Termometre bazate pe dilatare şi pe variaţia presiunii în incinta corpului termometrie

cele mai cunoscute sunt termometrele din sticlă cu lichid (Fig. 3.96), care se folosesc la

măsurarea temperaturilor locale, în domeniul -200 ÷ 1050°C.

Principiul de funcţionare a acestor termometre se bazează pe dilataţia unui lichid într-un

spaţiu închis. Ele sunt confecţionate din sticlă transparentă, cu calităţi termice bune şi coeficient

de dilatare de maxim 2,55 • 105 grad

-1.

Lichidul termometrie poate fi:

- pentan -200...20°C

- alcool etilic -110...75°C

- toluen -80...100°C

- mercur -35...800°C

- aliaj de galiu 0...1050°C

Fig. 3.96. Termometre din sticlă cu lichid

Termometrele din sticlă cu lichid pot fi realizate în variantele constructive următoare.

Termometre cu capilar masiv (Fig. 3.96.a) sunt termometrele la care capilarul are

diametrul aproape egal cu al rezervorului.

Termometre tubulare (Fig. 3.96.b) au scara interioară şi rezervorul montate la capătul tijei,

în prelungirea corpului tubular. Scara gradată este trasată pe o placă opacă, în interiorul corpului

tubular.

Termometre cu capilar neprotejat (Fig. 3.96.c), la care capătul superior al capilarului este

îndoit şi fixat pe o placă pe care este trasată scara gradată.

♦ Termometre speciale

Din această categorie, fac parte tipurile următoare.

• Termometre din sticlă, cu mercur cu contacte electrice fixe (contacte electrice de platină)

la anumite repere de temperatură. La indicarea temperaturii, mercurul închide un circuit electric.

Aceste termometre pot fi folosite în instalaţii de reglare.


Termometre din sticlă, cu mercur şi contacte electrice mobile, numite şi termometre

Wertex, au un contact fix la baza capilarului şi un contact mobil, care se deplasează în interiorul

capilarului. Aceste termometre sunt utilizate la indicaţii electrice.

Termometre medicale, care pot fi:

- umane obişnuite, pentru temperaturi 35-42°C;

- pentru naşteri premature 35-42°C;

- veterinare 37-42°C.

Toate aceste termometre au valoarea diviziunii egală cu 0,l °C.

Termometre de baie terapeutică, gradate între O °C şi 50 °C; aceste termometre au marcată

cu roşu diviziunea O sau 1 °C.

♦ Termometre bazate pe dilatarea corpurilor solide

Aceste termometre se prezintă în două variante constructive:

- termometre cu tijă;

- termometre bimetalice.

Termometrele cu tijă (Fig. 3.97) se bazează în funcţionare pe fenomenul de dilatare la

încălzire a corpurilor solide.

Termometrul cu tijă este compus dintr-un tub cu coeficient de dilatare mare, în care este

introdusă o tijă cu coeficient de dilatare mic. Tubul este introdus în întregime în mediul a cărui

temperatură se măsoară. Diferenţa de dilatare dintre tijă şi tub determină mişcarea mecanismului

indicator.

Fig. 3.97. Termometru cu tijă

1 - tub de protecţie; 2 - tijă; 3 - pârghie; 4 - ax; 5 - arc; 6 - ac indicator.

Termometre bimetalice (Fig. 3.98.) au elementul sensibil format

dintr-un bimetal, adică o piesă lamelară, confecţionată din două lame lipite

între ele, având coeficienţi de dilatare diferiţi.

Fig. 3.98. Principiul de funcţionare a termometrului bimetalic

Pentru temperaturi de până la 450 °C, se folosesc bimetale fier-nichel şi crom, pentru lama

cu coeficient mare de dilatare (1), şi aliaj de invar cu nichel, pentru lama cu coeficient mic de

dilatare (2). Cu (3) şi (4) sunt notate poziţiile posibile ale bimetalului, în funcţie de temperatură.

Termometrele bimetalice se folosesc în intervalul de temperatură - 50 ... + 450 °C. Ele au o

construcţie robustă şi sunt adeseori utilizate cu contacte electrice şi înregistratoare. Peniţa

termometrelor este prinsă direct de elementul sensibil, deoarece are forţă suficientă pentru a

învinge frecarea dintre peniţă şi hârtie.

♦ Termocupluri

Măsurarea temperaturii cu ajutorul termocuplurilor se bazează pe fenomenul

termoelectric. Acesta constă în existenţa unei forţe termoelectromotoare într-un circuit compus

din materiale conductoare diferite.

În figura 3.99, sunt prezentate circuite termoelectrice cu două sau cu trei conductoare

diferite.

În practică, se construiesc foarte multe tipuri de termocupluri, diferite prin destinaţie şi

prin dimensiuni:

- termocupluri cu bandă, pentru măsurarea temperaturilor suprafeţelor cilindrice;

- termocupluri pastilă, pentru măsurarea temperaturii suprafeţelor plane;


- termocupluri cu vârfuri, pentru măsurarea temperaturii materialelor bune conducătoare de

electricitate.

Fig. 3.99. Termocupluri

a - compus din două materiale; b - compus din trei materiale

Limitele de utilizare a termocuplurilor sunt următoarele:

Cu-Constantan - 200...600 °C

Fe-Constantan -200...900 °C

Fe-copel 0...800 °C

Cromel-Copel -50...800 °C

Cupru-Copel 0...600 °C

NiCr-Ni 0...1 200 °C

Cromel-Alumel -50...1 300 °C

Pt Rh-Pt 0...1 600 °C

Pentru temperaturi de peste 1600 °C, se folosesc termocupluri pe bază de aliaje de platină,

aliaje de iridiu, aliaje de rodiu, termocupluri molibden-wolfram, taliu-molibden.

În general, electrozii termocuplurilor se sudează cu flacără electrică.

Electrozii sunt fire sau benzi izolate între ele. în exterior, au o teacă ce protejează

termocuplul de şocurile mecanice, precum şi de acţiunea mediului.

Constructiv, cel mai răspândit termocuplu are forma unui tub, în interiorul căruia sunt

introduşi electrozii.

Bornele de legătură se găsesc la un capăt al tubului, fiind protejate şi ele împotriva

prafului, a apei şi a agenţilor corosivi.

Bornele de legătură sunt marcate cu + şi -, pentru a indica polaritatea termocuplului

3.4.3. Măsurarea energiei termice

Figura 3.100. Contoare pentru măsurarea energiei termice

În Sistemul Internaţional de unităţi, energia termică sau

cantitatea de căldură este o mărime fizică derivată.

Potrivit principiului conservării energiei, enunţat în

mecanică, energia mecanică a unui sistem izolat se conservă în

decursul timpului, dacă frecările şi fenomenele disipative sunt

neglijate. Efectuând un bilanţ energetic în cazul unui sistem ce

evoluează, se observă faptul că o parte din energia mecanică se

transformă în căldură (acelaşi lucru se întâmplă în electricitate, când un rezistor primeşte energie

electrică). Căldura care se manifestă prin modificarea mediului exterior, permite ca energia

termică să fie măsurată cu aceeaşi unitate de măsură ca şi energia şi lucrul mecanic: joule (J).

Iniţial, ca unitate de măsură pentru cantitatea de căldură, s-a utilizat caloria (cal); în

prezent, folosirea acestei unităţi nu mai are decât o justificare tradiţională.

Caloria reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unei mase de

1 g de apă cu 1 °C, de la 14,5 °C la 15,5 "C.

Caloria se poate defini în raport cu unitatea SI astfel:

1 cal = 4,184 J.

Fluidul purtător de energie termică (lichid sau gaz) este denumit în mod uzual agent

termic.


Apa caldă şi fierbinte se caracterizează prin temperaturi superioare valorii de 30 °C, fiind

utilizată pentru uzul casnic şi industrial. Sistemele de distribuţie centralizată asigură transportul

de la sursă (centrale termo-electrice, centrale termice) la beneficiari.

Mijloacele de măsurarea energiei termice se numesc generic contoare de energie termică (Fig.

3.100.). Contorul de energie termică este constituit dintr-un contor care măsoară debitul de agent

termic, din două traductoare de temperatură (uzual termorezistenţe, una amplasată pe conducta

tur, alta amplasată pe conducta retur faţă de consumatorul de energie termică) şi un bloc

electronic de calcul al energiei termice). Contorul de debit şi cele două traductoare de

temperatură transmit blocului de calcul semnale electrice de ieşire.

În figura 3.101 sunt prezentate variante ale configuraţiei contorului de energie termică şi

tipurile uzuale de contoare de debit, respectiv de traductoare de temperatură.

Contoarele de energie termică se pot realiza în trei variante constructive:

- contoare complete, care nu conţin subansambluri separabile (contoare de debit, traductoare de

temperatură, bloc de calcul);

- contoare combinate, care conţin subansambluri separabile (contoare de debit, perechi de

traductoare de temperatură, bloc electronic de calcul);

Contoarele hibride sunt cele care la verificările metrologice iniţiale sunt considerate drept

contoare combinate, iar după verificare sunt considerate contoare complete (cu subansambluri

inseparabile); în mod frecvent, aceste contoare sunt denumite contoare compacte.

Fig. 3.101. Variante ale

configuraţiei contoarelor de

energie termică: A- contoare de

debit; a - cu morişcă;

b - Woltmann; c - cu piston inelar

oscilant; d - electromagnetic;

e - cu ultrasunete; f - cu diafragmă;

g - vortex; B1- termorezistenţe cu

două fire; B2- termorezistenţe cu

patru fire; C- bloc electronic de

calcul; D- variante de evidenţiere a

informaţiei de ieşire din blocul

electronic de calcul; E- PC.




Fişă de evaluare. Tema: Măsurarea mărimilor termice


1. Temperatura este o mărime fizică care caracterizează................

2. Unitatea de măsură pentru temperatura termodinamică este unitate

fundamentală în SI şi se numeşte................

3. Punctul triplu al apei este acea temperatură la care.................

4. Temperatura se măsoară cu instrumente numite...............

II. Alege varianta de răspuns corectă:

1. Pentru măsurarea temperaturilor mai mari de 1600 °C, în construcţia

termocuplurilor se pot folosi următoarele materiale:

a) platină, aliaje de iridiu, Ni Cr- Ni; b) cromel-copel, cromel-alumel,

platină; c) platină, aliaje de iridiu, molibden-wolfram, taliu-molibden; d)

cupru, argint, platină.

2. Termometrele cu traductor bimetalic sunt folosite în următoarele

aplicaţii:

a) contacte electrice; b) contacte electrice, înregistrarea şi măsurarea

temperaturii; c) numai la măsurarea temperaturii; d) numai la înregistrare şi

măsurare.

3. Punctul de fierbere al apei, de 100 °C, este echivalent, pe scara Kelvin,

cu: a) 373,16K; b) 273,16K; c) 100 K; d) 473,16 K.

4. Temperatura de (-13) °C, exprimată în Kelvin, are valoarea: a) 286,16 K;

b) 260,16 K; c) -13 K; d) 250 K.

5. Temperatura de 50 °C, exprimată pe scara Fahrenheit, are valoarea: a) 82

°F; b) 122 °F; c) 50 °F; d) 152 °F.

III. Enumeră lichidele termometrice.

IV. Clasifică termometrele după principiul de funcţionare.

V. Descrie termometrele bimetalice.

VI. Enumera trei tipuri de termocupluri.

VII. Precizează limitele termice de utilizare a termocuplurilor.


3.5. Mijloace pentru măsurarea mărimilor electrice

3.5.1. Mărimi şi unităţi de măsură electrice

• Intensitatea curentului electric este o mărime fundamentală în SI şi reprezintă

cantitatea de sarcină electrică ce trece prin secţiunea transversală a unui conductor în unitatea de

timp.

Unitatea de măsură a intensităţii curentului electric este amperul (A).

Amperul este definit ca fiind intensitatea a doi curenţi electrici constanţi, identici, care,

circulând prin două conductoare rectilinii, paralele, foarte lungi, de secţiuni neglijabile, aşezate în

vid la distanţa de 1 m unul de altul, produce între aceste conductoare o forţă de 2.107 N pe fiecare

metru de lungime.

• Tensiunea electrică este lucrul mecanic efectuat de sursă pentru deplasarea sarcinii

electrice pe întregul circuit.

Dimensional: [U]=L2 MT

-3 /

-1

Unitatea de măsură a tensiunii electrice, în SI, este voltul (V).

Voltul este definit ca fiind tensiunea electrică determinată de un câmp electric uniform, cu

intensitatea de un amper pe metru, pe distanţa de un metru, măsurată de-a lungul liniilor de câmp.

• Rezistenţa electrică pentru un conductor izotrop se exprimă ca fiind catul dintre

tensiunea la borne U şi intensitatea I a curentului electric continuu care îl parcurge.

Dimensional: [R]=L2 M T

3 /-2

.

Unitatea de măsură a rezistenţei electrice, în SI, este ohmul (Ω).

Ohmul se defineşte ca fiind rezistenţa electrică dintre două puncte ale unui conductor

filiform, între care, aplicând tensiunea electrică de un volt, se stabileşte un curent electric

constant cu intensitatea de 1 amper, atunci când conductorul nu este sediul unor tensiuni

electromotoare.

• Energia electrică reprezintă puterea electrică consumată de un receptor, într-un interval

de timp.

Se exprimă cu relaţia: W=P.(t2-t1)

Un generator electric transformi energii de altă natură în energie electrică (generatorul nu

„generează" energia electrică).

Ea nu este energia curentului electric, ci este energia câmpului din circuitul electric.

Energia electrică poate varia, chiar dacă intensitatea curentului din circuit se menţine

constantă.

Relaţiile de definiţie sunt: W=U•I•t=I•2 R•t = LPt/R.

Dimensional: [W]=L2-M-T

2.

Unitatea de măsură a energiei electrice se numeşte joule (J). 1J = 1 W/s

Joulul este energia electrică dezvoltată în timp de o secundă, într-un circuit electric parcurs

de un curent electric constant, cu intensitatea de un amper, când tensiunea electrică aplicată la

bornele circuitului este de un volt.

Unitatea de măsură utilizată în practică pentru energia electrică este kilowattora (kWh).

aparatul utilizat pentru măsurarea energiei electrice este contorul prezentat în figura 3.102.

Fig. 3.102 Contor electronic monofazat de energie electrică Puterea electrică este energia primită sau cedată de un sistem electric, în unitatea de timp.

Dimensional: P=L2

•M• T-3

.


În curent alternativ, se deosebesc următoarele puteri: aparentă, activă şi reactivă.

• Puterea aparentă este produsul dintre valoarea tensiunii efective, U (indicată de un

voltmetru montat la bornele circuitului) şi intensitatea efectivă, I (indicată de un ampermetru

înseriat în circuit), adică:

P=U•I

Unitatea de măsură a puterii aparente este volt-amperul (VA).

• Puterea activă în curent alternativ reprezintă puterea disipată pe un rezistor de rezistenţă

R; ea este produsul dintre tensiunea efectivă, intensitatea efectivă şi factorul de putere:

P = Pa • cosφ = U• I • cosφ,

unde cosφ este factorul de putere.

Unitatea de măsură a puterii active este wattul(w).

• Puterea reactivă este dată de relaţia: P =P • sinφ

Unitatea de măsură a puterii reactive este varul (VAR).

3.5.2. Caracteristicile metrologice ale mijloacelor electrice de măsurare

Pentru alegerea mijloacelor electrice de măsurare în vederea efectuării unor măsurări, este

necesară cunoaşterea caracteristicilor metrologice ale acestora.

Caracteristicile metrologice se referă la comportarea mijloacelor de măsurare, în raport cu

mărimea supusă măsurării şi cu modul de obţinere a rezultatului măsurării.

Ele se exprimă prin parametrii funcţionali privind mărimile de intrare, de ieşire şi de

influenţă, fără să implice structura internă a mijloacelor de măsurare.

Intervalul de măsurare este intervalul de valori ale mărimii de măsurat pe întinderea

căruia un mijloc de măsurare poate furniza informaţii de măsurare, cu incertitudini de măsurare

prestabilite.

Intervalul de măsurare este cuprins între o limită inferioară şi una superioară. Aparatele

analogice au o scară gradată, definită ca un ansamblu de repere şi cifre care permite determinarea

valorii mărimii măsurate. La aceste aparate, limita inferioară este zero şi aparatul este denumit

după limita superioară. De exemplu, un ampermetru de 10A poate măsura maximum 10A.

În general, intervalul de măsurare corespunde întregii scări gradate.

Capacitatea de suprasarcină reprezintă capacitatea unui mijloc de măsurare electric de a

suporta, fără defecţiuni, sarcini ce depăşesc condiţiile de referinţă sau intervalul de măsurare, (de

exemplu, pentru un ampermetru analogic de clasă 1 se prevede o sarcină de 120%).

Rezoluţia (prag de sensibilitate) este cea mai mică valoare a mărimii de intrare care

determină o variaţie distinct sesizabilă a mărimii de ieşire. Pragul de sensibilitate este utilizat

pentru mijloacele de măsurare la care mărimea de ieşire prezintă o variaţie continuă, de exemplu,

la aparatele analogice.

Sensibilitatea (S) este raportul dintre variaţia mărimii de ieşire şi variaţia corespunzătoare

a mărimii de intrare.

Constanta aparatului este inversul sensibilităţii (1/S) şi se exprimă, de exemplu, în

amperi/diviziune, ohmi/diviziune.

Un termometru electric care măsoară temperaturi între -40°C şi +120°C şi are o scară

gradată cu 80 diviziuni prezintă o sensibilitate de 0,5 diviziuni/°C şi o constantă de

2°C/diviziune.

Incertitudinea de măsurare este domeniul de valori în care se pot situa erorile de

măsurare, cu o anumită probabilitate. Incertitudinea de măsurare estimează limitele erorilor de

măsurare.

Exactitatea este caracteristica metrologică a unei măsurări şi reprezintă calitatea acesteia

în ceea ce priveşte gradul de afectare a rezultatelor măsurării cu incertitudinea de măsurare.


Exactitatea şi incertitudinea de măsurare se află într-o legătură strânsă. Exactitatea ridicată

corespunde unei incertitudini de măsurare mici, respectiv exactitatea scăzută unei incertitudini de

măsurare mari.

Eroare limită de măsurare reprezintă valoarea maximă posibilă pentru eroarea aparatului,

care garantează că erorile de măsurare cu care se obţin valorile măsurate sunt mai mici sau egale

cu eroarea limită de măsurare, pentru întregul interval de măsurare.

3.5.3. Mijloace pentru măsurarea mărimilor electrice

Mijlocul de măsurare electric poate fi reprezentat ca o reţea de captare, de transmitere şi de

recepţie a informaţiei, reţea numită lanţ de măsurare.

Mijlocul de măsurare electric constituie un canal informaţional de-a lungul căruia circulă

un semnal energetic purtător al informaţiei de măsurare, numit semnal metrologic.

Structura mijloacelor de măsurare are în componenţă elemente cu funcţia de a efectua

operaţii aritmetice (adunări, multiplicări etc), operaţii analitice (derivări, integrări etc), operaţii

logice (codificări, decodificări etc). Introducerea microprocesoarelor conduce la adăugarea de

noi funcţii şi performanţe.

Pentru reprezentarea mijloacelor de măsurare sau a elementelor componente în scheme, au

fost adoptate anumite semne convenţionale.

Semnalul metrologic care circulă de-a lungul lanţului de măsurare este constituit dintr-o

mărime fizică ce prezintă un parametru variabil, care ia valori în concordanţă cu valoarea mărimii

măsurate.

După modul de variaţie a semnalului metrologic şi a modului de prezentare a valorii

măsurate, mijloacele de măsurare electrice se clasifică în:

- mijloace de măsurare electrice analogice;

- mijloace de măsurare electrice digitale;

- mijloace de măsurare electrice mixte.

1. Aparatele analogice au caracteristic faptul că atât diversele mărimi în care este convertit

succesiv semnalul metrologic, cât şi mărimea de ieşire, sunt legate de mărimea de măsurat prin

relaţii continue (uzual, de proporţionalitate y = k•x).

Ele urmăresc în mod continuu variaţia mărimii de măsurat. Valoarea măsurată se obţine

prin aprecierea poziţiei unui ac indicator, a unui inscriptor sau a unui spot luminos, în raport cu

reperele unei scări gradate.

2. Aparatele digitale sunt caracterizate prin faptul că semnalul metrologic este

discontinuu, măsurarea repetându-se după un anumit interval de timp, iar valoarea măsurată este

prezentată sub formă de număr în afişaj (Fig. 3.103).

Fig.3.103. Voltmetru digital

Pentru măsurarea oricărei mărimi, aparatele digitale

pot fi realizate atât pe baza unei metode electrice de măsurare

analogice, cât şi pe baza unei metode electrice de măsurare

digitale.

În prezent, există tendinţa de a se folosi metodele electrice de măsurare digitale, datorită

avantajelor pe care le prezintă: obţinerea directă a valorii măsurate, exactitate ridicată,

posibilitatea înregistrării sau transmiterii la distanţă a informaţiei de măsurare.

3. Aparatele electrice de măsurare mixte au caracteristic faptul că rezultatul măsurării se

obţine parţial sub formă digitală şi parţial sub formă analogică.

În aparatele electrice de măsurat, mişcarea organului mobil se obţine pe baza transformării

în energie mecanică a diferitelor tipuri de energie furnizate de mărimea de măsurat.


Astfel, după principiul de funcţionare, există: aparate de tip magnetic, feromagnetic,

electrodinamic şi cu inducţie care folosesc energia câmpului electromagnetic pentru a crea cuplul

activ necesar deplasării acului indicator. Aparatele de tip electrostatic utilizează energia

câmpului electrostatic, iar cele termice efectul caloric al curentului electric.

În tabelul 3.4. sunt prezentate simbolurile

aparatelor de măsurare mixte.

Tabelul 3.4.

Aparatele magnetoelectrice sunt formate din unul sau mai mulţi magneţi permanenţi, ficşi

sau mobili, şi una sau mai multe borne, parcurse de curentul de măsurat. Cuplul activ este produs

de câmpul de inducţie magnetică al magnetului permanent ce interacţionează cu curentul din

bobină. Aparatele magnetoelectrice funcţionează numai în curent continuu. Pot funcţiona şi în

curent alternativ, dacă li se asociază celule redresoare. Din punctul de vedere al frecvenţei

curentului măsurat, aparatele electromagnetice pot fi folosite până la frecvenţe de ordinul

kilohertzilor.

Aparatele feromagnetice sunt formate dintr-o bobină fixă, parcursă de curentul de măsurat,

şi o piesă din fier moale, introdusă în câmpul magnetic creat de curent.

Aparatele electrodinamice sunt alcătuite din una sau mai multe bobine mobile, parcurse de

curentul de măsurat. Dacă miezul bobinelor este confecţionat din fier, atunci ele se numesc

ferodinamice.

Aparatele electrostatice sunt formate din piese metalice fixe şi piese metalice mobile, între

care se exercită forţe electrostatice.

Aparate termice cu fir cald funcţionează prin dilatarea unui fir conductor parcurs de

curentul de măsurat.

Aparatele feromagnetice, electrodinamice, electrostatice şi termice se folosesc atât în

curent alternativ, cât şi în curent continuu.

Aparatele feromagnetice şi electrodinamice se folosesc la frecvenţa reţelei de 50 Hz.

Pentru frecvenţe mai mari, inductanţele parazite ale înfăşurărilor şi capacităţile parazite ale

pieselor componente devin o sursă de erori.

Aparatele termice permit măsurarea curenţilor de frecvenţe foarte înalte, chiar de sute de

kilohertzi, cu precizarea că, la aceste frecvenţe, inductanţa firului şi efectul pelicular pot altera

precizia aparatelor.

Aparatele electrostatice funcţionează bine la frecvenţe înalte, iar cele cu inducţie

funcţionează numai în curent alternativ.


Aparatele de inducţie folosesc circuite inductoare fixe, care acţionează asupra curenţilor

pe care conductoarele mobile îi induc în piese.

Aparatele cu termocuplu sunt formate prin asocierea unui aparat magnetoelectric cu un

termocuplu încălzit de curentul de măsurat.

Aparatele cu redresor sunt formate prin asocierea unui aparat magnetoelectric cu unul sau

cu mai multe dispozitive redresoare.

■ Aparate magnetoelectrice

1) Ampermetrele şi voltmetrele magnetoelectrice au ca element de bază un dispozitiv

magnetoelectric, la care s-a micşorat sensibilitatea, în scopul creşterii preciziei şi a fidelităţii.

Între cele două mijloace de măsurare nu există diferenţe mari, ele putând fi folosite pentru

măsurarea tensiunii, respectiv a curentului electric, diferenţa constând în limitarea rezistenţei lor

interne.

Dacă unui milivoltmetru îi înseriem în circuit o rezistenţă adiţională, îl transformăm în

voltmetru, pe diferite domenii de măsurare. Totodată, milivoltmetrul poate fi utilizat ca

ampermetru, prin şuntarea lui cu rezistenţe bine calculate.

Datorită rezistenţei pe care o prezintă, cablurile de legătură au efect de rezistenţe adiţionale

asupra milivoltmetrului. Aceste cabluri se aleg în concordanţă cu valoarea înscrisă pentru ele pe

cadran.

Avantajele acestor mijloace de măsurare sunt:

- sensibilitate mare;

- consum relativ mic;

- scară uniformă;

- amortizare bună.

Principiul de funcţionare constă în acţiunea unui câmp fix de inducţie magnetică, asupra

unei bobine parcurse de curent (Fig. 3.104).

Fig. 3.104. Aparat magnetoelectric 1 - magnet permanent; 2 - piese polare;

3 - miez cilindric; 4 - şunt magnetic; 5 - bobină mobilă; 6 - corector de zero

Circuitul magnetic este format dintr-un magnet permanent în formă de potcoavă, terminat

cu două piese polare care au deschiderea cilindrică şi dintr-un şunt magnetic.

Piesele polare, şuntul şi miezul se confecţionează din oţel moale. Reglarea poziţiei şuntului

magnetic permite menţinerea constantă a inducţiei în întrefier. în întrefierul format de piesele

polare şi miezul cilindric, se roteşte o bobină mobilă, confecţionată dintr-un cadru de aluminiu,

pe care se înfăşoară un conductor izolat. Bobina se fixează pe un ax de rotaţie, sprijinit prin pivoţi

pe un lagăr de safir. Acul indicator este fixat pe un ax a cărui oscilaţie este limitată de

contragreutăţi. Cuplul rezistent este creat cu ajutorul arcurilor spirale.

Amortizarea sistemului mobil se face cu ajutorul curenţilor care se induc în cadrul de

aluminiu şi în bobină şi care creează un cuplu de frânare.

2) Galvanometrul este un dispozitiv de măsurat

magnetoelectric, utilizat pentru măsurarea curentului electric

continuu de valori mici. Este un aparat puţin robust, dar de

sensibilitate mare. La măsurarea curentului, precizia este mică. Fig. 3.105. Schema de determinare

a caracteristicilor galvanometrului


Cu ajutorul circuitului din figura 3.105, se determină valorile caracteristicilor

galvanometrului:

- rezistenţa critică exterioară, care este rezistenţa conectată la bornele galvanometrului, pentru

care funcţionarea are loc în regim critic;

- rezistenţa internă, care este rezistenţa electrică măsurată la bornele aparatului;

- perioada oscilaţiilor libere, care reprezintă timpul necesar echipamentului mobil şi aparatului

pentru a efectua o oscilaţie completă.

Galvanometrele pot fi:

- galvanometre magnetoelectrice;

- galvanometre balistice;

- galvanometre de rezonanţă.

Cuplul mediu fiind nul, aparatele magnetoelectrice nu dau nici o indicaţie în curent

alternativ. în cazul în care frecvenţa curentului alternativ este suficient de joasă, acul aparatului

vibrează, urmărind variaţiile de sens ale cuplului respectiv.

În funcţionarea aparatelor magnetoelectrice, erorile sunt determinate de frecări în lagăre,

de etalo-nare imprecisă sau de asamblare defectuoasă a sistemului mobil. Influenţa câmpurilor

exterioare este neglijabilă, datorită inducţiei puternice a magnetului permanent. Aparatele

magnetoelectrice au o clasă de precizie bună şi sensibilitate ridicată. Consumul de putere necesar

măsurării este mic, de ordinul zecimilor de watt.

Ele au dezavantajul că funcţionează numai în curent continuu şi nu suportă supraîncărcări

mari. în cazul unui curent prea ridicat, arcurile spirale se supraîncălzesc şi îşi modifică modulul

de elasticitate.

■ Aparate feromagnetice

Principiul de funcţionare constă în interacţiunea dintre câmpul magnetic al unei bobine

fixe parcurse de curentul de măsurat şi una sau mai multe piese mobile din material feromagnetic.

1. Aparatul feromagnetic cu atracţie (Fig. 3.106) este format dintr-o bobină în care poate

pătrunde o piesă de fier moale, sub acţiunea câmpului magnetic creat de curenţii din bobină; piesa

de fier moale se magnetizează şi este atrasă în interiorul bobinei.

Fig. 3.106. Aparat feromagnetic cu atracţie 1 - bobină; 2 - piesă de fier moale

2. Aparatul feromagnetic cu repulsie (Fig. 3.107) este format dintr-o bobină rotundă, în

interiorul căreia se găsesc două piese de fier moale, una fixă şi alta mobilă. Acestea se

magnetizează în acelaşi sens, fiind plasate în acelaşi câmp magnetic şi, prin urmare, se resping.

Acest lucru determină deplasarea piesei mobile.

Fig. 3.107. Aparat feromagnetic cu repulsie

1 - bobina rotundă; 2 - piesa fixă; 3 - piesa mobilă

Principala sursă de erori în funcţionarea în curent continuu a

aparatelor feromagnetice o constituie histerezisul magnetic al piesei

mobile, care determină indicaţii diferite la creşterea şi la descreşterea

curentului de măsurat, provocând erori de 3-4%. Pentru a reduce aceste

erori, se utilizează materiale magnetice cu inducţie remanentă mică (aliaje

de FeNi).


În curentul alternativ, curenţii turbionari induşi de fluxul magnetic alternativ al bobinei în

piesele metalice mobile duc la slăbirea câmpului şi la micşorarea indicaţiilor, provocând erori de

1-2%. Pentru a reduce aceste erori, se utilizează piese mobile, de dimensiuni reduse şi carcase din

material plastic.

Influenţa câmpurilor magnetice exterioare este pronunţată, deoarece câmpul magnetic

propriu este relativ redus. Pentru a evita acest neajuns, aparatele se ecranează.

Aparatele feromagnetice se utilizează în curent continuu şi în curent alternativ şi pot

măsura curenţi de ordinul sutelor de amperi.

■ Aparate electrodinamice şi ferodinamice

Principiul de funcţionare a aparatelor electrodinamice şi ferodinamice constă în

interacţiunea dintre câmpul magnetic creat de curentul ce trece printr-o bobină fixă şi curentul

care parcurge o bobină mobilă (Fig. 3.108).

Fig. 3.108. Aparat electrodinamic

Aparatele la care bobina fixă este prevăzută cu un miez feromagnetic în

scopul întăririi câmpului, se numesc ferodinamice (Fig. 3.109).

Fig. 3.109. Aparat ferodinamic Erorile ce pot apărea în funcţionarea aparatelor electrodinamice sunt cauzate de câmpurile

magnetice exterioare, intensitatea câmpului magnetic propriu fiind relativ redusă. Aparatele

ferodinamice nu sunt influenţate de câmpuri magnetice exterioare, ele având un câmp propriu

mai intens, dar prezintă efectul de histerezis magnetic al curenţilor turbionari ce apar în miez.

Pentru micşorarea acestor erori, aparatele electrodinamice se ecranează, iar cele

ferodinamice se realizează cu miezul din tole secţionate.

Aceste aparate funcţionează în curent continuu şi în curent alternativ la frecvenţă industrială, ca

ampermetre, voltmetre, wattmetre şi contoare.

■ Aparate electrostatice

Aceste aparate utilizează forţa electrostatică exercitată de armătura fixă a unui condensator

variabil asupra armăturii mobile.

Varierea capacităţii se poate realiza în două moduri:

- prin varierea suprafeţei active a armăturilor (Fig. 3.110 a);

- prin varierea distanţei dintre armături (Fig. 3.110 b).

Fig. 3.110 Aparate electrostatice a - cu variaţia suprafeţei

armăturilor; b - cu variaţia distanţei dintre armături

În ambele cazuri, la aplicarea unei tensiuni între

armăturile fixe şi mobile, acestea se încarcă cu electricitate

de semn contrar şi se resping. în primul caz, aceasta duce la

rotirea armăturii mobile în spaţiul dintre armăturile fixe, iar

cuplul rezistent este dat de arcurile spirale, în cel de-al doilea caz, se produce o deplasare a plăcii

mobile suspendate între cele două plăci fixe, astfel: una o atrage, fiind încărcată cu electricitate de

semn contrar, iar cealaltă o respinge, fiind încărcată cu electricitate de acelaşi semn. în acest caz,

cuplul rezistent este dat de greutatea plăcii mobile.


Aparatul electrostatic funcţionează şi la aplicarea unei tensiuni alternative, cuplul mediu

fiind diferit de zero.

Principala calitate a acestor aparate este aceea că nu absorb curent, măsurarea făcându-se

cu consum de energie foarte redus, practic nul. Aparatele se utilizează numai ca voltmetre pentru

măsurarea tensiunilor înalte.

■ Aparate termice

Principiul de funcţionare al aparatelor termice se bazează pe dilatarea unui fir parcurs de

curentul de măsurat. Dilatarea este transmisă la acul indicator, printr-un sistem de amplificare

mecanică (Fig. 3.111).

Fig. 3.111. Aparat termic 1 - fir activ; 2 - arc plat de oţel; 3 - fir de mătase;

4 - rolă; 5 - fir de bronz fosforos

Firul activ este confecţionat din aliaje cu coeficient ridicat de dilatare termică (platină sau

argint) şi are un diametru redus, de până la 0,1 mm. Firul activ este întins de arcul plat de oţel,

prin intermediul unui fir de mătase, înfăşurat pe o rolă, şi de un fir de bronz fosforos.

Datorită întinderii exercitate de arcul de oţel, alungirea firului activ determină rotirea rolei

şi, deci, a acului indicator.

Aceste aparate funcţionează atât în curent continuu, cât şi în curent alternativ, până la

frecvenţe de ordinul sutelor de kilohertzi.

La frecvenţe foarte înalte, inductanţa firului şi efectul pelicular dau erori apreciabile.

Consumul de putere este destul de ridicat, de ordinul waţilor, şi un mare dezavantaj îl constituie

fragilitatea firului activ şi inerţia termică, care împiedică urmărirea variaţiilor rapide de curent.

3.5.4. Măsurarea tensiunii, intensităţii şi rezistentei

Măsurarea tensiunii, intensităţii şi rezistenţei se face:

- cu ajutorul aparatelor indicatoare;

- metode de zero.

Metodele de măsurare ale celor trei mărimi sunt studiate împreună, datorită legăturii care

există între ele, ceea ce face ca, pentru măsurarea uneia, să fie nevoie şi de măsurarea celorlalte

două, ele fiind legate prin legea lui Ohm.

Transmiterea unităţii de măsură a rezistenţei se face pornind de la rezistenţele etalon, care

sunt apoi transmise aparatelor de măsurare.

Unitatea de tensiune se transmite de la elemente Weston etalon, iar unitatea de intensitate

se transmite de la un element Weston etalon, cu ajutorul compensatoarelor de curent continuu şi

alternativ.

Cele mai folosite mijloace de măsurare ale rezistenţei, tensiunii şi intensităţii curentului

electric sunt la metoda zero: compensatoarele, punţile Wheatstone şi punţile Thomson. Punţile

Wheatstone şi cele de tip Thomson compară valoarea rezistenţei de măsurat cu valorile

rezistenţelor din braţele punţii.

Compensatoarele de curent continuu raportează valoarea unei tensiuni la valoarea forţei

electromotoare a unui element Weston, prin intermediul rapoartelor de rezistenţă. Punţile sunt

echilibrate cu ajutorul galvanometrului.

Aparatele indicatoare utilizate pentru măsurarea tensiunii sunt voltmetrele, pentru

intensitate ampermetrele, iar pentru rezistenţe ohmetrele.

3.5.5. Măsurarea rezistenţelor electrice

1. Puntea Wheatstone. În figura 3.112 este reprezentată cea mai simplă punte Wheatstone,

formată din patru rezistenţe, o sursă de curent şi un galvanometru.


Fig. 3.112. Puntea Wheatstone Atâta timp cât prin diagonală nu trece curent electric, între rezistenţe se stabileşte relaţia:

r1/r3 = r2 r4

Din această relaţie, se obţine valoarea unei rezistenţe, în funcţie de celelalte trei. Acest

lucru este posibil doar în cazul în care există o singură sursă de curent electric şi se respectă

condiţia de echilibru.

2. Puntea Thomson este o punte care se obţine din puntea Wheatstone, prin adăugarea a

încă două braţe, care au valori aflate într-un raport dat cu braţele primei punţi (Fig. 3.113).

Relaţia de echilibru a punţii este: Rx= (a/b) R + (r•d/c + d + r){a/b- c/d).

Dar, din construcţie: a = c, b = d şi, prin urmare, avem: R = (a/b) R

Eroarea datorată ajustării rezistenţelor punţii Thomson poate fi de 0,02%. La măsurarea

rezistenţelor foarte mici (10-5

– 10-6

W) eroarea poate ajunge până la 0,1%.

Fig. 3.113. Puntea dublă Thomson 3. Ohmmetrele sunt mijloace de măsurare pentru rezistenţe electrice.

După domeniul de măsurare, pot fi:

- microohmmetre;

- miliohmmetre;

- ohmmetre;

- kiloohmmetre;

- megaohmmetre;

- teraohmmetre.

După principiul de măsurare, ele se clasifică în:

a. Ohmmetre magnetoelectrice, care au în componenţa lor un aparat magnetoelectric şi o

sursă de alimentare.

b. Ohmmetre electronice, care au în componenţa lor şi circuite cu semiconductori.

Alimentarea acestor aparate se face cu elemente uscate sau cu acumulatoare, ele putând lucra în

curent continuu şi curent alternativ.

În figura 3.114 sunt prezentate două tipuri de ohmmetre:

- ohmmetru cu circuit serie, care are relaţia de funcţionare: I=U/(r+rx)

unde:

r- rezistenţa instrumentului, rx - rezistenţa care se măsoară;

- ohmmetrul cu circuit paralel, la care relaţia este: I=U(r + rx/(rrx + ra(r+rx)

Ohmmetrele cu schemă serie sunt recomandate pentru măsurarea rezistenţelor mari, iar cele cu

schemă paralel, pentru rezistenţe mici.


Fig. 3.114. Ohmmetre serie şi paralel 3.5.6. Măsurarea puterii electrice

În curent continuu, puterea se poate măsura cu wattmetrul. În curent alternativ, puterea

activă se măsoară cu wattmetre, iar puterea reactivă cu varmetre. Ambele puteri pot fi măsurate

cu un singur dispozitiv de măsurat, folosit pentru măsurarea puterii în reţele monofazate.

1. Wattmetrele electrodinamice (Fig. 3.115) sunt utilizate pentru măsurarea puterii active.

Ele sunt constituite din două circuite:

- bobinele fixe A, legate în serie cu consumatorul, care au rol de ampermetru;

- bobina mobilă 6 de tensiune, legată în paralel, care rol de voltmetru.

Fig. 3.115. Wattmetrul electrodinamic

Wattmetrul electrodinamic se poate utiliza atât în curent

continuu, cât şi în curent alternativ. Pentru a evita ca deviaţia acului să

se facă în ambele părţi, se leagă o bornă a înfăşurării în serie şi cealaltă

bornă a înfăşurării în paralel. Aceste borne sunt notate cu o steluţă şi se

numesc borne generatoare.

Wattmetrele electrodinamice se construiesc pentru mai multe limite de măsurare a

intensităţii şi tensiunii.

Din punct de vedere constructiv, ele sunt dimensionate pentru anumite valori ale acestor mărimi,

dar pot fi extinse cu ajutorul rezistenţelor adiţionale sau al transformatoarelor de tensiune.

2. Wattmetrele cu inducţie sunt reprezentate în figura 3.116.

Bobinele 1 ale acestui aparat sunt realizate din sârmă groasă, cu un număr mic de spire şi

sunt legate în circuit serie.

Bobinele 2 sunt executate din sârmă subţire şi sunt legate printr-o inductanţă, în paralel cu

circuitul de alimentare. Fig. 3.116. Wattmetrul cu inducţie cu câmp rotitor

3.5.7. Măsurarea energiei active

■ Contorul de energie electrică este un aparat electric care măsoară şi înregistrează

energia electrică. Funcţionarea contoarelor se bazează pe existenţa unor elemente motoare,

asemănătoare cu cele ale wattmetrelor, care dau un cuplu proporţional cu puterea.

Cuplul rezistent al contorului este proporţional cu viteza de rotaţie.

Contorul are inclus, din construcţie, un mecanism integrator, care transformă mişcarea de

rotaţie în valoare de energie electrică consumată.


Pentru măsurarea energiei de curent alternativ, se utilizează numai contoare bazate pe

principiul inducţiei (Fig. 3.117).

Contorul se compune din doi electromagneţi, unul având înfăşurarea legată în serie în

circuitul de curent, iar celălalt în derivaţie, pe reţeaua electrică.

Printre polii acestor electromagneţi trece un disc de aluminiu, care este mobil. El străbate şi

polii unui magnet permanent, al cărui rol este de a crea un cuplu de frânare.

Curenţii din bobinele electromagneţilor determină apariţia unor fluxuri magnetice,

proporţionale cu curenţii şi care produc curenţi turbionari în discul de aluminiu.

Fig. 3.117. Contorul electric de inducţie 1 - electromagnet de tensiune;

2 - electromagnet de curent; 3 - disc;4 - frână magnetică;

5 - mecanism integrator

Curenţii turbionari şi fluxurile magnetice creează cuplul motor, care este proporţional cu puterea

activă.

Acţiunea fluxului produs de magnetul permanent şi de curenţii turbionari induşi produce câmpul

rezistent.




Fişă de evaluare. Tema: Măsurarea mărimilor electrice

TEST A

I. Alege varianta corectă de răspuns:

1. Mărimea care exprimă sarcina electrică ce străbate secţiunea transversală

a unui circuit în unitatea de timp poartă numele de:

a) tensiune la borne; b) rezistivitate electrică; c) energie electrică;

d) intensitate a curentului electric.

2. Ohmmetrele sunt aparate pentru măsurarea:

a) tensiunii electrice; b) rezistenţei electrice; c) diferenţei de potenţial;

d) intensităţii curentului electric.

3. Funcţionarea contoarelor pentru energia electrică se bazează pe

existenţa, în construcţia acestora, a unor elemente motoare care creează:

a) tensiune proporţională cu puterea; b) cuplu proporţional cu puterea;

c) intensitate proporţională cu rezistenţa electrică;

d) tensiune proporţională cu intensitatea de curent electric.

4. Principiul de funcţionare a aparatelor termice pentru măsurarea

parametrilor de curent electric se bazează pe fenomenul de:

a) încălzire a conductorului parcurs de curent electric; b) proporţionalitate

între putere şi intensitate; c) dilatare a unui fir parcurs de curent electric; d)

efect magnetic al curentului electric.

5. Aparatele care măsoară parametrii curentului electric şi folosesc

fenomenul fizic de interacţiune dintre câmpul magnetic creat de curentul

electric care trece printr-o bobină fixă şi curentul ce parcurge o bobină

mobilă sunt:

a) magnetoelectrice; b) electrodinamice şi ferodi-namice; c) ferodinamice;

d) termice.


1.Unitatea de măsură a intensităţii curentului electric

este...........................................

2.Unitatea de măsură a tensiunii electrice, în SI este.....................

3.Unitatea de măsură a rezistenţei electrice, în SI, este..................

4.Unitatea de măsură a energiei electrice se numeşte..........


TEST B


1. Puterea aparentă este produsul dintre.....

2. Unitatea de măsură a puterii aparente este.....

3. Unitatea de măsură a puterii active este..............

II. Alege varianta corectă de răspuns:

1. Aparatele pentru măsurarea parametrilor curentului electric care

utilizează forţa electrostatică exercitată de armătura fixă a unui condensator

variabil asupra armăturii mobile sunt:

a) magnetoelectrice; b) feromagnetice; c) electrodinamice; d) electrostatice.

2. Aparatele de tip magnetic, feromagnetic, electrodinamic şi cu inducţie

folosesc, pentru a crea cuplul activ necesar deplasării acului indicator:

a) energie mecanică; b) energie electrică; c) energia câmpului

electromagnetic; d) un tip oarecare de energie.

3. Sursa principală de erori care apare în funcţionarea în curent electric

continuu a aparatelor feromagnetice, care duce la creşterea sau la

descreşterea curentului de măsurat, este determinată de:

a) frecarea din lagărele aparatelor; b) magnetiza-rea pieselor aparatelor; c)

forţele electromagnetice care apar în timpul măsurării; d) histerezisul

magnetic al pieselor mobile.

4. Pentru întărirea câmpului magnetic, aparatele feromagnetice au bobina

fixă prevăzută cu:

a) rezistenţă electrică; b) piesă mobilă suplimentară; c) bobină

suplimentară; d) miez feromagnetic.

5. Erorile care apar la aparatele magnetoelectrice se datorează:

a) curenţilor suplimentari; b) câmpurilor magnetice exterioare; c)

dimensiunilor reduse; d) fenomenului de histerezis.

6. Aparatele termice pentru măsurarea parametrilor curentului electric

continuu sau alternativ au în componenţă un fir care, sub efectul curentului

electric de măsurat, suferă un proces fizic de:

a) întindere; b) dilatare; c) magnetizare; d) modificare a proprietăţilor

electrice.


CAPITOLUL 4. INSTALAŢII ȘI SISTEME DE MĂSURARE

După funcţiile îndeplinite, instalaţiile şi sistemele de măsurare se clasifică în:

a) instalaţii de verificare/testare şi diagnosticare a echipamentelor, instalaţiilor, sistemelor

industriale

b) instalaţii de supraveghere si control a proceselor industriale

4.1. Considerente generale

Instalaţiile de măsurare utilizate în automatele de control activ şi pasiv se clasifică în

funcţie de prezenţa sau absenţa acţiunii instalaţiei de măsurare asupra procesului tehnologic de

prelucrare a piesei în:

• instalaţii de măsurare utilizate în automatele de control activ;

• instalaţii de măsurare utilizate în automatele de control pasiv.

Automatele de control activ reprezintă cea mai avansată formă de control tehnic al calităţii.

Instalaţiile de măsurare utilizate modifică desfăşurarea procesului tehnologic la prelucrarea

piesei pe maşina-unealtă, permiţând:

• comanda întreruperii prelucrării, atunci când piesa ajunge la dimensiunea stabilită sau la

comanda schimbării automate a regimului de prelucrare în orice moment;

• reglarea maşinii-unelte, deci a sculei, pentru începerea unui nou ciclu de fabricaţie;

• comanda opririi sau a blocării maşinii-unelte,în cazul ruperii sculei, când semifabricatul are

dimensiuni necorespunzătoare sau în alte cazuri care pot provoca deteriorarea maşinii sau care

prezintă pericol pentru cel ce deserveşte maşina.

Luând în considerare principalii factori perturbatori care provoacă abateri de prelucrare şi

erori de măsurare, toate instalaţiile de măsurare utilizate în controlul activ pot preveni apariţia

rebutului.

Instalaţiile de măsurare utilizate în automatele de control pasiv efectuează controlul

pieselor fără a interveni în procesul tehnologic de prelucrare. De aceea, ele sunt folosite în

producţia de serie şi de masă, pentru realizarea unor produse cu precizie mare, cu productivitate

mare şi cu un preţ acceptabil.

Schemele structurale ale automatelor de control activ şi pasiv sunt prezentate în figurile 4.1

şi 4.2.

Fig. 4.1. Schema structurală a automatului de control activ: 1

- cap de măsurare cu element de comparare;

2 - amplificator; 3- element de execuţie; 4 - maşină unealtă;

5 - traductor de reacţie.

Fig. 4.2. Schema structurală a automatului de control pasiv:

1 - cap de măsurare cu element de comparare;

2 - amplificator; 3 - instalaţie de sortare; 4 - proces controlat

Instalaţiile de măsurare utilizate în controlul activ sau pasiv trebuie să asigure următoarele

cerinţe: precizie mare, erori de justeţe şi fidelitate mici şi sensibilitate ridicată. O altă

caracteristică metrologică, viteza de răspuns, trebuie să fie mai mare la automatele de control

pasiv. De asemenea, eroarea de zero (fuga zeroului) trebuie să fie, pe cât posibil, mai mică,

aceasta impunând condiţii speciale întregii instalaţii de măsurare.

Ţinând seama de principiile de funcţionare, instalaţiile de măsurare pot fi mecanice,

electrice, pneumatice, optice, cu radiaţie etc. Această clasificare este mai mult convenţională; în

realitate, majoritatea instalaţiilor de măsurare reprezintă sisteme combinate, formate din tipurile

menţionate.


Se deosebesc instalaţii de măsurare care vin în contact cu piesa măsurată şi instalaţii de

măsurare cu acţiune asupra piesei, fără contact. Cel mai des utilizate sunt instalaţiile de măsurare

cu contact cu piesa, datorită simplităţii, robusteţii şi eliminării influenţei impurităţilor, geometriei

piesei sau lichidului de răcire asupra procesului de control. într-o serie de cazuri speciale, viteze

foarte mari de deplasare a piesei, sensibilitate mărită a suprafeţei piesei controlate la acţiuni

mecanice, procese de producţie care se desfăşoară la temperaturi înalte, se folosesc instalaţiile de

măsurare fără contact.

Instalaţiile de măsurare mecanice prezintă robusteţe mare dar precizia este mică. Se pot

realiza cu traductoare mecanice cu acţiune directă: calibre rigide, calibre pană, calibre reglabile şi

cu traductoare mecanice cu amplificare mecanică.

Instalaţiile de măsurare electrice pot avea în componenţă capete de măsurare cu

traductoare electrice cu contacte, traductoare inductive şi traductoare capacitive. Sunt robuste,

însă au gabarit relativ mare şi o oarecare sensibilitate la vibraţii, având în construcţie, în general,

pârghii.

Capul de măsurare cu traductor electric poate fi cu două sau cu mai multe contacte, cu sau

fără amplificarea deplasării contactelor în raport cu deplasarea tijei de măsurare. Amplificarea

propriu-zisă se obţine de preferinţă pe cale mecanică sau pneumatică, partea electrică având drept

scop numai automatizarea procesului de control. El se foloseşte în scopul unui control limitativ

(de limite), pentru a vedea dacă dimensiunile efective ale pieselor de controlat se încadrează sau

nu în câmpul de toleranţă prescris sau în intervalul stabilit (fără a preciza valoarea efectivă a

fiecărei dimensiuni în parte).

Schema de principiu a capului de măsurare cu traductor electric cu două contacte este

redată în figura 4.3.

Fig. 4.3. Schema de principiu a capului de măsurare cu traductor

electric cu două contacte: 1 - tijă palpatoare; 2 - ghidaj; 3 - pârghie;

4 - contacte; 5 - şurub micrometric; 6 - arcul forţei de măsurare;

7 - arc.

Fig. 4.4. Schema de principiu a capului de

măsurare cu traductor inductiv:

1 - tijă de palpare; 2 - traductor inductiv;

3 - arcul forţei de măsurare; 4 - piesă.

Capul de măsurare cu traductor inductiv oferă avantajul unei sensibilităţi şi precizii

ridicate. în figura 4.4. este prezentată schema de principiu a unui cap de măsurare cu traductor

inductiv, prin intermediul căruia o mărime mecanică, măsurată, se transformă în variaţia

impedanţelor unor bobine.

Instalaţiile de măsurare cu traductoare pneumatice au inerţie mare (timp de răspuns

ridicat) însă prezintă robusteţe, precizie ridicată, raport de amplificare mare, posibilitatea

măsurării fără contact cu piesa, siguranţă în funcţionare şi folosirea în locuri greu accesibile. Cea

mai utilizată schemă de măsurare cu traductor pneumatic este prezentată în figura 4.5. mărimea

de ieşire, presiunea din camera de măsurare, este modificată în anumite limite proporţional cu

variaţia mărimii de intrare şi cu variaţia interstiţiului duză-clapetă.


Fig. 4.5. Schemă de măsurare cu traductor pneumatic. Instalaţiile de măsurare cu traductoare optice şi cu radiaţie au o utilizare limitată de

complexitatea lor constructivă.

4.2. Elemente componente de bază ale instalaţiilor sau ale sistemelor de măsurare

O instalaţie sau un sistem de măsurare reprezintă un mijloc de măsurare constituit din mai

multe aparate de măsurat (situate în fluxul semnalului) sau auxiliare (nesituate în fluxul

semnalului), dar care livrează energie auxiliară pentru menţinerea funcţiunii instalaţiei, necesare

pentru captarea şi adaptarea unui semnal de măsurare şi pentru emiterea valorii măsurate, ca

„imagine" a mărimii de măsurat. Dacă numărul aparatelor se reduce la unu, atunci instalaţia

devine un aparat.

Aparatul Nr. I 2 3 4 5

Denumirea Termometru

cu

Punte de

măsurat

Amplificator

de

Traductor Indicator cu

tablou

rezistentă măsurat electropneumatic de comandă

Denumirea după funcţie captor adaptor adaptor adaptor emiţător direct

Denumirea după

structura

Traductor Traductor Traductor

unitate

Traductor unitate Traductor

semnalului

Mărimea de măsurat temperatura rezistenta tensiunea curentul temperatura

Domeniul de măsurare I00...300"C - - - I00...300"C

Semnalul de intrare Xi temperatura rezistenta tensiunea curentul curentul

Domeniul semnalului Xi 100...300UC 138.5.

„212,<)3n

0...60 mV 0...20 mA 0...20 mA

Semnalul de ieşire xe rezistenţa tensiunea curentul presiunea lungimea

scării

Domeniul semnalului Xc I38,5...212,03n 0...60 mV 0...20 mA 0,2... 1.0 bar 0...IOO mm

Fig. 4.6. Instalaţie pentru măsurarea electrică a temperaturii

Fig. 4.7.Componentele unei

instalaţii de măsurat


În figura 4.6. este prezentat un exemplu de instalaţie de măsurat, iar în figura 4.7

sunt prezentate componentele unei instalaţii de măsurat.

După rolul pe care îl au în cadrul instalaţiei de măsurat, aparatele de măsurat se numesc: captor,

adaptor, emiţător (Fig. 4.8.).

Fig. 4.8. Denumirea aparatelor de măsurat, după rolul lor în cadrul instalaţiei de măsurat.

• Captorul este un aparat de măsurat care captează mărimea de măsurat la intrare şi emite

la ieşire un semnal de măsurare corespunzător (exemplu: termometrul cu rezistenţă).

Dacă mărimea de intrare este, în acelaşi timp, şi semnal de măsurare, captorul, ca prim element al

instalaţiei, nu este necesar.

Când energia semnalului de măsurare este luată direct de la măsurând, captorul este activ,

iar în cazul în care mărimea de măsurat comandă o energie auxiliară, livrată captorului de o sursă

auxiliară, captorul este pasiv.

Partea captorului care sesizează direct mărimea de măsurat şi care este sensibilă la aceasta

din urmă, se numeşte senzor sau sondă (exemplu: fotoelementele). Captorul trebuie să micşoreze

pe cât posibil influenţa mărimilor perturbatoare asupra semnalului de măsurare.

• Adaptorul este un aparat de măsurat dintr-o instalaţie. Este situat între captor şi emiţător

şi are diferite funcţiuni. Astfel, el poate fi: amplificator de măsurare, traductor, calculator etc.

Amplificatorul de măsurat este un aparat de măsurat cu energie auxiliară la care energia de

intrare comandă energia auxiliară de ieşire (exemplu: amplificarea puterii).

Calculatorul este un aparat de măsurat adaptor care serveşte la prelucrarea ulterioară a

semnalelor de măsurare, efectuând operaţii de calcul.

Se deosebesc: aparate de conexiune, care servesc la conectarea a două sau a mai multor

semnale de măsurare; aparate de funcţie, care transformă semnalul de intrare xi după o anumită

relaţie matematică (funcţie) în semnal de ieşire xe şi aparate de temporizare, care formează

dependenţa temporară dintre semnalele de ieşire şi cel de intrare.

• Emiţătorul este un aparat de măsurat care foloseşte energie auxiliară şi emite (livrează)

valoarea măsurată a mărimii de măsurat.

Emiţătorul poate fi direct (vizual) sau indirect.

În cazul în care emiţătorul este prevăzut cu dispozitive care livrează informaţii

suplimentare, la valoarea măsurată cu aparate de semnalizare, emiţător de semnal limită,

semnalizator cu valoare limită etc.

Emiţătorul direct livrează (emite) valoarea măsurată într-o formă direct inteligibilă pentru

observator. Cele mai importante emiţătoare directe sunt: indicatoarele, înregistratoarele şi

numărătoarele.

Indicatorul este un emiţător direct, care permite citirea directă a valorii măsurate.


Indicatorul analog indică valoarea măsurată, cu ajutorul unui indicator, pe o scală (aparate

cu indicator, osciloscoapele etc).

Indicatorul digital indică valoarea măsurată în formă de numere, adică în valori discrete

ale indicaţiei. Dacă o scară analogă constă într-un şir de cifre situate pe un element mobil faţă de

o fereastră sau faţă de un reper, este vorba de o indicaţie analoagă cu ajutorul unei scări analoage

cifrate.

Înregistratorul este un emiţător direct, care înscrie valoarea măsurată - de cele mai multe

ori proporţională cu timpul - pe o bandă mobilă, pe o diagramă polară etc.

Numărătorul este un emiţător direct, care formează valoarea măsurată ca sumă sau ca

integrală de timp, aceasta fiind emisă într-o formă directă şi vizibilă.

Emiţătorul indirect livrează valoarea măsurată într-o formă recunoscută numai cu

dispozitive sau cu cunoştinţe speciale.

După forma semnalului, mijloacele de măsurat se clasifică în: traductoare şi convertizoare (Fig.

4.9).

Fig. 4.9. Denumirea

mijloacelor de măsurare

după forma semnalului.

a) Traductorul de măsurare este un mijloc de măsurare care transformă un semnal de

intrare analog într-un semnal de ieşire analog, dependent de cel de intrare.

în cazul în care la intrarea şi la ieşirea traductorului de măsurare se află aceeaşi mărime fizică şi

aparatul lucrează fără energie auxiliară, traductorul se numeşte transformator sau convertizor.

Exemplu: transformator de curent.

Traductorul unitate este un traductor cu domeniul semnalului de ieşire normat, care

necesită, de regulă, energie auxiliară. Acest traductor se mai numeşte transmiţător sau

convertizor standard de măsurare.

b) Convertizorul este un aparat de măsurat la care semnalul de intrare diferă structural de

cel la ieşire (exemplu: analog-digital; digital-analog) sau care are numai o structură digitală.

- Convertizorul analogic-digital transformă un semnal de intrare analog, într-un semnal de ieşire

digital.

- Convertizorul digital-analog transformă un semnal de intrare digital într-un semnal de ieşire

analog.

4.3. Reprezentări grafice ale structurii unei instalaţii

Reprezentarea grafică a unei instalaţii de măsurat este redată în figurile 4.7 şi 4.8.

Schema de montaj trebuie să conţină toate aparatele de măsurat, aparatele auxiliare şi

elementele constructive ale instalaţiei, sub formă de simboluri sau ca aparate-bloc.

Legăturile dintre aparate trebuie reprezentate simplificat, dar clar.


Schema de montaj conţine: simbolul aparatului, aparatul-bloc, schema funcţională.

Simbolul aparatului reprezintă aparatul de măsurat, aparatul auxiliar sau un element

constructiv reprezentat într-o formă simplificată sau printr-un semn normat (standardizat).

Aparatul-bloc reprezintă un aparat de măsurat, aparat auxiliar sau element constructiv

reprezentat grafic simplificat sub formă de dreptunghi, în interiorul

căruia se desenează sau nu simbolul normat al aparatului.

Schema funcţională este o reprezentare simbolică a legăturilor dintre semnalele sistemului,

adică dintre semnalele de măsurare ale instalaţiei, ale aparatului sau ale unui număr de aparate şi

instalaţii.

În această schemă, elementele de transmitere ale instalaţiei ori ale aparatului se reprezintă

ca semnale bloc, iar legăturile lor, prin linii de acţiune cu sens.

Părţile componente ale unei scheme funcţionale sunt: semnalul bloc, linia de acţiune, sensul de

acţiune.

Semnalul-bloc se reprezintă de preferinţă printr-un dreptunghi, cu o linie dublă la latura

semnalului de ieşire (Fig. 4.10.).

Fig. 4.10. Structura semnalului bloc:

a) structură în lanţ;

b) structură în paralel;

c) structură în cerc.

Linia de acţiune este o linie continuă subţire, care indică drumul unui semnal de măsurare.

Ea porneşte, de regulă, de la latura mică a semnalului bloc.

Sensul de acţiune se reprezintă cu săgeţi, pe linia de acţiune care determină un proces de

măsurare, de comandă etc.

Sensul de acţiune caracterizează un semnal de măsurare ca semnal de intrare sau de ieşire,

4.4. Tipuri de structuri ale sistemelor de măsurare

Cele mai importante legături dintr-o schemă funcţională sunt: structura în lanţ, structura în

paralel şi structura în cerc, reprezentate în figura 4.10.

Principii de funcţionare - principiul energiei

Transmiterea semnalelor nu se poate face fără schimb de energie. Spre exemplu, la

măsurarea piesei cu un aparat de tip Abbe vertical, piesa este palpată cu o „forţă de măsurare" F,

care produce o deformaţie elastică. În acest proces, are loc un schimb de energie care influenţează

semnalul de măsurare. Ca urmare, la folosirea unui mijloc de măsurare trebuie să se controleze nu

numai schema de funcţionare, ci şi măsura în care nivelul energetic nu determină erori de

adaptare prea mari ale mărimii de măsurat. De aceea, este necesar să se întocmească „schema

fluxului de energie".

Schema fluxului de energie indică faptul că transmiterea semnalului este legată de

transmiterea puterii.


În fiecare semnal transmis, apar simultan două mărimi de măsurat,al cărorprodus trebuie să

reprezinte puterea semnalului. Aceste mărimi de măsurat se numesc intensităţi şi trebuie urmărite

întotdeauna în schemă.




Fişă de evaluare. Tema: Instalaţii şi sisteme de măsurare


1. O instalaţie sau un sistem de măsurare reprezintă un mijloc de măsurare

constituit din mai multe .........................................................situate în

fluxul semnalului sau auxiliare, care livrează energie auxiliară pentru

menţinerea funcţiunii instalaţiei.

2. Aparatul de măsurat care captează mărimea de măsurat la intrare şi emite

la ieşire un semnal de măsurare corespunzător poartă numele

de....................

3. Viteza de răspuns trebuie să fie mai mare la automatele de

control...........................

4. În cazuri speciale, cum ar fi viteze foarte mari de deplasare a piesei,

sensibilitate mărită a suprafeţei piesei controlate la acţiuni mecanice,

procese de producţie care se desfăşoară la temperaturi înalte, se folosesc

instalaţiile de măsurare..........................................

II. Răspunde prin adevărat sau fals:

1. Instalaţiile de măsurare mecanice prezintă robusteţe şi precizie mare.

2. Adaptorul este un aparat de măsurat dintr-o instalaţie, situat între captor

şi emiţător, care are diferite funcţiuni, cum arfi: amplificator de măsurare,

traductor, calculator etc.

3. Emiţătorul este un aparat de măsurat care foloseşte energia proprie şi care

livrează valoarea măsurată a mărimii de măsurat.

4. Indicatorul este un emiţător direct, care permite citirea directă a valorii

măsurate.

5. Înregistratorul este un emiţător direct, care înscrie valoarea măsurată - de

cele mai multe ori proporţională cu timpul - pe o bandă mobilă, pe o

diagramă polară etc.


II. UTILIZAREA TEHNICILOR DE MĂSURARE PENTRU

DETERMINAREA - MONITORIZAREA MĂRIMILOR TEHNICE

SPECIFICE PROCESELOR INDUSTRIALE

Tema 1. Norme de tehnica securităţii muncii şi de prevenire şi stingere a

incendiilor

Tema 2. Documentaţia tehnică specifică operaţiilor de

măsurare/monitorizare a mărimilor tehnice caracteristice proceselor

industriale

Tema 3. Criterii de selectare a mijloacelor şi a metodelor de măsurare

Tema 4. Operaţii pregătitoare pentru utilizarea tehnicilor de măsurare

DUPĂ STUDIEREA ACESTUI MODUL, VEI FI CAPABIL:

• Să execuţi operaţii pregătitoare pentru utilizarea tehnicilor de măsurare.

• Să utilizezi tehnici de măsurare pentru determinarea/monitorizarea mărimilor tehnice specifice

proceselor industriale.

• Să gestionezi conflictele şi aşteptările factorilor interesaţi.


CAPITOLUL I. NORME DE TEHNICA SECURITĂŢII MUNCII ȘI

DE PREVENIRE ȘI STINGERE A INCENDIILOR

1.1. Norme de tehnica securităţii muncii

Problemele cu caracter organizatoric aferente activităţii de măsurare pot influenţa

hotărâtor (direct sau indirect) producerea accidentelor de muncă sau a îmbolnăvirilor

profesionale, a securităţii personalului şi a aparatelor (instalaţiilor).

Datorită acestui lucru, se va acorda o atenţie deosebită următoarelor elemente:

- controlul frecvent al condiţiilor la locul de muncă;

- controlul dotării instalaţiilor şi al aparatelor cu dispozitive de tehnica securităţii muncii, precum

şi a personalului, cu echipament şi materiale de protecţie, înainte de începerea lucrului;

- organizarea locului de muncă şi a activităţii respective;

- asigurarea disciplinei în muncă;

- supravegherea permanentă a elevilor, sub aspectul respectării normelor de protecţia muncii;

- lucrarea de laborator se va executa numai după verificarea montajului de către profesor,

respectând îndrumările şi indicaţiile profesorului;

- nu se va lucra cu mâinile ude şi nu se vor atinge părţile aflate sub tensiune,

- nu se va efectua niciun fel de modificări asupra montajului, atâta timp cât acesta se află sub

tensiune;

- se vor utiliza echipamentul şi materialele de protecţie individuală.

Este strict interzisă orice modificare a destinaţiei aparatului sau a utilajului, dacă acestea

contravin normelor şi regulamentelor în vigoare.

Existenţa şi buna funcţionare a aparatelor de măsură şi control şi a dispozitivelor de

protecţie a muncii fac parte din buna organizare a locului de muncă.

La fiecare loc de muncă, vor fi afişate la loc vizibil instrucţiunile de protecţia muncii şi de

lucru, însoţite de schemele aparatelor şi ale utilajelor şi de instrucţiunile de folosire.

Laboranţii şi profesorii sunt obligaţi să asigure organizarea corespunzătoare a activităţii, la

fiecare loc de muncă, în condiţii de securitate a personalului şi a aparatelor, prin:

- verificarea bunei funcţionări a aparatelor şi a instalaţiilor, luând măsuri operative de remediere a

deficienţelor;

- verificarea modului în care se întreţin aparatele, instalaţiile şi legarea la pământ şi la nul a celor

care pot produce accidente prin electrocutare;

- instruirea corespunzătoare a elevilor, verificarea cunoştinţelor acestora, menţinerea strictă a

ordinii şi disciplinei;

- repartizarea sarcinilor, îndrumarea şi controlul operaţiilor, asigurarea asistenţei tehnice

permanente;

- asigurarea iluminatului, a încălzirii şi a ventilaţiei în laborator.

Personalul desemnat poate îndeplini lucrările de verificare numai după ce şi-a însuşit

temeinic următoarele cunoştinţe:

- regulamentul de ordine interioară a unităţii;

- legislaţia de protecţie a muncii în vigoare, aferentă activităţii respective;

- normele de protecţie a muncii, generale, şi cele specifice locului de muncă;

- instrucţiunile de lucru;

- noţiunile de prim-ajutor.

Nici un elev nu va fi repartizat, respectiv, primit în laborator şi nu va fi pus să lucreze, decât

după ce i s-a făcut instructajul specific de protecţie a muncii care trebuie finalizat prin verificarea

însuşirii cunoştinţelor necesare, rezultatul consemnându-se în fişa de instructaj.


Pentru a completa măsurile tehnice, de protecţie colectivă, luate în laboratorul de

metrologie, este necesar să se utilizeze echipamentul şi materialele de protecţie.

Distanţele de transport manual nu vor depăşi 60 m. înălţimea maximă la care se pot ridica

manual pe verticală sarcinile maxime admise este de 1,5 m.

Elevii care nu sunt în deplină capacitate de muncă sau care nu sunt echipaţi corespunzător,

nu vor fi admişi în laborator.

ATENŢIE !

Manevrarea instrumentelor, a mijloacelor de lucru, a machetelor grele se va face cu atenţie,

pentru a evita riscul accidentării.

1.2. Norme de prevenire şi stingere a incendiilor

Respectarea normelor P.S.I. este obligatorie pentru întreg personalul din instituţii,

întreprinderi, ateliere etc.

Pentru aceasta, este necesar ca fiecare loc de muncă să fie dotat cu aparatură de stins

incendii, formată din: stingătoare de incendiu, furtune de incendiu prevăzute cu ajutaje, rastele cu

unelte P.S.I. (găleţi, lopeţi, târnăcoape). Personalul de la locul respectiv de muncă este obligat să

cunoască locul de amplasare al aparaturii din dotare şi funcţionarea acesteia.

La fiecare loc de muncă, trebuie să fie afişat un plan de evacuare în caz de incendiu. în

planul de evacuare sunt stabilite atribuţiile personalului în caz de incendiu şi schema de evacuare.

Pentru prevenirea incendiilor sunt interzise:

- blocarea căilor de acces;

- depozitarea de produse (materiale) inflamabile în locuri special neamenajate;

- improvizaţiile de natură electrică;

- folosirea materialelor P.S.I. în alte scopuri;

- utilizarea focului deschis în locuri neamenajate sau interzise;

- folosirea produselor petroliere pentru degresarea, spălarea pieselor, aparatelor;

- fumatul în locuri neamenajate;

- executarea de lucrări de întreţinere, reparaţii etc. la instalaţiile electrice de către personal

neautorizat.

ATENŢIE !

Este interzisă spălarea mâinilor sau a pieselor cu benzină.


CAPITOLUL II.

DOCUMENTAŢIA TEHNICĂ SPECIFICĂ OPERAŢIILOR

DE MĂSURARE MONITORIZARE A MĂRIMILOR

TEHNICE CARACTERISTICE PROCESELOR

INDUSTRIALE Documentaţia însoţitoare se compune din: cărţi tehnice, instrucţiuni de utilizare a

aparatelor şi echipamentelor de măsurare utilizate.

Cu excepţia mijloacelor de măsurare simple, a căror utilizare nu mai ridică probleme

(şubler, manometru, ampermetru, termometru de sticlă, densimetru etc), mijloacele de măsurare

complexe (Fig. 2.1.) sunt însoţite de un material scris, numit Instrucţiuni de exploatare/utilizare,

Carte tehnică/manual tehnic etc. în cazul aparatelor de măsurat relativ complexe, această

documentaţie este esenţială.

Pentru unele categorii de aparate de măsurat (de exemplu, pentru cele electronice există

recomandări internaţionale care stabilesc conţinutul obligatoriu al documentaţiei însoţitoare).

Documentaţia trebuie să cuprindă: destinaţia aparatului, caracteristici tehnice, instalarea,

modul de utilizare, principiul de funcţionare, descrierea părţilor componente, indicaţii de

întreţinere şi depanare.

Documentaţia însoţitoare este necesară nu numai pentru punerea în funcţiune a acestuia, ci

şi pe tot parcursul exploatării sale.

Fig. 2,1. Optimetru vertical


CAPITOLUL III. CRITERII DE SELECTARE A

MIJLOACELOR ŞI A METODELOR DE MĂSURARE Selectarea mijloacelor şi metodelor de măsurare se face în funcţie de un număr însemnat de

factori, prezentaţi sintetic în figura 3.1. Fig. 3.1. Criterii de selectare a mijloacelor şi a metodelor de măsurare.

În figura 3.2. este exemplificată alegerea mijloacelor de măsurare în funcţie de caracterul

producţiei.

Fig. 3.2. Alegerea mijloacelor de măsurare în

funcţie de tipul producţiei.

Alte criterii după care se face alegerea mijloacelor de măsurare sunt:

- natura, mărimea şi precizia parametrului care se analizează;

- fiabilitatea metrologică;

- productivitatea controlului;

- calificarea operatorului uman etc.

În construcţia de maşini, criteriile care stau la baza concepţiei, alegerii şi destinaţiei

metodelor şi mijloacelor de măsurare şi control al preciziei de prelucrare sunt prezentate în figura

3.3:


Fig. 3.3. Criterii pentru alegerea metodelor şi

mijloacelor de măsurare în construcţia de

maşini;

ΔL - eroarea limită de măsurare;

tp - toleranţa prescrisă parametrului controlat.

3.1. Indicatori metrologici şi economici ai mijloacelor de măsurare accesibile

operatorului

Sensibilitatea este raportul dintre variaţia mărimii de ieşire observată la aparat şi variaţia

mărimii de intrare care a generat-o.

Exemplu: sensibilitatea de 100 mm/μA la un galvanometru cu oglindă înseamnă că un

curent de 1 uA creează (produce) o deplasare de 100 mm pe scara galvanometrului.

Rezoluţia (pragul de sensibilitate) este cea mai mică valoare a mărimii de intrare care

determină o variaţie distinct sesizabilă a mărimii de ieşire.

Termenul rezoluţie este utilizat pentru mijloacele de măsurare la care mărimea de ieşire

prezintă o variaţie discontinuă, de exemplu la aparatele digitale. Rezoluţia este egală cu o unitate

a ultimului rang zecimal (un digit).

Rezoluţia se exprimă în unităţi ale mărimii măsurate (de exemplu: microvolţi, miliamperi

etc.)

Domeniul de măsurare reprezintă diferenţa dintre valoarea maximă şi cea minimă care pot

fi măsurate cu ajutorul mijlocului de măsurare utilizat.

Valoarea diviziunii reprezintă valoarea variaţiei mărimii măsurate între două repere

consecutive.

Timpul de răspuns este intervalul de timp care trece între aplicarea mărimii de măsurat şi

stabilirea indicaţiei corespunzătoare mărimii aplicate.

Disponibilitatea este noţiunea care exprimă posibilitatea ca un produs să-şi îndeplinească

funcţiunea pentru care a fost realizat.

Justeţea este calitatea unui mijloc de măsurare de a indica o valoare cât mai apropiată de

mărimea reală.

Fidelitatea este caracteristica unei măsuri sau a unui aparat, de a avea variaţii cât mai mici

la măsurarea aceleiaşi mărimi în condiţii identice.

Exactitatea reprezintă corespondenţa dintre indicaţia aparatului şi adevărata mărime a

cantităţii măsurate.

Clasa de exactitate este valoarea convenţional stabilită în funcţie de eroarea tolerată, de

abateri, de diverse caracteristici, admisă de prevederile unui standard de stat, ale unei instrucţiuni

de verificare sau ale unei norme interne.

Fiabilitatea metrologică reprezintă capacitatea unui sistem de a funcţiona fără defecţiuni

în decursul unui anumit interval de timp.


3.2. Tipul de producţie în cadrul căreia se realizează procese de măsurare.

Productivitatea impusă măsurării, costul aplicării metodei

Procesul de măsurare este parte integrantă şi absolut necesară a oricărui tip de producţie. în

funcţie de tipul de producţie, se aleg mijloacele de măsurare potrivite, pe baza criteriilor

menţionate în capitolul 3.

Controlul trebuie să asigure o productivitate corespunzătoare prelucrării şi execuţiei

produselor şi să fie cât mai economic (cota-parte care-i revine din preţul de cost al produselor să

fie cât se poate de redusă).

Productivitatea înaltă se poate realiza pe două căi:

1. folosirea unor mijloace de control şi măsurare de înaltă productivitate, proiectate şi construite

special sau adaptate la o anumită producţie;

2. aplicarea unor metode de control de înaltă productivitate, folosindu-se fie mijloace de

măsurare universale, fie mijloace speciale.

Ambele căi trebuie să conducă la micşorarea substanţială a numărului de controlori, în

raport cu volumul de producţie.

Astfel, după cum s-a constatat practic, controlul cu productivitate înaltă reduce, pentru

aceeaşi cantitate de produse prelucrate, până la de 10 ori numărul de controlori.

Totodată, în preţul de cost al produselor, cota-parte care revine controlului se micşorează

de la câteva procente, la câteva fracţiuni de procent.

Mijloacele de măsurat de înaltă productivitate se clasifică astfel:

• după principiul de funcţionare avem:

1. dispozitive de control cu calibre rigide;

2. dispozitive de control cu diferite tipuri de comparatoare;

3. dispozitive de control cu calibre rigide şi comparatoare;

4. traductoare şi aparate electrice cu contact;

5. traductoare şi aparate rezistive;

6. traductoare şi aparate inductive

7. traductoare şi aparate capacitive;

8. traductoare şi aparate fotoelectrice;

9. traductoare şi aparate pneumoelectrice;

10. aparate şi instalaţii complexe.

• după gradul de automatizare:

1. dispozitive de control unidimensionale şi multidimensionale;

2. aparate şi instalaţii semiautomate;

3. aparate şi instalaţii automate şi automatizate, în figura 3.4b este reprezentat un dispozitiv de

control multidimensional cu patru calibre limitative, pentru verificarea diametrelor d f d2, d3 şi a

lungimii / a piesei din Figura 3.4a.

Fig. 3.4. Dispozitiv de control multidimensional cu calibre limitative pentru verificarea succesivă a

dimensiunilor:

a - piesa; b - dispozitivul.


CAPITOLUL IV. OPERAŢII PREGĂTITOARE PENTRU

UTILIZAREA TEHNICILOR DE MĂSURARE

4.1. Asigurarea condiţiilor de microclimat

Influenţa condiţiilor de microclimat asupra mijloacelor de măsurare se manifestă în două

moduri: prin acţiuni reversibile şi prin acţiuni ireversibile. Din prima categorie fac parte cele

datorate dependenţei caracteristicilor metrologice de mărimile specifice aerului înconjurător:

temperatură, umiditate, presiune etc. A doua categorie de acţiuni include efecte de îmbătrânire,

coroziune şi alte tipuri de deteriorări care se produc, de obicei, în timp mai îndelungat.

În metrologie, sunt stabilite aşa-numitele condiții de referinţă, definite pentru categorii şi

tipuri de mijloace de măsurare. Condiţiile de referinţă cele mai obişnuite sunt următoarele:

- temperatura de referinţă cel mai des folosită este de +20°C, dar este întâlnită şi valoarea de

+23°C;

- umiditatea de referinţă, exprimată în unităţi de umiditate relativă a aerului, care poate fi orice

valoare din intervalul 40... 65%;

- presiunea de referinţă, de obicei, cu valoarea de 98066,5Pa (1 kgfcm2).

Asupra majorităţii tipurilor de mijloace de măsurare, influenţa cea mai mare o are

temperatura. Umiditatea aerului are efecte importante numai dacă depăşeşte o anumită valoare

(de exemplu 80%), iar presiunea atmosferică are, de regulă, o influenţă neglijabilă. Desigur,

există şi excepţii, cum sunt:

- aparatele de măsurat curenţi electrici foarte slabi, care sunt puternic inflenţate de umiditatea

aerului;

- la cântăririle de mare precizie, unde este necesar să se facă o „corecţie de presiune", pentru a se

ţine seama de efectul forţei Arhimede asupra corpului cântărit.

4.2. Reglaje prevăzute în instrucţiunile de utilizare

Instrucţiunile de utilizare ale mijloacelor de măsurare complexe prevăd pregătirea

aparatului în vederea măsurării. Operaţiile pregătitoare sunt specifice fiecărui mijloc de

măsurare. în cele ce urmează este prezentat ca exemplu modul de reglare al optimetrului vertical

tip ZEISS (Fig. 4.1), care este folosit pentru măsurări comparative.

Modul de funcţionare al optimetrului se bazează pe un mecanism de amplificare

optico-mecanică.

Aparatul este folosit pentru măsurări comparative. Dimensiunea maximă măsurată 150

mm, eroarea de măsurare ±0,0003 mm.

Pentru reglarea aparatului în vederea măsurării, se deblochează braţul 2 al aparatului prin

slăbirea şurubului 3. Rotind piuliţa 1 se aduce palpatorul 11 în contact cu blocul de cale, până în

momentul în care în ocularul 6 apare imaginea scării gradate, moment în care se strânge şurubul

3.


Fig. 4.1. Optimetrul vertical tip ZEISS Claritatea imaginii riglei gradate se obţine prin orientarea unui fascicol de lumină către

fanta ce luminează scara gradată, cu ajutorul oglinzii 4, şi prin rotirea monturii ocularului 6. în

ocularul 6 se observă un reper fix şi imaginea scării gradate. După obţinerea în ocular a unei

imagini clare a riglei gradate, se repetă operaţia de reglare grosieră (manevrând şurubul 3 şi

rozeta 1, până în momentul apropierii reperului zero de reperul fix).

Suprapunerea reperului zero cu reperul fix se realizează prin reglaj fin din rozetă, după ce a

fost slăbit şurubul 9. După reglare, se strânge şurubul. Introducerea sau scoaterea calei de reglaj şi

a piesei de sub palpator se face după apăsarea pârghiei 10.

Reglarea perpendicularităţii dintre axa corpului de măsurat şi măsuţa 13 se face astfel încât

suprafaţa măsuţei să fie paralelă cu suprafaţa plană a palpatorului. Această operaţie se realizează

aducând palpatorul în contact cu cala de 5... 7 mm şi reglând din şuruburile 12 până în momentul

în care se obţine o abatere cât mai mică sub 0,5 mm, în patru puncte extreme ale calei.

4.3. Selectarea domeniilor de măsurare în funcţie de valoarea prognozată

Un aparat de măsurat poate avea mai multe intervale de măsurare. Aceste intervale multiple, care

se obţin prin acţionarea unei „comenzi" a aparatului (comutator, borne etc), se mai numesc

domenii de măsurare (uneori se mai folosesc şi termenii „subintervale de măsurare", „game de

măsurare" şi „scări de măsurare").

La aparatele cu mai multe domenii de măsurare, limitele domeniilor succesive se aleg din

anumite şiruri de numere, de preferinţă progresii geometrice sau şiruri apropiate de acestea. în

cazul aparatelor analogice, sunt uzuale şiruri de forma 1•10n; 2•10

n; •10

n 5 sau 1•10

n; 3•10

n, unde

n este întreg (pozitiv, negativ sau nul). Cadranele acestor aparate pot fi prevăzute cu o singură

scară gradată; la acestea, valoarea măsurată se citeşte prin înmulţirea indicaţiei, în diviziuni, cu

„constanta" aparatului.

4.4. Verificarea legăturilor funcţionale dintre componente

În cazul unui circuit electric, verificarea legăturilor funcţionale dintre componentele

circuitului se poate face astfel:

- vizual, verificând corectitudinea montajului (dacă legăturile au fost corect făcute, conform

schemei, dacă lipiturile sunt stabile) şi izolaţia cordonului de alimentare;

- cu aparate de măsură cum ar fi voltmetrul, ampermetrul, cu ajutorul cărora se măsoară

tensiunea, respectiv intensitatea curentului electric; în cazul când circuitul a fost realizat corect,

valorile măsurate trebuie să corespundă cu prevederile documentaţiei tehnice.


APLICAŢII PRACTICE Profesorul are posibilitatea să aleagă numărul de ore şi temele de laborator în funcţie de

competenţele pe care trebuie să le atingă elevii şi de dotarea laboratorului. Pentru efectuarea

lucrărilor practice, elevii vor fi împărţiţi în grupe de maxim 4-5 elevi. Constituirea grupelor se

face ţinând cont de performanţele şcolare, de abilităţile practice, de preferinţele elevului, astfel

încât să rezulte grupe neomogene, în care elevii să fie diferiţi din punctul de vedere al

performanţelor şcolare.

Activitatea în echipe le oferă elevilor posibilitatea să găsească modul de rezolvare şi de

mediere a conflictelor care pot apărea din cauza părerilor diferite referitoare la rezolvarea unei

probleme. Distribuirea sarcinilor de lucru se face astfel încât fiecare elev să cunoască toate

activităţile grupei. In continuare, sunt prezentate câteva exemple de lucrări de laborator.


LUCRARE DE LABORATOR NR. 1: MĂSURAREA

DIMENSIUNILOR EXTERIOARE CU AJUTORUL ŞUBLERULUI

1. Consideraţii teoretice Şublerul face parte din categoria instrumentelor pentru măsurat lungimi cu vernier.

Clasificarea şublerelor se face după criterii ce ţin seama de:

a) domeniul de utilizare (de exterior, de interior, pentru adâncime, pentru trasaj etc);

b) exactitatea de măsurare;

c) domeniul de măsurare.

Vernierul este o scară gradată suplimentară, care alunecă de-a lungul riglei principale.

Diviziunile acestei scări sunt realizate in acelaşi sens cu cele de pe riglă. Intervalul dintre

diviziunile scării vernierului este mai mic decât cel dintre diviziunile de pe riglă. Divizarea scării

vernierului este în aşa fel realizată, încât pentru n diviziuni ale scării vernierului corespund (n - 1)

diviziuni de pe riglă.

Precizia de citire a şublerelor poate fi de 0,1; 0,05 sau 0,02 mm. Cele mai utilizate şublere

sunt cele cu două perechi de ciocuri (pentru exterior şi pentru interior) şi cu tijă pentru adâncime.

În tabelul următor sunt date caracteristicile vernierului:

Precizia de citire a

şublerului, p

Numărul de

diviziuni ale

vernierului

Lungimea scării

gradate(vernier),mm

Valoarea unei

diviziuni

(vernier),mm

1/10 - 0,1 10 9 0,9

1/20 = 0,05 20 19 0,95

1/50 = 0,02 50 49 0,98

Schemele celor trei tipuri de verniere sunt prezentate în figurile"!, 2, 3.

Fig. 1. Vernier cu valoarea diviziunii 0,1 mm.




Valoarea diviziunii şublerului se determină cu relaţia:

Vd=Vi/Nd

unde: Vi - este valoarea intervalului dintre două diviziuni, pe scara riglei (Vi = 1 mm);

Nd - numărul de diviziuni de pe vernier.

Exemplu: Pentru şublerul al cărui vernier a fost prezentat în figura 3, valoarea diviziunii

are:

Vi = 1 mm; Nd = 50 diviziuni; atunci: Vd = 1/50 = 0,02 mm.

Valoarea lungimii măsurate se obţine folosind formula:

VM =NR •Vi+Ni •V.

unde: V - este valoarea măsurată;

NR - numărul reperului de pe riglă, în raport cu reperul 0;

Vd- valoarea intervalului dintre două diviziuni de pe scara riglei = 1 mm;

N i- numărul reperului de pe vernier care se află în prelungirea unui reper pe scara riglei;

Vd- valoarea diviziunii( 0,1; 0,05 sau 0,02 mm).

În figurile 4, 5, 6 sunt prezentate exemple de citire a valorii măsurate cu şublerul.

Fig. 4. Vernier cu valoarea diviziunii 0,1 mm (poziţionat: 10,6 mm).

Fig. 5. Vernier cu valoarea diviziunii 0,05 mm _(poziţionat: 6,25 mm)._

Fig. 6. Vernier cu valoarea diviziunii 0,02 mm (poziţionat: 1,36).

2. Instrumente şi materiale necesare Materialele necesare pentru efectuarea lucrării de laborator sunt:

- şublere pentru exterior, cu valoarea diviziunii Vd = 0,1; 0,05 sau 0,02 mm;

- piese de diferite forme şi dimensiuni;

- documentaţia tehnică (desen, plan de operaţii,

normă tehnică, caiet de sarcini, normă de metrologie legală, instrucţiune de metrologie legală,

normă tehnică de metrologie).

3. Scopul lucrării (parametrul controlat) Scopul lucrării este de a determina abaterile de la cilindricitate şi circularitate a unei piese

cilindrice cu lungimea de 300 mm şi diametrul de 20±0,1 mm, obţinută prin strunjire de

degroşare.


4. Schema de măsurare Pentru măsurarea unei piese cilindrice, se va folosi schema din figura 7.

Fig. 7. Schema de măsurare a diametrelor exterioare pentru:

a - cilindricitate; b - circularitate.

5. Modul de lucru Pentru a explica modul de lucru, la această lucrare de laborator folosim şublerul din figura 8.

Fig. 8. Şublerul folosit în lucrarea de laborator: 1 - riglă; 2 - şurub de blocare pentru

mecanismul de avans fin; 3 - cursor; 4 - şurub de fixare al cursorului; 5, 6 - ciocuri pentru

interior; 7,8- ciocuri pentru exterior; 9 - vernier; 10 - dispozitiv de avans fin al cursorului.

După deblocarea şurubului 4 al cursorului 3 şi a şurubului 2 al dispozitivului de avans fin,

piesa va fi prinsă între ciocurile şublerului, astfel încât să se poată stabili valoarea diametrului de

măsurat. Prin deplasarea şublerului într-un plan perpendicular pe axa suprafeţei cilindrice, se

determină dimensiunea minimă. Se fixează această dimensiune cu ajutorul cursorului şi a

dispozitivului de avans fin, prin blocarea cursorului cu şurubul său.

Există şublere cu indicaţie numerică, având posibilitatea conectării la PC-uri, pentru

interpretarea rezultatelor pe bază de software adecvat.

Pentru utilizarea corectă a şublerelor, trebuie respectate următoarele reguli:

- piesa se prinde corect între suprafeţele de măsurare;

- piesele de măsurat se curăţă foarte bine înaintea operaţiei de măsurare;

- privirea trebuie să cadă corect pe scara gradată a şublerului;

- şublerele se verifică periodic cu ajutorul calelor plan-paralele în atelierele de metrologie.

Erorile tolerate ale indicaţiilor şublerelor nu trebuie să depăşească valorile prescrise în

norme.

Erorile tolerate se compară cu eroarea reală, care se determină prin diferenţa dintre

indicaţia şublerului şi dimensiunile nominale ale calelor plan-paralele care se folosesc în acest

scop.

Verificarea şublerelor se va face obligatoriu la temperatura de 20°C.


Tabelul 1 Secţiunea de

măsurare

Direcţia de măsurare Diametrul măsurat Diametrul minim dmin Diametrul maxim dmax

1 I

1 II

1 III

1 IV

2 I

2 II

2 III

2 IV

3 I

3 II

3 III

3 IV

4 I

4 II

4 III

4 IV

5 I

5 II

5 III

Se efectuează citirea, conform indicaţiilor anterioare. Pentru a determina abaterile de la

forma geometrică corectă, vor fi realizate cel puţin 5 măsurători, în secţiuni diferite, pentru

conicitate şi minimum 4,(I-I, II-II, III-III, IV-IV); conform figurii 7., pentru determinarea

ovalităţii.

Feţele de măsurare ale şublerului vor fi apăsate pe piesă în aşa fel încât să mai existe o

uşoară alunecare a şublerului în raport cu piesa.

Rezultatele măsurătorilor se compară cu prevederile documentaţiei tehnice şi vor fi trecute

în tabelul 1.

6. Concluzii a) Formulează observaţii şi concluzii proprii despre caracteristicile obiectului măsurat şi procesul

de măsurare.

b) În urma comparării şi interpretării rezultatelor măsurării, stabileşte dacă piesa analizată

prezintă abateri constante de la forma geometrică.

c) Se analizează precizia şi procedeul tehnologic prin care au fost realizate piesele şi se

precizează criteriile care au stat la baza selectării mijlocului de măsurare

Nota

- Piesa la care dimensiunea măsurată are valoarea cuprinsă între dimensiunea minimă prescrisă şi

dimensiunea maximă prescrisă în documentaţia tehnică este bună.

- Diametrul interior minim care se poate măsura depinde de cota A, care este standardizată (10

mm).

- Diametrul exterior maxim care se poate măsura cu şublerul depinde de cota B, care este

standardizată.



DIMENSIUNILOR EXTERIOARE ŞI A ABATERILOR DE

FORMĂ CU AJUTORUL MICROMETRULUI

1. Consideraţii teoretice Micrometrele sunt aparate de măsurare pentru lungimi, a căror funcţionare se bazează pe

transformarea mişcării de rotaţie a unui şurub micrometric cu pas fin în mişcare liniară.

Micrometrele diferă între ele, în funcţie de piesele ce trebuie măsurate; se întâlnesc

micrometre de exterior, de interior, de adâncime, pentru sârme, pentru roţi dinţate etc.

Micrometrul folosit în această lucrare de laborator este reprezentat în figura 1:

Fig. 1. Micrometru de exterior obişnuit: 1 - potcoava; 2 - nicovala;3 - tija; 4 - dispozitiv de

blocare 5 - braţ cilindric; 6 - tambur; 7- dispozitiv de limitare a apăsării

Valoarea diviziunii micrometrului se obţine folosind relaţia:

Vd=P/Nd

unde:

p - pasul şurubului micrometric (p = 0,5 mm);

Nd - numărul diviziunilor de pe tambur (N = 50 diviziuni).

Înlocuind valorile, se obţine: Vd = 0,5/50 = 0,01 mm.

Pentru o citire corectă a valorilor indicate de micrometru, trebuie să ştim că:

- pe braţul cilindric 5 se găsesc două scări gradate;

- scara milimetrilor, cu diviziuni din milimetru în milimetru numerotate din 5 în 5 mm;

- scara jumătăţilor de milimetru, cu diviziuni din milimetru în milimetru şi nenumerotată;

- pe circumferinţa tronconică a tamburului 6 sunt trasate 50 de diviziuni, la intervale egale,

numerotate din 5 în 5, de la 0 până la 50.

Fig. 2. Scările gradate de pe braţul micrometrului 1 - braţ cilindric; 2 - tambur gradat

La măsurarea cu ajutorul micrometrului, se pot ivi situaţiile de citire exemplificate în figura 3.

Fig. 3. Exemplu de citire: a - 8 mm; b - 6,82 mm

http://milime.ru/


2. Instrumente şi materiale necesare Pentru realizarea acestei lucrări de laborator, sunt necesare următoarele materiale:

micrometru pentru măsurarea dimensiunilor exterioare, cu valoarea diviziunii V = 0,01 mm, cu

documentaţia însoţitoare (instrucţiuni de utilizare-reglare), cala de reglare din trusa

micrometrului sau din trusa de cale plan-paralele şi piese de diferite forme şi dimensiuni cu

documentaţia tehnică aferentă.

3. Scopul lucrării Perceperea modului de măsurare a parametrului verificat şi utilizarea corectă a

micrometrului în procesul de măsurare.

4. Modul de lucru Înainte de măsurarea cu ajutorul micrometrului, trebuie verificat dacă acesta este reglat la

zero.

Pentru acest lucru, la micrometrul care are limita de măsurare cuprinsă între 0 şi 25 mm, se

apropie suprafeţele de măsurare, cu ajutorul dispozitivului de limitare a apăsării, până când

acestea vin în contact. Se observă dacă reperele 0 de pe tambur şi de pe braţ sunt în prelungire.

Dacă nu sunt, micrometrul va fi reglat la zero conform instrucţiunilor de utilizare, de către

personalul specializat pentru întreţinerea mijloacelor de măsurare.

Pentru micrometrele care au limita inferioară de măsurare de 25 mm sau mai mare, se

folosesc calele de reglare existente în trusa micrometrului. Lungimea unei astfel de cale este

egală cu limita inferioară de măsurare a micrometrului. După ce micrometrul a fost verificat, se

începe măsurarea propriu-zisă. Se roteşte tamburul, până când piesa de măsurat se poate

introduce uşor între suprafeţele de măsurare ale tijei şurubului micrometric şi nicovală. Prin

rotirea tamburului 6 în sensul înşurubării, suprafeţele de măsurare se aduc în contact cu

suprafeţele piesei.

După ce s-a obţinut contactul cu piesa, se continuă deplasarea tijei, prin intermediul

dispozitivului 7 de limitare a apăsării. Dispozitivul de limitare a apăsării are rolul de a asigura o

forţă constantă de strângere a piesei, pentru a înlătura erorile care pot apărea datorită acestei forţe.

Se blochează tija şurubului micrometric, cu ajutorul dispozitivului de blocare 4 şi se face citirea

valorii măsurate.

Pentru a fi păstrată acurateţea măsurătorilor, micrometrele sunt verificate periodic, în

cadrul atelierului de metrologie. Această verificare constă în:

- verificarea planităţii şi paralelismului suprafeţelor de măsurare;

- verificarea justeţei indicaţiilor;

- verificarea dispozitivului de limitare a apăsării. Utilizarea micrometrelor necesită

respectarea

următoarelor reguli:

- curăţarea suprafeţelor de măsurat;

- măsurarea pieselor în stare de repaus;

- aplicarea uşoară a pieselor pe suprafeţele de măsurare;

- păstrarea instrumentelor în cutii ferite de umezeală, de lovituri, de şocuri, de agenţi corozivi.

Se recomandă ca în timpul măsurării, şurubul micrometric să fie acţionat prin intermediul

dispozitivului de limitare a forţei de măsurare, pentru a se evita erorile de măsurare care pot

apărea din cauza deformaţiilor şurubului micrometric şi ale materialului piesei, în punctele de

contact.

Există micrometre cu indicaţie numerică cu posibilitatea conectării la PC-uri, pentru

interpretarea rezultatelor pe baza de software adecvat.

Rezultate măsurărilor vor fi comparate cu prevederile documentaţiei tehnice şi vor fi centralizate

în tabelul următor:


Dimensiuni limită

prescrise

Dimensiunea măsurata Concluzii

Citirile

Lmin=LN+a i Lmin=LN+a s C1 C2 C3 Valoare medie

a i ; as - abaterile inferioară, respectiv, superioară care au fost prescrise în proiect;

L - dimensiunea nominală prescrisă.

5. Concluzii a) Formulează observaţii şi concluzii proprii despre caracteristicile obiectului măsurat şi despre

procesul de măsurare, precizând criteriile care au stat la baza selectării mijlocului de măsurare.

b) Analizează precizia şi procedeul tehnologic prin care au fost realizate piesele şi compară

valorile notate în tabel.

Piesa se consideră bună, dacă valorile dimensionale respectă condiţia:

Lmin. <LN <Lmax


LUCRARE DE LABORATOR NR. 3: CONTROLUL

UNGHIURILOR CU CALE UNGHIULARE 1. Consideraţii teoretice Dimensiunile unghiulare, alături de cele liniare, determină suprafeţele pieselor şi poziţiile

reciproce ale acestora.

Calele unghiulare sunt măsuri folosite pentru verificarea prin metoda directă a unghiurilor

sau pentru gradarea aparatelor şi a scalelor goniometrice. Ele se prezintă sub forma unor plăci

prismatice triunghiulare, dreptunghiulare sau poligonale.

Calele unghiulare cel mai des folosite sunt de patru tipuri (I, II, III, IV), în funcţie de

mărimea unghiului activ:

- cale unghiulare de tip I, cu unghiul de lucru a= 1-9°;

- cale unghiulare de tip II, cu a = 10 - 90°;

- cale unghiulare de tip III, cu patru unghiuri de lucru, pentru care a+p1 = y+6 = 180°.

- cale unghiulare de tip IV, numite şi cale poligonale.

Calele unghiulare se execută în trei clase de precizie (0; 1; 2). Calele cu precizia cea mai bună se

găsesc în clasa 0.

Unghiurile de diferite valori se obţin prin aderare, folosind calele din trusă. Unghiurile calelor

trusei variază în trepte de 30" sau 10", de la 0° la 90°.

2. Instrumente şi materiale folosite Pentru această lucrare, se va folosi o trusă de cale unghiulare (Fig. 1.) care conţine 19, 36

sau 94 de cale unghiulare cu instrucţiunile de utilizare, aparat comparator cu documentaţia

însoţitoare (instrucţiuni de utilizare-reglare), suport pentru aparatul comparator, piese pentru

verificat cu documentaţia tehnică aferentă.

Fig.1. Trusă de cale unghiulare

Fig. 2. Schema de măsurare cu cale unghiulare.

3. Scopul lucrării Perceperea modului de măsurare a parametrului verificat (unghi) şi utilizare corectă a

calelor unghiulare în procesul de măsurare.

4. Modul de lucru În figura 2 este prezentată schema de măsurare la verificarea unui şablon unghiular folosit

la trasare, în industria mobilei. Unghiul şablonului, αs şi unghiul calei, αc au aceeaşi valoare

nominală.


În funcţie de valoarea nominală, se alege din trusa de cale unghiulare cala sau calele pentru

formarea unui bloc de cale cu dimensiunea egală cu cea a unghiului de verificat. Se aşează

şablonul care trebuie verificat în dispozitivul de aşezare, cu una din suprafeţele active ale

unghiului în contact cu suprafaţa mesei de control.

Se aşează cala unghiulară sau blocul de cale cu una din feţele active în contact cu cealaltă

suprafaţă activă a unghiului şablonului.

Palpând cu ajutorul comparatorului în unul din punctele A sau 8 ale calei unghiulare, se

efectuează prima citire. Palpând apoi în cel de-al doilea punct, situat la o distanţa cunoscută

(recomandabil lungimea calei unghiulare), se realizează a doua citire.

Se calculează apoi abaterea unghiului şablonului faţă de valoarea calei, folosind diferenţa

dintre citirile la cele două capete ale calei unghiulare.

Rezultatele măsurătorilor se compară cu prevederile documentaţiei tehnice şi vor fi

menţionate în tabelul următor:

Citirile Lungimea calei, l, mm C1 C2 h= C1• C2 Tipul de variaţie a unghiului

I

II

III

5. Concluzii a) Formulează observaţii şi concluzii proprii despre lucrare, despre caracteristicile obiectului

măsurat şi despre procesul de măsurare.

b) Analizează precizia şi procedeul tehnologic prin care au fost realizate piesele şi precizează

criteriile care au stat la baza selectării mijlocului de măsurare.

c) Compară valoarea din desenul de execuţie cu valorile obţinute prin măsurare.



UNGHIURILOR CU AJUTORUL RAPORTORULUI 1. Consideraţii teoretice Mijloacele de măsurare pentru mărimi unghiulare cel mai des folosite în activitatea

atelierelor mecanice sunt raportoarele. Ele se prezintă în două variante constructive:

- raportor mecanic cu vernier;

- raportor optic.

Raportorul mecanic prezentat în figura 1 are în componenţă un vernier care se roteşte pe

scara aparatului o dată cu rigla mobilă.

Vernierul are rolul de a face posibilă citirea fracţiunilor de grad ale unghiului măsurat. Precizia

acestuia este de 2'. Pe vernier se găsesc 30 de diviziuni.

Fig. 1. Raportor mecanic

Raportorul optic (Fig. 2.) are domeniul de măsurare cuprins în intervalul 0...3600.

Precizia de citire a rezultatelor măsurării cu acest instrument este de 5".

Fig. 2. Raportor optic aşezat pe piesă: 1- corpul instrumentului; 2- riglă; 3 - şurub de

fixare; 4- riglă mobilă; 5-lupă.

Sistemul optic de citire a raportorului se compune dintr-o lupă şi un filtru verde din sticlă

optică. Prin orificiul practicat în partea posterioară a părţii mobile, peste care este montat filtrul,

pătrunde lumina, care iluminează scara gradată şi lupa.

Citirea unghiului măsurat se face privind prin lupă imaginea scării gradate. Acest lucru

este posibil, datorită suprapunerii imaginii scării gradate peste imaginea vemierului.

2. Instrumente şi materiale necesare Pentru această lucrare de laborator se va folosi un raportor mecanic sau un raportor optic,

în funcţie de dotarea laboratorului cu instrucţiunile de utilizare, şi diverse piese pentru măsurat cu

documentaţia tehnică aferentă.

3. Scopul lucrării Perceperea modului de măsurare a parametrului verificat şi utilizarea corectă a raportorului

în procesul de măsurare.

4. Schema de măsurare În figura 3 sunt reprezentate modalităţile de măsurare pentru diferite piese.

Pentru măsurarea cu ajutorul raportorului, se procedează în felul următor:

- se montează rigla mobilă la raportor;

- se aşează rigla fixă pe una din laturile unghiului;


- se suprapune rigla mobilă peste cea de-a doua latură a unghiului;

- se verifică inexistenţa fantei de lumină, dintre rigla mobilă şi piesă;

- cu ajutorul şurubului, se fixează raportorul în poziţia ce reprezintă mărimea unghiului;

- se realizează citirea valorii măsurate;

- rezultatele măsurătorilor vor fi înregistrate într-un tabel asemănător cu prezentat la pagina

următoare.

Fig. 3. Modalităţi de măsurare a unghiurilor.

Valoarea

nominală

Valoarea minimă

prescrisă

Valoarea maximă

prescrisă

Valoarea

măsurată

5. Concluzii a) Formulează observaţii şi concluzii proprii despre lucrare, despre caracteristicile obiectului

măsurat şi despre procesul de măsurare, precizând criteriile care au stat la baza selectării

mijlocului de măsurare.

b) Analizează precizia şi procedeul tehnologic prin care au fost realizate piesele.


LUCRARE DE LABORATOR NR. 5: MĂSURAREA NIVELULUI

1. Scopul lucrării. Lucrarea are ca scop exemplificarea modului de lucru cu două tipuri de aparate pentru

măsurarea nivelului şi compararea rezultatelor indicate de aceste aparate.

2. Materiale necesare Pentru efectuarea lucrării de laborator, va fi folosită instalaţia prezentată în figura 1.

Instalaţia de măsurare se compune din două nivelmetre şi două vase cu apă, legate între ele.

Ambele nivelmetre sunt aparate de laborator cu ace de măsurare, operatorul efectuând citirea în

momentul în care acul de măsurare atinge suprafaţa liberă a apei.

Primul aparat, nivelmetrul digital, este compus dintr-un suport, o coloană verticală

prevăzută cu o cremalieră precisă de măsurare şi o cremalieră de deplasare, precum şi cu un cap

de măsurare. în capul de măsurare, există un traductor optic de deplasare, care angrenează cu

cremalieră de măsurare de pe coloană. La ieşire, acest traductor transmite semnale la un bloc

electronic, care le prelucrează şi le afişează pe aparatul indicator digital. În principiu, aparatul are

o rezoluţie de 0,01 mm. Aparatul are două cadrane şi două butoane de aducere la zero. La

deplasare, unul dintre cadrane adiţionează şi celălalt scade valoarea deplasării.

Al doilea aparat permite citirea valorilor nivelului pe o riglă foarte precisă, gradată în mm,

pe care, cu ajutorul unui sistem optic, se poate face o interpolare la nivel, de 0,01 mm.

Se măsoară nivelul în unul dintre vase, prin golire. Apa se goleşte treptat în cel de-al doilea

vas.

3. Modul de lucru Se umple vasul superior cu apă şi se reglează ambele nivelmetre, astfel ca suprafaţa liberă

a apei să fie înţepată de acele ambelor aparate. Din butonul de punere la zero, se prescrie această

valoare nivelmetrului digital. La nivelmetrul cu citire, se citeşte pe riglă valoarea nivelului z ,

aceasta fiind cota de instalare a aparatului.

Se goleşte în trepte vasul superior şi se citesc valorile nivelului la cele două aparate. în timp

ce nivelmetrul digital ne indică direct nivelul zdi|, cu valori negative, la celălalt aparat se citesc

valorile curente zai. Valorile nivelului la acest aparat se obţin din relaţia:

z i= zdi –zai.

Se efectuează circa zece măsurări. Se va calcula diferenţa dintre cele două indicaţii cu formula:

Δz i = z i-zdi..

Fig. 1. Standul de nivelmetrie: 1 nivelmetrul cu ac cu citire

optică; 2-nivelmetrul cu ac digital; 3 vas.


4. Prelucrarea datelor Valorile nivelului se trec în tabelul următor:

Nr.

crt.

za0 zai zi zdi Δz Observaţii

5. Concluzii Formulează observaţii şi concluzii proprii despre lucrare.


LUCRARE DE LABORATOR NR. 6: DETERMINAREA

REZISTENTELOR ELECTRICE PRIN METODE DE PUNTE 1. Consideraţii teoretice Rezistenţa electrică pentru un conductor izotrop se exprimă ca fiind catul dintre tensiunea

la borne, U, şi intensitatea, I, a curentului electric continuu care îl parcurge. Unitatea de măsură

a rezistenţei electrice, în SI, este ohmul (Ω).

Măsurarea rezistenţelor electrice se poate face:

- prin metode directe;

- prin metode de zero.

În cazul măsurării prin metode directe, se pot aplica următoarele variante:

- metoda ampermetrului şi voltmetrului;

- metoda de comparaţie.

Metoda ampermetrului şi voltmetrului se foloseşte pentru determinarea rezistenţelor

cuprinse între 10-2

şi 105Ω.

Metoda se bazează pe utilizarea legii lui Ohm şi constă în determinarea rezistenţei de măsurat

Rx din raportul Ux de la bornele ei şi curentul Ix care îl parcurge.

Din punct de vedere al montajului electric folosit, acesta poate fi montaj aval, figura la, şi

montaj amonte, figura 1b.

Fig. 1. Măsurarea rezistenţelor prin metoda ampermetrului şi voltmetrului: a- montaj

aval; b - montaj amonte.

Montajul amonte are voltmetrul montat la bornele ansamblului format din rezistenţa de

măsurat şi ampermetru, iar montajul aval are voltmetrul montat la bornele rezistenţei de măsurat.

La montajul aval, valoarea rezistenţei este dată de relaţia:

RX=UX/IX=UI(I-IV),

unde: IV = U/RV;

IV - intensitatea curentului electric prin voltmetru;

RV - rezistenta internă a voltmetrului.

Pentru montajul amonte, valoarea rezistenţei este dată de relaţia:

RX=UX/IX=(U-RAI)/I

unde: RA este rezistenţa internă a ampermetrului.

Prin metoda de comparaţie, se compară două rezistenţe de valoare comparabilă ca ordin

de mărime, montate în serie sau în paralel.

Cele două variante de montaj sunt prezentate în figura 2.

În montajul din figura 2a, voltmetrul măsoară succesiv tensiunea, Ux, la bornele rezistentei,

Rx , şi U0 la bornele rezistenţei, R0, de valoare cunoscută. Valoarea rezistenţei, Rx, este mai

precisă, dacă rezistenţa internă a voltmetrului este neglijabilă.


Fig. 2. Măsurarea rezistenţelor prin comparare: a - montaj în serie; b - montaj în paralel.

În cazul montajului din figura 2b, ampermetrele măsoară curenţii I0 şi Ix şi valoarea

rezistentei, Rx este exactă, atunci când rezistenţele interioare ale ampermetrelor sunt neglijabile.

Mijloacele de măsurare pentru rezistenţe se numesc ohmmetre. Dintre aceste aparate, cele

mai cunoscute sunt ohmmetrele cu citire directă. Acestea se utilizează atât în laborator, cât şi în

exploatare.

Se utilizează la măsurarea directă a rezistenţelor. Rezistenţa care se măsoară se introduce

între bornele ohmmetrului.

Din punctul de vedere al schemei constructive, se deosebesc două tipuri de ohmmetre:

ohmmetru serie şi ohmmetru derivaţie (Fig.3.).

Fig. 3. Tipuri de ohmmetre: a- ohmmetru serie; b- ohmmetru derivaţie.

La toate tipurile de ohmmetre, este necesară o reglare preliminară, înainte de utilizare.

Scările gradate ale ohmmetrelor nu sunt liniare nici la ohmmetrul serie, nici la cel derivaţie, şi se

prezintă ca în figura 4.

Fig. 4. Scările ohmmetrelor.

Metodele de zero fac parte din clasa metodelor de comparaţie. La această metodă

mărimea de măsurat se compară cu o mărime etalon de aceeaşi natură.

În acest caz, aparatului de măsurat îi revine sarcina de a indica absenţa semnalului între

două puncte ale circuitului de măsurat. Acest lucru se întâmplă atunci când între valoarea mărimii

de măsurat şi cea a elementului etalon există un anumit raport.


În cazul acestei măsurări, se urmăreşte indicaţia zero, precizia etalonării aparatului

neavând niciun efect asupra rezultatului.

O caracteristică importantă în această situaţie de măsurare este sensibilitatea cât mai

ridicată, pentru a indica cât mai precis nulul semnalului.

La acest tip de măsurare, se folosesc circuitele de tip punţi Wheatstone sau punţi Thomson.

2. Schema de măsurare Puntea Wheatstone este o reţea completă, formată din patru laturi, patru noduri şi două

diagonale. Laturile sunt formate din patru rezistenţe a, b, Rx, R, iar pe diagonalele de măsurare

există un galvanometru şi pe diagonala de alimentare o sursă de curent continuu, E, figura 5.

Fig. 5. Schema de principiu a punţii Wheatstone, unde: a, b - rezistoare variabile în trepte;

R - rezistor de echilibrare a punţii; Rx- rezistenţa de măsurat; G - galvanometru;

E - sursă de tensiune electrică; Rp - rezistor de protecţie;

k1 = întrerupătorul galvanometrului; k2 = întrerupătorul pilei.

Principiul metodei constă în echilibrarea schemei, adică în atingerea situaţiei în care, prin

modificarea convenabilă a valorilor celor patru rezistenţe care formează laturile punţii, curentul

prin diagonala de măsurare este nul (Ig = 0).

În această situaţie, căderile de tensiune la bornele rezistenţelor a şi Rx, respectiv b şi R,

sunt egale două câte două:

a•I1 = b•I2 şi X•I1 = R•I2.

în această situaţie:

a/Rx = b/R.

Pentru determinarea valorii unei rezistenţe necunoscute, X când se cunosc valorile

celorlalte rezistenţe, se foloseşte relaţia:

Rx = R• a/b.

Această relaţie este valabilă atunci când puntea este echilibrată, deci a fost îndeplinită

condiţia de nul.

3. Scopul lucrării Identificarea componentelor, cunoaşterea modului de realizare a unui circuit şi a efectuării

şi interpretării măsurătorilor.

4. Modul de lucru Elevii identifică componentele necesare realizării montajului, realizează montajul conform

figurii 6, verifică legăturile funcţionale dintre componente. Corectitudinea executării este

verificată de către profesor.


Fig. 6. Schema de montaj pentru măsurări de rezistenţe cu puntea simplă:

P- punte simplă (se introduce fişa în locaşul W); Rp- rezistenţa de protecţie; E- sursa de

tensiune continuă, a cărei valoare este aleasă în funcţie de rezistenţele Rx care se măsoară;

G- galvanometru; Rx- rezistenţa de măsurat; 2- întrerupătorul pilei şi al galvanometrului.

Rezultatele măsurătorilor vor fi trecute în tabelul următor:

a b a / b Rezistenţa

de

echilibru, R

Rezistenţa de

măsurat, Rx

5. Concluzii Formulează observaţii şi concluzii proprii despre lucrare.


LUCRARE DE LABORATOR NR. 7: MĂSURAREA PUTERII

ELECTRICE CONSUMATE ÎN CURENT CONTINUU PRIN

METODA INDUSTRIALĂ A AMPERMETRULUI ŞI

VOLTMETRULUI

1. Consideraţii teoretice

Puterea consumata de receptoare se determină cu relaţia:

P = R•I2 = UI=U

2/R,

unde: R = rezistenţa receptorului (sarcinii)

I = intensitatea curentului ce străbate receptorul

U= tensiunea la bornele sarcinii

Măsurarea puterii consumate de receptoare în curent continuu se poate face:

a) indirect utilizând un voltmetru şi un amper-metru şi calculând puterea măsurată prin înmulţirea

indicaţiilor celor două aparate P= UV•IA

b) direct utilizând wattmetrul

Măsurarea puterii în curent continuu prin metoda indirectă comportă două variante pentru

instalaţia de măsurare, în funcţie de modul de legare voltmetrului faţă de ampermetru şi anume:

a) varianta amonte voltmetrul se leagă înaintea ampermetrului şi măsoară atât tensiunea

la bornele receptorului (U) cât şi căderea de tensiune pe rezistenţa internă a ampermetrului (r, IA)

b) varianta aval voltmetrul se leagă după ampermetru şi indicaţia (IA), a ampermetrului

este suma dintre intensitatea (I) a curentului de sarcină ce străbate receptorul şi intensitatea

(Iv= UV/RV) curentului ce străbate voltmetrul.

Măsurarea puterii în curent continuu prin metoda indirectă constă în:

a) măsurarea cu voltmetrul a tensiunii Uv a bornele receptorului

b) măsurarea cu ampermetrul a intensităţii IA a curentului ce străbate receptorul (curentul de

sarcina)

c) înmulţirea indicaţiilor celor două aparate UV•IA

d) efectuarea corecţiilor pentru a elimina erorile sistematice datorate consumului propriu al

aparatelor de măsură în felul următor;

- varianta amonte P = Uv•IA-rA(IA)2

- varianta aval P = UV•IA-(UV)2 /RV

Erorile sistematice prezintă importanţă numai în cazul în care ordinul de mărime al

puterilor măsurate este comparabil cu cel al puterilor consumate de aparatele de măsurat. Dacă

ordinele de mărime diferă şi eroarea sistematică este foarte mică, ea poate fi neglijată.

2. Materiale necesare ■ ampermetre, voltmetre - magnetoelectrice, feromagnetice

■ rezistoare fixe şi variabile (consumatori)

■ surse de c.c; cordoane de legătură

3. Scopul lucrării ■ Cunoaşterea modului de realizare a unui circuit, alegerea montajului potrivit în funcţie de

valoarea consumatorului, efectuarea şi interpretarea calculelor de corecţie efectuarea şi

interpretarea măsurătorilor.

4. Mod de lucru Se realizează montajul de măsurare conform figurii 1.


Fig. 1. Schemele de montaj

Se întocmeşte şi completează tabele de valori pentru măsurările şi calculele efectuate.

5. Concluzii Formulează observaţii şi concluzii referitoare la lucrarea efectuată.


PROIECT Proiectul îşi propune evaluarea competenţelor relevante pentru modul, pe o perioadă

cunoscută de către elev. Elevilor li se oferă o listă cu propuneri de teme, în funcţie de dotarea

laboratorului, precum şi conţinutul recomandat al proiectului. Elevii pot lucra în grupe de 2-3

membri, alegerea temei fiind la latitudinea lor.

Se va urmări valorificarea competenţelor dobândite pe durata parcurgerii manualului şi a

altor lucrări din domeniu recomandate. îndrumarea elevilor şi valorificarea conţinuturilor se vor

efectua în cadrul orelor de laborator tehnologic.

I. Tema: Mijloace pentru măsurarea mărimilor...............

Grupa nr.:...

Numele şi prenumele elevilor: .....................

Clasa:.........

Durata desfăşurării proiectului:.....................

II. Cuprinsul Proiectului - Mărimea fizică măsurată:..............................

- Interpretarea simbolurilor înscrise pe aparat:...

- Principiul de funcţionare:...........................

- Elementele componente :........................

- Reprezentarea schematică:...........................

- Parametrii de funcţionare specifici:...............

- Surse de erori de măsurare:...........................

- Metode de verificare pentru mijlocul de măsurare descris:....................................

- Analiza comparativă

- Cu alte mijloace de verificare a aceleiaşi mărimi fizice.

Bibliografie recomandată: poate fi utilizată selectiv bibliografia prezentului manual,

cărţile tehnice ale aparatelor, precum şi Internetul.

Durata de desfăşurare va fi stabilită pe o perioadă bine precizată, comunicată elevilor în

timp util.

Temele propuse şi conţinutul recomandat pentru proiect au în vedere dotarea laboratorului

de profil din unitatea şcolară.


RĂSPUNSURI LA FIȘE DE EVALUARE TEMA:PROCESE DE MĂSURARE

Subiectul 1:1.-A; 2.-A; 3.-F Subiectul 2:1.-b;2.-b; 3.-c Subiectul 3:1. - fizică; 2. - măsurând; 3. -1

TEMAMIJLOACE PENTRU MĂSURAREA LUNGIMILOR

Subiectul 1:1.-d;2.-d; 3.-b; 4.-c; 5.-c

Subiectul 2: 1. 0,1; 0,05; 0,02 mm. 2. lamele plan-paralele, calibrele, lerele pentru grosimi,

sferele. 3. le-puire. 4. oţel.

TEMA MIJLOACE PENTRU MĂSURAREA UNGHIURILOR

Subiectul 1: l.-b; 2.-c;.3-b.

Subiectul 2:1. trigonometric; 2. trasări; 3. orizontală .... verticală; 4. ascuţire; 5. cale unghiulare,

echere, şabloane, calibre; 6. metoda fantei de lumină

TEMA: MIJLOACE PENTRU MĂSURAREA MĂRIMILOR MECANICE

1. mărimea forţei - valoarea numerică a acesteia;-suportul forţei;

2. forţa care, acţionând asupra unui corp cu masa de un kilogram, îi imprimă acestuia acceleraţie

3. dinamometre

4. dinamometre cu element elastic;- dinamometre hidraulice

5. daN/m2; kN/m

2; MN/m

2; GN/m'; N/cm

2; mN/mm

2.

6. pascal şi se notează Pa.

7. dyna pe centimetru pătrat sau barye şi se notează dyn/cm2.

8. milimetru coloană de apă (la temperatura de 20° C; milimetru coloană mercur (la temperatura

de 0° C şi acceleraţia gravitaţională g = 9,80665 m/s2); atmosfera tehnică (kilogram forţă/cm

2);

atmosfera absolută; atmosfera fizică;

9. principiul de funcţionare; soluţia constructivă; precizia de măsurare; tipul fluidului

TEMA: MĂSURAREA MĂRIMILOR CINEMATICE;METODE Şl MIJLOACE

PENTRU MĂSURAREA DEBITELOR

1. distanţa parcursă şi timpul necesar parcursului:

2. m/s.

3. w unde: Ω este viteza unghiulară, φ este unghiul corespunzător arcului de cerc parcurs;

t este timpul necesar parcursului.

4. rad/s.

5. tahometre.

6. tahometre generatoare; tahometre cu curenţi Foucault; tahometre cu impulsuri, tahometre

stroboscopice.

7. tahometre mecanice cu dispozitiv centrifugal; tahometre mecanice cu dispozitiv cronometric.

8. trece printr-o secţiune oarecare în unitatea de timp.

9. - debit de volum - volumul de fluid scurs în unitatea de timp:

unde: V-volumul; t- timpul. - debit de masă - masa de fluid scursă în unitatea de timp:

TEMA: MĂSURAREA MĂRIMILOR TERMICE

Subiectul 1

1. gradul de agitaţie dezordonată a moleculelor unui corp


2. Kelvin.

3. cele trei stări de agregare, solidă, lichidă şi gazoasă, se găsesc în echilibru

4. termometre Subiectul 2 l.c)

2.b)

3. a)

4. b)

5. a)

TEMA: MĂSURAREA MĂRIMILOR ELECTRICE

TEST A Subiectul 1

1.d) intensitate a curentului electric.

2 b) rezistenţei electrice;

3. b) cuplu proporţional cu puterea;

4. c) dilatare a unui fir parcurs de curent electric;

5. c) ferodinamice;

Subiectul 2

l. amperul (A).

2. voltul (V).

3. ohmul {CI).

4. joule (J)

TEMA: MĂSURAREA MĂRIMILOR ELECTRICE

TEST B Subiectul 1

1. valoarea tensiunii efective, U (indicată de un voltmetru montat la bornele circuitului) şi

intensitatea efectivă, / (indicată de un ampermetru înseriat în circuit

2. volt-amperul (VA).

3. wattul (W).

Subiectul 2

l.d) 2.c) 3.d) 4.d) 5.b) 6. b)

TEMA: INSTALAŢII Şl SISTEME DE MĂSURARE

Subiectul 1

1. aparate de măsurat; 2. captor; 3. pasiv; 4. fără contact.

Subiectul 2

1.A; 2. A; 3. F; 4. A; 5. A.


BIBLIOGRAFIE

1. Ciocîrdia, C, Ungureanu, I., Bazele cercetării experimentale în tehnologia construcţiilor de

maşini, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979.

2. Ciocîrlea-Vasilescu, A., Constantin, Mariana, Măsurări tehnice, Editura Cvasidocumentaţia

PROSER & Printech, Bucureşti, 2005.

3. Ciocîrlea-Vasilescu, A., Metrologie industrială, Editura Cvasidocumentaţia PROSER &

Printech, Bucureşti, 2005.

4. Ciocîrlea-Vasilescu, A., Constantin, Mariana; Ciocîrlea-Vasilescu, Ioana, Elemente de

tehnologie mecanică, Editura PRINTECH, Bucureşti, 2004.

5. Dodoc, P., Metrologie generală, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979.

6. Gheorghiu, Tatiana, Constantin, N., Auxiliar curricular pentru ciclul superior al liceului,

profilul tehnic, modulul: Tehnici de Măsurare în Domeniu, Ministerul Educaţiei şi Cercetării,

2006, Programul PHARE TVET RO 2005/005 -551.05.01 -02.

7. Ghiţescu, D., Mirea, A.,Instalaţiitehnico-sanitare şi de gaze, Manual pentru şcoli

profesionale, anul I şi II, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1972.

8. I liescu, C. şi col., Măsurarea electrică a mărimilor neelectrice; îndrumar de laborator,

Institutul Politehnic Bucureşti, 1992.

9. lonescu, G. şi col., Traductoare; principii şi metode

de proiectare, Institutul Politehnic Bucureşti, 1980.

10. lonescu, G., Măsurări tehnice şi traductoare, Institutul Politehnic Bucureşti, 1975.

11. Micu, C. şi col., Aparate şi sisteme de măsurare în construcţia de maşini, Editura Tehnică,

Bucureşti, 1980.

12. Miilea, A., Cartea metrologului - Metrologie generală, Editura Tehnică, Bucureşti, 1985.

13. Neagu, I., Cecetâri privind utilizarea optimă a mijloacelor de măsurare după 2(3)

coordonate în laboratoarele de metrologie, lucrare metodico-ştiinţifică pentru obţinerea gradului

didactic I, Universitatea Politehnică Bucureşti, 2004.

14. Neagu, I., Constantin, Mariana, Ciocîrlea-Vasilescu, A., Măsurători şi legislaţie

metrologică, Editura Cvasidocumentaţia PROSER & Printech, Bucureşti, 2007.

15. Popescu, D., Sgârciu, V., Echipamente pentru măsurarea şi controlul parametrilor de

proces, Editura Electra, Bucureşti, 2002.

16. Sturzu, A. şi col., îndrumător practic uzinal şi de laborator pentru controlul preciziei de

prelucrare în construcţia de maşini, Editura Tehnică, Bucureşti, 1976.

17. Sturzu, A., lonescu, Mihaiela, Controlul preciziei dimensionale şi geometrice, Editura

PRINTECH, Bucureşti, 2006.

18. Udrea, C, Doboş, F., Panaitopol, H., îndrumar de laborator şi proiectare la automate de

control şi servire, Institutul Politehnic Bucureşti, 1980.

19. Lăzărescu, I., şi col., Toleranţe şi măsurări tehnice, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1969.

Curs Tehnici de Masurare in Domeniu m3

Documents

Transcript of Curs Tehnici de Masurare in Domeniu m3