LUCRAREA Nr. 1. Măsuri şi instrumente de măsură

Transcription

1 LUCRAREA Nr. 1 Măsuri şi instrumente de măsură Materialele de construcţii pot fi cercetate în două ipostaze: privind caracteristicile fizico-mecanice când se efectuează o determinare; privind constituenţii structurali, chimici, impurităţi etc., când se efectuează o analiză. Determinările şi analizele de laborator sunt rezultatul măsurării unor mărimi fizice, pe baza cărora se determină prin calcul caracteristicile (constituenţii) căutate Determinările de laborator presupun efectuarea de măsurători, mărimile măsurate devenind parametri de calcul pentru determinarea caracteristicii căutate. Pentru a efectua măsurătorile, sunt necesare instrumente / aparate de măsură. Caracteristicile mijloacelor de măsurare Caracteristicile mijloacelor de măsurare reprezintă particularităţi esenţiale prin care acestea se deosebesc şi se apreciază. Ele pot fi: Tehnice (soluţia constructivă, modul de funcţionare, formă etc.) Metrologice Caracteristicile tehnice - reprezintă particularităţile de construcţie şi funcţionare ale mijloacelor de măsurare Caracteristici tehnice de construcţie (principiul de funcţionare, dimensiuni de gabarit, formă, materiale folosite etc.) Caracteristici tehnice de funcţionare (modul cum funcţionează aparatul,influenţa condiţiilor de mediu etc.) Dispozitivul de afişare (exemplu de caracteristică tehnică) Este elementul constructiv al mijlocului de măsurare care permite observarea şi citirea valorii măsurate de către operator. Dispozitivele de afişare pot fi: Dispozitive indicatoare afişează în fiecare moment valoarea mărimii măsurate, iar indicaţiile lor urmăresc variaţiile acestei mărimi (de exemplu: dispozitivul indicator al micrometrului). 1

2 Dispozitive înregistratoare - afişează şi păstrează succesiunea valorilor măsurate într-un interval de timp (de exemplu electrocardiograful). Dispozitivele de afişare pot fi analogice sau digitale numerice, sau combinaţii ale acestora. Dispozitivele de afişare analogice Dispozitivul de afişare indicator de tip analogic cel mai răspândit este dispozitivul cu scară gradată şi indice. Cadranul este elementul fix sau mobil al unui astfel de dispozitiv de afişare. Scara gradată-este totalitatea reperelor cu numerele lor asociate, care fac parte din dispozitivul indicator al mijlocului de măsurare. Scara gradată se caracterizează prin caracteristicile constructive (lungimea scării gradate, lungimea diviziunii, reperul) şi caracteristicile metrologice (valoarea diviziunii, domeniul de măsurare, limita inferioară şi limita superioară). lungimea scării-lungimea liniei continue de la primul la ultimul reper. Linia poate fi reală sau imaginară, curbă sau dreaptă. Ea se exprimă în unităţi de lungime. diviziunea - parte a unei scări cuprinsă între două repere succesive, caracterizată prin lungimea diviziunii şi valoarea diviziunii (care poate fi indicată pe cadran sau calculată). 2

3 Exemplu de valoare a diviziunii indicate pe cadran: -Valoarea diviziunii corespunde cu lungimea diviziuniinumai în cazuri particulare. Caracteristici metrologice Raportul de amplificare K raportul dintre deplasarea liniară (unghiulară )a acului indicator şi variaţia mărimii de intrare care provoacă această deplasare sau raportul dintre diviziunea scării gradate (D) şi valoarea diviziunii pe aceaşi scară gradată (V d ). K = D V d Sensibilitatea S raportul dintre variaţia mărimii de ieşire şi variaţia corespunzătoare a mărimii măsurate. X S = X e i Pragul de sensibilitate valoarea minimă a mărimii de intrare care provoacă deplasarea acului indicator, vizibil cu ochiul liber. La mjloacele de măsurare digitale se utilizează noţiunea de rezoluţie cea mai mică variaţie a mărimii de intrare ce poate fi înregistrată de dispozitivul de afişare al aparatului. Exactitatea instrumentală - calitatea mijlocului de măsurare de a da rezultate apropiate de valoarea adevărată a mărimii măsurate. Ea cuprinde: Justeţea concordanţa dintre valoarea medie obţinută la un număr mare de măsurători repetate şi valoarea adevărată. Fidelitatea - concordanţa dintre mai multe rezultate independente ale unei măsurători, obţinute în condiţii prescrise. Clasa de precizie (exactitate) - un număr care reprezintă cât la sută din domeniul de măsurare al aparatului reprezintă eroarea maximă. Indicele de clasă (c)- un număr marcat pe cadranul aparatului ce indică clasa de precizie. 3

4 c = ± ε max L L max min 100% Metode de măsurare Principiul de măsurare este baza ştiinţifică a realizării unei măsurări. Cuvântul metoda provine din grecescul methodos = mijloc, cale şi reprezintă un sistem de reguli sau principii de cunoaştere şi de transformare a realităţii obiective. Metoda de măsurare este totalitatea relaţiilor teoretice şi operaţiilor practice necesare efectuării măsurării pe baza unui principiu dat. Metode de măsurare clasificare Criteriul exactităţii DE LABORATOR- se execută în laborator, având precizie ridicată Valoarea efectivă se determină ca medie aritmetică a mai multor măsurători. Exemple: măsurarea şi certificarea pieselor etalon cu microscopul universal. INDUSTRIALE (TEHNICE)-se aplică în producţie folosindu-se aparate mai puţin sensibile dar robuste Rezultatul măsurării se consideră valoare efectivă, eroarea de măsurare fiind suficient de mică. Exemple: măsurarea în atelierele de producţie cu şublerul, micrometrul, etc. Criteriul de prezentare a rezultatelor măsurării Analogice în care valoarea mărimii de măsurat este dată de acul indicator al aparatului; variaţia mărimii de măsurat şi valorile măsurate sunt continue. Exemplu: măsurarea timpului cu ceasornicul Digitale în care mărimea respectivă se măsoară numai la anumite intervale de timp, iar valoarea ei, indicată de aparatul de măsură sub formă de cifre, urmăreşte discontnuu variaţia mărimii de măsurat. Exemplu: măsurarea masei cu cântarul electronic Criteriul de obţinere a valorii măsurate Directe- metode în care se obţine nemijlocit valoarea măsurată, utilizându-se un singur mijloc de măsurare 4

5 Exemplu: - măsurarea lungimii cu o riglă sau cu un şubler; -măsurarea presiunii cu un manometru; -măsurarea intensităţii curentului cu ampermetrul; -măsurarea temperaturii cu termometrul; - măsurarea energiei electrice cu contorul. Indirecte- metode în care rezultatul se obţine prin calcul, utilizând date furnizate de alte măsurări Exemplu: - măsurarea volumului cu o riglă; - măsurarea densităţii, - măsurarea unui cuplu de forţe; - măsurarea cantităţii de căldură -măsurarea rezistenţei electrice cu ampermetrul şi voltmetrul; De comparaţie a.simultană - directă: mărimea de măsurat este comparată cu o mărime de referinţă în mod nemijlocit - indirectă: mărimea de măsurat este comparată cu cea de referinţă prin intermediul unui mijloc de comparaţie b.succesivă - comparaţia se face între două mărimi care iau naştere în interiorul lanţului de măsurare, în general de altă natură decăt mărimea de măsurat Exemplu: - măsurarea masei cu balanţa cu braţe egale sau inegale; - măsurarea impedanţelor cu puntea de măsurare; - măsurarea tensiunii electrice cu un compensator; - măsurarea lungimilor cu cale. Exemple de metode de măsurare 5

6 Criteriul de poziţionare a mijlocului de măsurat faţă de mărimea de măsurat Cu contact - Suprafeţele de măsurare ale aparatului vin în contact direct cu suprafaţa piesei; Exemplu: măsurarea cu şublerul, cu micrometrul, cu aparate cu palpator etc. Fără contact Mijlocul de măsurare nu este prevăzut cu sistem de palpare, transmitere şi amplificare; Exemplu: măsurarea şi verificarea cu proiectorul de profile, cu microscopul de atelier. Criteriul de evaluare a mărimii Absolută-valoarea totală a mărimii de măsurat; Ex. Măsurarea temperaturii cu termometrul Relativă-se stabileşte diferenţa dintre mărimea măsurată şi altă mărime luată ca referinţă; Ex. Verificarea unei lungimi cu comparatorul cu cadran Erori de măsurare Eroarea de măsurare ( ε ) este diferenţa dintre valoarea măsurată (X m ) indicată de 6

7 mijlocul de măsurare şi valoarea reală ( X,adevărată) a mărimii respective : ε = X m - X Factorii care pot constitui surse de erori: Mijlocul de măsurare poate introduce erori prin imperfecţiuni constructive; Exemplu: lipsa de egalitate a braţelor la o balanţă cubraţe inegale sau uzura elementelor componente. Mediul exterior poate influenţa rezultatul operaţiei de măsurare prin temperatură, vibraţii, presiune, iluminarea locului unde se desfăşoară activitatea de măsurare; Factorul uman poate introduce erori care ţin de atenţia cu care lucrează, de acuitatea vizuală, de viteza de reacţie în interpretarea rezultatelor, de experienţa în domeniu. Exactitatea măsurării este gradul de concordanţă între rezultatul măsurării şi valoarea adevărată a mărimii. Componentele erorilor de măsurare Eroarea de indicaţie (ε i ) a mijlocului de măsurare, care depinde de: poziţia observatorului faţă de scara gradată şi acul indicator, jocul dintre elementele mobile şi cele fixe ale mijlocului de măsurare, condiţiile de lucru (temperatură, luminozitate, ritm de citire etc.); Eroarea de regalare (ε r ) a mijlocului de măsurare depinde de eroarea piesei etalon sau a calelor plan-paralele după care se face reglarea la zero a mijlocului; Eroarea datorită forţei de măsurare (ε fm ) care depinde de mărimea forţei de măsurare, de forma şi starea suprafeţelor de contact; Eroarea datorită temperaturii (ε t ) care depinde de temperatura şi coeficienţii de dilatare liniară a obiectului şi mijlocului de măsură Valorile măsurandului Tipuri de erori după modul de exprimare 7

8 Eroarea absolută diferenţa dintre indicaţia unui mijloc de măsurare X mas şi valoarea adevărată X a mărimii măsurate: ΔX = X mas X Se exprimă în aceleaşi unităţi de măsură ca şi mărimea măsurată şi poate fi pozitivă sau negativă. Eroarea absolută cu semn schimbat se numeşte corecţie C C = - ΔX Pentru a obţine valoarea mărimii, corecţia se adaugă la rezultatul măsurării. X = X mas + C Eroarea relativă raportul dintre eroarea absolută ΔX şi valoarea adevărată X Este adimensională (cu cât este vai mică cu atât exactitatea măsurării este mai bună). Clasificarea erorilor, funcţie de cauzele apariţiei şi modul de manifestare Clasificarea erorilor Erori sistematice - apar de fiecare dată la fiecare măsurare individuală în condiţii identice având valoare determinată, fie constantă, fie variabilă. Ele cuprind erorile conrolabile ale mijloacelor de măsurare, dar şi pe cele care depind de influenţa mediului înconjurător. Exemplu: eroarea datorată temperaturii, ce se poate calcula funcţie de coeficienţii de dilatare cel al mijlocului de măsurare şi cel al piesei. a. Erori sistematice constante care-şi păstrează neschimbate mărimea şi semnul în timpul măsurării. b. Erori sistematice variabile care cresc sau se micşorează continuu în timpul măsurării. 8

9 Erorile sistematice se mai numesc şi de justeţe (gradul de abatere a unui mijloc de măsurare faţă de etalon). Pentru calculul acestor erori este necesară o singură măsurătoare. La aparatele analogice, eroarea care apare la măsurare provine din eroarea instrumentală (datorită construcţiei aparatului), din eroarea produsă de mărimile de influenţă şi din eroarea de citire (datorată operatorului). Eroarea absolută tolerată maximă: ( X ) max - unde c indicele clasei de exactitate c X = ± 100 max - X max limita superioră a intervalului de măsurare Eroarea relativă tolerată maximă: X X max c X = ± X max (%) Reguli generale pentru efectuarea şi exprimarea măsurătorilor. Instrumentele şi aparatele de măsură se caracterizează prin capacitate (sau domeniu) şi prin precizie. capacitatea (domeniul) de măsură exprimă valoarea maximă a mărimii ce poate fi măsurată printr-o singură aplicare Exemplu: cu o riglă de 0,50 m, se pot măsura lungimi de până la 50 cm; lungimi mai mari pot fi măsurate prin aplicarea de mai multe ori a riglei; precizia exprimă valoarea minimă a variaţiei mărimii ce poate fi determinată şi se identifică, de regulă, prin mărimea minimă marcată pe scala instrumentului Exemplu: o riglă gradată în milimetri va avea precizia de 10-3 m Capacitatea şi precizia unui aparat de măsură sunt în corelaţie, astfel o capacitate mai 9

10 mică permite o precizie mai bună, întrucât sistemul constructiv al aparatului poate fi mai sensibil şi să sesizeze variaţii mai mici ale mărimii. Pentru precizia măsurătorilor şi protecţia instrumentelor şi aparatelor de măsură, se impun următoarele reguli: instrumentul / aparatul de măsură trebuie pregătit, după caz, prin calare, echilibrare, etalonare; se vor asigura condiţiile de mediu (temperatură, umiditate) necesare şi se va aclimatiza aparatul înaintea efectuării măsurătorii; nu se va manevra aparatul prin atingerea / acţionarea indicatorului, întrucât deformarea acestuia conduce la defectarea aparatului; se va alege aparatul cu capacitatea de măsură corespunzătoare, întrucât: supraîncărcarea conduce la deteriorarea sistemului constructiv al aparatului; capacitatea mult prea mare implică precizie redusă; capacitatea mai mică impune efectuarea măsurătorii în mai multe etape, cu apariţia repetată a erorilor de măsurare. Mărimile se exprimă, de regulă, în unităţile de măsură din sistemul internaţional (S.I:), conform Anexei 1.1. Exprimarea în multiplii sau submultiplii unităţilor de măsură este admisă pentru evitarea calculelor cu valori mari sau cu multe zecimale. În cazurile în care instrumentele / aparatele de măsură (mai vechi) sunt etalonate în unităţi din alte sisteme de unităţi, este necesară transformarea unităţilor de măsură în unităţile S.I., pe baza corelaţiilor între acestea. În toate cazurile, este obligatorie exprimarea caracteristicilor tehnice determinate în unităţile de măsură prevăzute de normele tehnice specifice. Mărimi fizice şi unităţi de măsură utilizate în tehnică Definirea unităţilor de măsură fundamentale Metrul (m)- lungimea drumului parcurs de lumină în vid, în timpul de 1/ s. Kilogramul (kg)- masa etalonului internaţional execurtat din aliaj 90% Platină şi 10% Iridiu. Secunda (s)- durata a perioade de radiaţie corespunzătoare tranzaţiei între cele două niveluri hiperfine ale stării fundamentale a atomului de Cesiu

11 Amperul (A)- intensitatea unui curent constant care, menţinut între două conductoare paralele, rectilinii, cu lungimea infinită şi cu secţiunea circulară neglijabilă, aşezate în vid la distanţa de 1 m unul de altul, produce între aceste conductoare o forţă de 2*10 7 N pe o lungime de 1 m. Kelvinul (K)- 1/273,15 din temperatura absolută de îngheţ a apei pure, la presiune atmosferică normală. Candela (cd)- intensitatea luminoasă a unei surse care emite o radiaţie monocromatică cu frecvenţa de 540*10 12 Hz şi a cărei intensitate energetică, pe o direcţie dată, este de 1/683 W/st. Molul (mol)- cantitatea de substanţă a unui sistem care conţine atâtea particule elementare câţi atomi de Carbon se află în 12 g de C12. Măsurarea dimensiunilor (lungimilor) Metodele de masurare sunt: -directe -indirecte Pentru masurarea lungimilor se folosesc metodele de masurare directe iar pentru verificarea dimensionala utilizam metode indirecte. Lungimea este o marime fundamentala a carei unitate de masura este metrul. Metrul este egal cu lungimea luminii in vid in timp de o fractiune de secunda egala cu 1/ [s]. Pentru uşurinţă, se pot folosi, numai pe durata determinărilor, subunităţile sale: centimetrul cm şi milimetrul mm. Rigla, metrul şi ruleta permit măsurători cu precizia de 10-3 m. metru rigla 11

12 ruleta Măsurarea se execută prin suprapunerea instrumentului pe dimensiunea ce trebuie măsurată, cu reperul 0 (zero) la limita din stânga, şi se citeşte marcajul, de pe instrument, care coincide cu limita din dreapta a dimensiunii. În cazul instrumentelor flexibile se va urmări ca acestea să fie bine întinse pe suprafaţa pe care se efectuează măsurarea. Şublerul este un instrument de masura si control de măsurare a lungimilor, cu vernier, folosit pentru măsurări directe de lungime şi pentru verificarea abaterilor dimensionale. pentru determinarea dimensiunilor liniare şi permite măsurări de dimensiuni cu precizia de măsurare 10-4 m. Se confectioneaza din otel carbon de calitate,se durifica prin calire si se finiseaza prin lepuire; 12

13 Domeniul de masurare: unde valorile 0,reprezinta limita superioara. Părţi componente: L-lungime măsurată 1-riglă 2-cursor 3-tijă de adâncime 4-cioc fix 5-cioc mobil 6-şurub de blocare Măsurarea se execută prin cuprinderea corpului între "fălcile" şublerului şi stabilirea dimensiunii.se citeşte pe scara gradată valoarea întreagă, iar zecimile şi sutimile se citesc pe vernier. 13

14 Se va observa primul reper de pe riglă aflat în continuarea unui reper de pe vernier şi aici se va realiza citirea. numărul milimetrilor întregi din dreptul reperului zero al vernierului; numărul reperului de pe vernier care coincide cu unul dintre reperii de pe rigla şublerului, ca zecimi de milimetru. Dimensiunile măsurate cu şublerul se exprimă în milimetri. Tipuri constructive Subler cu afisaj digital Subler de interior-exterior Subler cu cadran 14

15 Subler trasator Subler de adancime Micrometrul permite măsurări de dimensiuni cu precizia de 10-5 m. Micrometrul de exterior TIPURI DE MICROMETRE 15

16 Micrometrul de adâncime Măsurarea se execută prin cuprinderea corpului între reperii micrometrului şi stabilirea dimensiunii, prin însumarea următoarelor valori: reper fix proba reper mobil buton de acţionare DETALIUL A DETALIUL A l = ,5 + 0,33 + 0,003 =60,833 mm Fig. 1.1 Micrometru numărul milimetrilor întregi, marcaţi cu reperi înclinaţi, rămaşi descoperiţi de tambur; 0,5 mm, dacă între ultimul reper înclinat şi limita tamburului rămâne descoperit un reper vertical; numărul reperului de pe scala tamburului aflat în coincidenţă cu linia orizontală de pe scala micrometrului, ca sutimi de milimetru; aproximarea de miimi de milimetru, dacă linia orizontală de pe scala micrometrului este 16

17 cuprinsă între reperii de pe tambur. Dimensiunile măsurate cu micrometrul se exprimă în milimetri. Acţionarea micrometrului, pentru cuprinderea probei între reperi, se face numai din "butonul de acţionare"; în caz contrar, dacă se acţionează de tambur, va fi distrus şurubul micrometric de înaintare a reperului mobil. Microcomparatorul permite măsurarea unei dimensiuni, dar şi variaţia acesteia, cu precizia de 10-5 m. Microcomparatoarele cu cadran sunt aparate cu indicare analogică sau digitală şi au valoarea diviziunii de 0,01; 0,002 sau 0,001 mm. Fig microcomparator Părţi componente: 1. Palpator; 2. Tija palpatorului; 3. Braţ de fixare; 4. Ac indicator de ture; 5. Cadran pentru scara de ture; 6. Ac indicator de diviziuni; 7. Indicator de toleranţe; 8. Cadran pentru scară principală; 9. Dispozitiv de blocare a ramei mobile; 17

18 10. Carcasă; 11. Buton de ridicare al tijei palpatorului; 12. Rama mobilă solidară cu cadranul 8. Principiul de funcţionare are la bază transformarea mişcării rectilinii a tijei palpatorului 2 în mişcare de rotaţie a acului indicator 6 cu ajutorul angrenajului de roţi dinţate, care are şi rol de amplificare a mişcării; tija palpatorului 2 se continuă cu o cremalieră care angrenează o roată dinţată z 1 solidară cu acul indicator de ture 4 şi care angrenează roata z 2, apoi z 3 ; pe axul roţii z 3 este fixat acul indicator de diviziuni 6; roata dinţată z 4 şi arcul spiral 3 au rolul de a prelua jocul dintre flancurile roţii dinţate. Măsurarea sau verificarea cu comparatorul cu cadran Pentru măsurare şi verificare, comparatorul se fixează de braţul de fixare într-un suport; Înălţimea la care se fixează, faţă de suprafaţa de aşezare, se alege egală cu cea pe care urmează să o măsoare sau să o verifice, utilizându-se o cală sau un bloc de cale; 0,08 EXEMPLU: ,13 Se alege o cală cu lungimea nominală 50 mm ce se aşează pe suprfaţa de aşezare şi se deplasează comparatorul din suport până când vârful tijei palpatorului vine în contact cu suprafaţa calei, având grijă ca tija palpatorului să se găsească la jumătatea cursei (pentru o deplasare şi în jos). Rama mobilă solidară cu cadranul scării principale se roteşte pentru a aduce reperul O al scării în dreptul acul indicator de diviziuni; apoi ea se blochează cu dispozitivul de blocare. Se înlocuieşte cala cu piesa a cărei diviziune vrem să o verificăm sau să o măsurăm. 18

19 Citirea comparatorului cu cadran Se citeşte pe scara gradată a cadranului de ture nr. întreg de mm, iar zecimile şi sutimile se citesc pe scara principală a cadranului şi se adună la valoarea de 50 (valoarea de reglare); Se deplasează indicatorul de toleranţă în dreapta reperului O de pe scara principală, în dreptul diviziunii care indică 0,08mm, iar al doilea indicator de toleranţă se poziţionează în stânga reperului O în dreptul diviziunii de 0,13mm; Se consideră valoare + când deplasarea acului indicator este în dreapta reperului O şi valoare când deplasarea acului indicator este în stânga reperului O; Dacă acul indicator este între indicatoarele de toleranţă, dimensiunea piesei este bună. 19

20 Tipuri de comparatoare Comparator mecanic 20

21 Comparator de interior Comparator digital Aparatul transformă mişcarea de translaţie a "tijei palpator", printr-un sistem de roţi dinţate, în mişcarea unghiulară a acelor indicator (ca la un ceas). Pentru determinarea dimensiunii, microcomparatorul se fixează într-un jug 21

22 1.3. Măsurarea volumelor VOLUMUL este domeniul mărginit de suprafeţe. Când volumul este ocupat de lichid se numeşte capacitate, care se măsoară în litrii. Relaţia dintre unitatea de măsură pentru volum şi unitatea de măsură pentru capacitate este: 1 l = 1, * 10-3 m 3 Unitatea de măsură în SI Alte unităţi de măsură Denumire Simbol Denumire Simbol Relaţie de echvalenţă kilolitru kl 10 3 l hectolitru hl 10 2 l decalitru multiplii dal 10 l litru l Metru cub m 3 decilitru dl 10-1 l centilitru cl 10-2 l mililitru submultiplii ml 10-3 l gallon gall 3,78*10-3 m 3 barrel (pentru petrol) 0,1589 m 3 22

23 Unitatea de măsură pentru volume este metrul cub (m 3 ), dar în tehnica de laborator volumele mici se exprimă, de regulă, în cm 3. Pentru măsurarea volumelor de lichide se folosesc instrumente din sticlă, cu volumul calibrat, sau cu scale continue de volum. Pentru efectuarea măsurătorilor, trebuie să fie respectate următoarele reguli: lichidul şi aparatul de măsurare trebuie să aibă temperatura de etalonare înscrisă pe aparat, pentru a se elimina erorile de dilataţii termice; citirea nivelului lichidului în aparat se va face perpendicular pe scală, în planul tangent la meniscul ce se formează la suprafaţa lichidului (fig. 1.6.e.) datorită fenomenului de liofilie sau de liofobie; aparatul trebuie să aibă poziţia verticală pentru asigurarea orizontalităţii meniscului. Cilindrii gradaţi (fig. 1.6.a.) şi pipetele gradate (fig. 1.6.b.) sunt folosite pentru dozări de lichide cu volume variabile, dar predeterminate; volumul se măsoară pe scală şi se transvazează în totalitate. Fig cilindru gradat Fig Pipetă 23

24 Pipetele cu bulă (fig. 1.6.c) şi baloanele cotate (fig. 1.6.d.) permit dozări numai la volumele pentru care sunt calibrate, prin umplerea acestora până la marcă. Fig Balon cotat Fig Pipetă cu bulă Biuretele (fig. 1.7.) permit dozarea continuă a lichidelor, până la necesitatea opririi. Reperul zero se află la partea superioară a biuretei, încât în momentul opririi (momentul producerii unui fenomen urmărit în vasul de transvazare), se citeşte volumul de lichid scurs din biuretă. Fig biureta 24

25 Pentru materiale granulare (pulverulente) volumul se măsoară cu ajutorul unor vase volumetrice (fig. 1.8.) cu formă cilindrică, uneori prismatică, confecţionate din tablă de oţel suficient de groasă pentru ca, prin rigiditate, să se păstreze forma vasului. Fig Vas volumetric Gulerul prelungitor ataşat vasului permite umplerea în exces, încât după îndepărtarea acestuia şi eliminarea excesului de material (prin radere cu o riglă metalică), întregul volum al vasului să fie corect umplut cu material. 25

26 1.4. Măsurarea maselor Masa, m, este marimea fizica scalara fundamentala in SI care masoara proprietatea materiei de a fi inerta si de a provoca un camp gravitational. Masa materialului reprezintă cantitatea de substanţă şi se exprimă în kilograme (kg). Pentru cantităţi mici şi când precizia de măsurare impusă este mare, masele se exprimă în grame (g). Instrumentele pentru determinarea masei compară forţele gravitaţionale ce se manifestă asupra cantităţii de material, respectiv asupra unor mase etalon (numite, impropriu, greutăţi). Operatia de masurare a masei se numeste cantarire iar mijloacele de masurare se numesc aparate de cantarit. Unitatea de masura pentru masa este unitatea de masura fundamentala in SI si poarta denumirea de kilogram, cu simbolul Kg. Multiplii si submultiplii kilogramului sunt: DENUMIREA VALOAREA SIMBOLUL tona 1000kg t quintal 100kg q decakilogram 10kg dakg kilogram 1kg=1000 g Kg hectogram 0,1 kg=100 g Hg decagram 0,01 kg=10 g dag gram 0,001 kg=1 g g decigram 0,0001 kg=0,1 g dg centigram 0,00001 kg= 0,01g cg miligram 0, kg=0,001g mg 26

27 Principiul de măsurare a maselor: Metoda indirectă Foloseşte formula din care se determină masa m = F/a. Asupra corpului se aplică o forţă cunoscută, se măsoară acceleraţia şi se calculează masa. Această metodă se foloseşte pentru aflarea masei particulelor atomice. Metoda indirectă Foloseşte metoda comparării masei unui corp cu unitatea de măsură pentru masă, prin cântărire cu ajutorul aparatelor de cântărit. Principiul de măsurare al aparatelor de cântărit se bazează pe compararea a două mase, dintre care una este cunoscută. La cântărirea cu balanţa compusă,unităţile de măsură sunt materialzate de corpuri metalice de diferite valori. Clasificarea mijloacelor de cântărit - instrumente cu mai multe pârghii (bascule), la care braţele pârghiilor sunt în general inegale. După modul de efectuare a cântăririlor: -manuale, la care toate operaţiile sunt realizate de un operator; După numărul de pârghii utilizate: - instrumente cu o pârghie (balanţe), cu braţe egale sau inegale; 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. 27

28 Aparate de cântărit Balanţa etalon Balanţa analitică Utilizare Transmiterea unităţii de masă şi verificarea greutăţilor de lucru. În laboratoare şi cercetare. Gama de măsurare 2-200g. Balanţa Bascula Balanţa tehnică Balanţa compusă Balanţa romană Bascula electronică Bascula romană Cântăriri de precizie mai scăzută în depozite, ateliere. Măsurarea unor mase cuprinse între 2 şi 20 kg. Cântărirea mărfurilor şi a persoanelor. Cântărirea mărfurilor cu mase mari. Cântărirea statică a mărfurilor. Aparate de cântărit automate Cântărirea materialelor granulate. Mijloace de cântărire mecanice 1.Balanţele etalon Se utilizează la transmiterea unităţii de masă şi verificare a maselor.sunt balanţe simple, de mare precuzie, cu mare sensibilitate la influenţa factorilor de mediu.pentru evitarea influenţei factorilor de mediu, sunt ţinute în incinte închise şi sunt acţionate de la distanţă, pein intermediul unei mâini mecanice. 28

29 2.Balanţele analitice Se utilizează în laboratoare, în activitatea didactică şi în cercetare. Sunt balanţe simple, cu sensibilitate şi precizie ridicată.domeniul de măsurare: g. Cântărirea se face prin echilibrarea masei de cântărit cu măsuri echivalente. Pentru mărirea preciziei de citire,unele balanţe sunt prevăzute cu o scară micrometrică. Oscilaţiile balanţei sunt echilibrate de amortizoare. Sunt influenţate de factorii de mediu, deaceea sunt închise în carcase şi greutăţile adiţionale sunt acţionate Fig Balanţe analitice 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; 10-greutăţi adiţionale;11-tambur de acţionare a greutăţilor; 12-paftale; 13-sistem cuţit-peniţă; 14-carcasă; 15-picior reglabil. 3.Balanţa tehnică Este tot o balanţă simplă, utilizată la cântăriri curente, cu precizie redusă; Se verifică la funcţionarea în gol şi la încărcare cu 10% şi 100% din sarcina maximă; Este incomodă la utilizări frecvente, deoarece talerele sunt plasate sub pârghie, ceea ce le face uneori de neutilizat. Fig Balanţe tehnice 1-suport; 2-pârghie; 3-coloană; 4-talere; 5- paftale; 6-vergele de legătură; 7- buton de acţionare a dispozitivului de izolare. 29

30 4.Balanţa compusă Are talerele aţezate deasupra pârghiilor şi trei puncte de încărcare, deci sprijinul se face pe trei cuţite;se utilizează cel mai des în activitatea de cântărire; Verificarea se face verificând indicaţiile în gol şi apoi în încărcare cu 10% şi 100%, din sarcina maximă, utilizând greutăţi etalon. Fig Balanta compusa 1-talere; 2-pârghie de cântărire cu braţe inegale; 3-cuţite duble de sarcină; 4-cuţite de legătură; 5-pârghire ajutătoare 5.Bascule zecimale Sunt instrumente de cântărit cu mai multe pârghii inegale, folosite la cântărirea maselor de ordinul sutelor de kg. Cântărirea se face la un raport egal cu 1/10, între greutăţile aşezate pe platan şi masa de cântărit.se construiesc pentru sarcini maxime de 50; 100; 200 şi 500 kg. Se verifică sensibilitatea (încărcare cu greutăţi egale cu eroarea tolerată), justeţea la sarcina maximă (cu sarcină maximă) şi comportarea la suprasarcină (cu sarcină cu 30% mai mare ca cea maximă). După 30 min. în suprasarcină se verifică perniţele. Fig Bascule zecimale 30

31 1-postament 2-platformă; 3-pârghie de sarcină; 4-pârghia principală; 5-platanul pentru greutăţi; 6-dispozitiv de echilibrare 6.Bascule romane Servesc la cântărirea unor mase mai mari de 500 kg, până la kg. 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, de-a lungul unor braţe cu diviziuni. 7.Bascule romane obişnuite Au acelaşi principiu de funcţionare ca toate basculele romane, diferind de acestea atât prin sarcina maximă (100, 200, 500, 1000, 2000 kg), cât şi din punct de vedere constructiv. Se fabrică în diferite variante, funcţie de destinaţie (pentru vite, cu pâlnie, forestiere, cu format masă, suspendate). Verificarea se face la suprasarcină, în gol şi la 10% din sarcina maximă. 1-postament; 2-platformă; 3-pârghie mare gradată; 4-pârghie mică gradată; 5- dispozitiv de echilibrare Fig Bascula romana 8.Balanţe semiautomate cu cântar Cântărirea se face automat, operatorul efectuînd numai încărcarea-descărcarea şi citrea. Sistemul de pârghii este asemănător cu cel al altor balanţe, cu deosebirea că are o rezistenţă mai mare. Dispozitivul de încărcare are rolul de a transforma mişcarea verticală a platanului în mişcare de rotaţie a acului indicator. Acest lucru este realizat cu ajutorul unor pârghii de ordinul I, cu două cuţite (unul de sprijin pentru pârghie şi unul de sarcină). 31

32 1-talere; 2-cadran; 3-ac indicator. Fig Balanţe semiautomate cu cântar 9.Mijloace de cântărire electromecanice Sunt mijloace de măsurare a masei care se caracterizează prin dimensiuni muci, construcţii robuste şi manipulare uşoară, având avantajul că afiţesză şi înregitrează rezultatele, precum şi că prelucrează aceste rezultate în unele situaţii. Fig Cîntar electromecanic 32

33 1.5..Măsurarea temperaturilor. Scări de temperatură Temperatura este o mărime fizică fundamentală în SI, care caracterizează gradul de agitaţie dezordonată a moleculelor unui corp. Unitatea de măsură pentru temperatura termodinamică este Kelvinul (fracţiunea de 1/273,16 din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei, în care cele trei stări de agregare se găsesc în echilibru). Gradul Celsius este o unitate de măsură tolerată, fiind a suta parte din intervalul de temperatură determinat de două repere: temperatura de topire a gheţii 0 0, şi temperatura de fierbere a apei 100 0, considerate la resiunea atmosferică normală. Gradul Fahrenheit, se utilizează în ţările anglo-saxon. Se notează F şi reprezintă a 180-a parte din intervalul de temperatură mărginit de temperatura de topire a gheţii, notată 32 şi temperatura de fierbere a apei, notată 212. Relaţiile de conversie: t c =(t F -32)x 5/9 şi respectiv t F =t c x9/5+32 unde: t c temperatura în grade C şi t F temperatura în grade F Scara de temperatură Reaumur împarte intervalul dintre temperatura de topire a gheţii, notată cu 0, şi temperatura de fierbere a apei, notată cu 80, în 80 de părţi egale. Temperatura este o mărime fizică fundamentală care indică gradul de încălzire a unui corp. Temperatura este o mărime ce se determină funcţie de o scară de referinţă. Scara de temperatură are valori numerice pentru fiecare temperatură Punctul triplu al apei se realizeaz introducând într-un vas în formă de U, apă de cea mai mare puritate şi se formează un strat de gheaţă cu ajutorul unui amestec răcitor. Când amestecul răcitor este înlocuit cu un termometru, stratul subţire de gheaţă începe să se topească. Atâta timp cât faza solidă, lichidă şi vaporii coexistă, sistemul este la punctul triplu. 33

34 Scări de temperatură Scara termodinamică (Kelvin), măsoară temperatura T în kelvin (K), definit ca unitatea fundamenală de temperatură în SI (1/237,15 din temperatura termodinamocă a punctului triplu al apei). Scara Celsius, măsoară temperatura în grade Celsius ( 0 C). Relaţia dintre temperatura termodinamică şi temperatura Celsius este: t=t-273,15 Scara Reaumur-este o scară convenţională de temperatură care se bazează pe intervalul de temperatură dintre punctul de topire al gheţii şi punctul de fierbere al apei, interval împărţit în 80 de părţi. Gradul Reaumur se notează 0 R şi este unitatea de măsură pentru măsurarea temperaturii pe scara Reaumur. 1 0 C=0,8 0 R Scara Fahrenheit-are la bază intervalul de temperatură dintre punctul de topire a gheţii (32) şi puntul de fierbere al apei (212). Gradul Fahrenheit 0 F, este unitatea de măsură pentru temperatură pe scara Fahrenheit. 1 0 C=1,8 0 F Corespondenţa temperaturilor pe diferite scări 34

35 Principiul de măsurare al temperaturilor Temperatura nu se măsoară în mod direct. Nu există etalon al unităţii de măsură pentru temperatură. Temperatura unui corp se măsoară prin comparare cu un corp termometric. Corpul de contact şi corpul termometric sunt puse în contact şi ajung după un anumit interval de timp la echilibru termic. Mijloace pentru măsurarea temperaturilor Clasificarea aparatelor pentru măsurarea temperaturii se face după: temperatura măsurată - Termometrele- măsoară temeraturi mai mici de C tipul constructiv - Pirometrele- măsoară temperaturi înalte de până la C Termometrele pot fi: cu dilataţie 1.cu lichid 2.mecanice manometrice 1.cu lichid 2. cu vapori 3. cu gaz cu rezistenţă electric 1.din metal 2. din mmaterial semiconductor Fig Clasificarea pirometrelor 35

36 Termometre cu lichid Principiul de funcţionare Acest termometru măsoară temperatura pe principiul dilatării unui lichid termometric (mercur, alcool, toluen), ca urmare a încălzirii acestuia prin contact cu corpul de contact. Construcţia termometrului Este format dintr-un capilar 1 din sticlă, cu un rezervor, umplut cu lichid termometric. Deasupra coloanei de lichid este vid, iar tubul este închis etanş. Tubul capilar este montat pe o placă 2, cu o scară gradată. Citirea termometrului Valoarea temperaturii măsurate se citeşte direct pe scara gradată în dreptul reperului până unde a urcat lichidul termometric. Fig Termometru cu lichid Părţi componente: 1-tub capilar; 2-placă; 3-tub de sticlă. Termometrele cu Hg şi vid măsoară temperaturi în intervalul C. La folosirea termometrelor este obligatorie menţinerea rezervorului în mediul pentru care se face măsurarea temperaturii, deoarece capilara termometrului nu prezintă gâtuire pentru menţinerea coloanei de mercur sau de alcool la valoarea maximă înregistrată (ca la termometrele medicale). 36

37 TERMOMETRE METALICE Termometrul metalic cu tijă Principiul de funcţionare Se bazează pe dilatarea unor corpuri solide, metalice cu coeficient de dilatare mare. Construcţia termometrului Conţine un tub 1 închis la un capăt, executat din Cu, Al, alamă sau oţel. În acest tub se află o tijă 2 dintr-un material cu coeficient de dilatare foarte mic (porţelan, cuarţ). Tija 2 este în contact cu tubul 1 datorită pârghiei 3 şi a arcului elicoidal 4. Fig Termometru metalic cu tijă Funcţionarea termometrului Tubul 1 introdus în mediul al cărei teperaturi o va măsura îşi modifică lungimea prin dilatare sau contracţie. Asta face ca tija 2 să se deplaseze şi să antreneze într-o mişcare de rotaţie pârghia 3 şi acul indicator 5. Citirea se face în grade Celsius direct pe cadran în dreptul acului indicator. Termometrul bimetalic Principiul de funcţionare Se bazează pe principiul dilatării diferite a două metale ce compun elementul stabil al termometrului. 37

38 Construcţia termometrului Termometrul are un element sensibil format din două lamele metalice îndoite şi lipite. Prima lamelă din oţel aliat cu Ni şi Cu, are coeficient de dilatare foarte mare, iar cea de a doua, din invar are coeficient de dilatare foarte mic. Fig Termometru bimetalic Părţi componente: 1-bimetal;2-tijă;3-pârghie;4-ac indicator. Funcţionarea termometrului În funcţie de temperatura de măsurat, elementul bimetalic 1 îşi modifică curbura. Această modificare se transmite acului indicator 4 prin intermediul tijei 2 şi pârghiei 3. Acul indicator se roteşte pe un cadran gradat şi măsoară temperatura în unităţi de temperatură. Termometre manometrice Principiul de funcţionare Transformă temperatura ce trebuie determinată în presiune. Construcţia termometrului Este alcătuit dintr-o capsulă metalică 1 (aflată în mediul al cărei temperaturi vrem să o aflăm),un tub capilar flexibil 2 (cu lungime variabilă) şi un mecanism de transmitere şi amplificare, format dintr-un tub cu pereţi subţiri 3, un sector dinţat 4, pinionul 5 şi acul indicator 6. 38

39 Fig Termometru manometric Funcţionarea termometrului Lichidul (Hg, alcool, xilen, hexal), vaporii saturaţi (etan, propan, toluen) sau gazul (azot, dioxid de C)umplu capsula 1, tubul capilar 2 şi elementul elastic 3. Capsula 1 se introduce în mediul de controlat. Datorită variaţiei de temperatură se va modifica presiunea fluidului, ceea ce duce la deformarea tubului cu pereţi subţiri 3. Deformarea este transmisă şi amplificată de angrenajul sector dinţat 4 şi pinion 5. Concomitent se roteşte acul indicator 6 pe o scară gradată, pe care se va citi drect temperatura în grade Celsius Măsurarea forţelor. Forţa mărime vectorială, ce măsoară acţiunea unuia sau mai multor sisteme fizice asupra unui corp, prin schimbarea stării de mişcare a acestuia faţă de un sistem de referinţă dat. F = m x a (N). unde: m=masa; a=acceleraţia. Greutatea corpului (forţa de atracţie gravitaţională), este exercitată asupra fiecărui corp fizic de către pământ. G=m x g; unde: g=acceleraţia gravitaţională (9,806 m/s 2 ). Acceleraţia gravitaţională variază pe glob, funcţie de latitudine şi altitudine conform 39

40 tabelului. Punct de Latitudine Altitudine g observaţie nordică m m*s -1 Canalul Panama ,78243 Bermude ,79806 Denver ,79609 Punctul standard 9,80665 Groenlanda ,82534 Unităţi de măsură În SI forţa este o mărime derivată cu unitatea de măsurăn. Newtonul este forţa care imprimă masei de 1 kg o acceleraţie de 1m/s 2. 2 [ F] = [ m] [ a] = kg m / s N SI SI SI = APARATE PENTRU MĂSURAREA FORŢEI Dinamometru cu element elastic Părţi componente: 1-element elastic; 2-dispozitiv de indicare; Fig dinamometru 40

41 3-dispozitiv de prindere; 4-scară gradată. Forţa F deformează elementul elastic 1 şi duce la deplasarea dispozitivului de indicare 2. Citirea dinamometrului: F se citeşte pe scara 4 în dreptulacului indicator al dispozitivului de indicare 2. Inelele dinamometrice permit determinarea forţelor pe baza măsurării, cu ajutorul microcomparatoarelor, a deformaţiei sub încărcare. Sunt executate din oţeluri speciale şi sunt etalonate, încât în funcţie de deformaţia înregistrată, se determină forţa corespunzătoare din graficul de etalonare. F inel microcomparator Fig Inel dinamometric Dinamometru hidraulic Funcţionează pe principiul măsurării presiunii transmisă printr-un lichid de la un piston de suprafaţă cunoscută A asupra căreia acţionează o forţă de măsurat F. Forţa se calcuează cu relaţia: F= P x A Unde: F=forţa de măsurat în N; p=presiunea lichidului în Pa, indicată de manometrul 5; A=aria secţiunii transversalea pistonului 2 în m 2. 41

42 Părţi componente: 1-cilindru; 2-piston; 3-rezervor de ulei; 4-conductă de presiune; 5-manometru Fig Dinamometru hidraulic În laborator, probele de materiale sunt încercate la prese. Presele hidraulice funcţionează pe baza principiului Pascal, ca multiplicator de forţă (fig ). Conform acestui principiu, într-un sistem de vase comunicante, cu secţiunile S 1 şi S 2 mult diferite (S 1 <<< S 2 ), acoperite cu pistoane etanşe, dacă se acţionează cu o forţă F 1 asupra pistonului cu secţiunea mică (S 1 ), în lichidul din sistem se va crea o presiune p care se transmite pe suprafaţa pistonului cu secţiunea mare (S 2 ). Forţa totală F 2 pe care o exercită lichidul asupra pistonului S 2 va fi: F S F = = p S2 = S2 F1 S1 S1 S2 F2 pistoan e S1 manometru F1 p p Fig Principiul Pascal 42

43 F D platan fix proba cadran platan mobil d F manometr platan mobil pupitru de comandă platan fix şurub deplasare greutate G Fig Presă hidraulică Fig Principiul preselor mecanice Cu cât raportul celor două secţiuni va fi mai mare, cu atât raportul de multiplicare a forţei va fi mai mare. Forţa F 2 poate fi citită la manometrul ataşat care este etalonat în unităţi de forţă. În structura unei prese hidraulice, pistonul cu secţiune mică este înlocuit de o pompă hidraulică, iar pistonul cu secţiune mare constituie platanul mobil al presei. Aşezând o probă pe platanul mobil şi împiedicând deplasarea acesteia cu un platan fix, forţa F 2 se va transmite probei. Presele mecanice funcţionează pe principiul basculelor (fig ). Deplasarea, de către şurub, a platanului fix şi, implicit, a probei către platanul mobil face ca, printr-un sistem mecanic de palpare, pendului cu greutatea G să fie rotit. Creşterea unghiului de rotire a pendulului face ca cuplul G x D să crească, crescând, implicit, forţa F din cuplul F x d. Cadranul presei este scalat în unităţi de forţă, corespunzător unghiului de rotire a pendulului şi greutăţii G ataşată. 43

44 Sisteme cu pârghii, permit încercări pe probe relativ mici, la încărcări de mai mică intensitate. multiplicări ale forţei aplicate. buncăr cu alice sistem de pârghii proba F/2 F G recipient Fig Aparat Fruhling-Michaelis Aparatul Fruhling-Michaelis, compus dintr-un sistem de pârghii ce poate multiplica de 10 ori sau de 50 de ori, forţa G ce se aplică prin încărcarea recipientului prin scurgerea unor alice din plumb aflate în buncărul aparatului. În momentul ruperii probei, scurgerea alicelor se opreşte, forţa G se determină prin cântărirea recipientului şi aplicarea relaţiei de transformare din masă în forţă: G = k m g [N] în care: k este raportul de multiplicare al sistemului de pârghii; m este masa recipientului cu alice (kg); g este acceleraţia gravitaţională (10 m/s 2 ) 44

45 Unele instrumente, aparate şi utilaje de laborator, mai vechi, pot fi etalonate în alte unităţi de forţă - kilogram-forţă (kgf), tone-forţă (tf) -, pentru transformare luându-se în considerare echivalenţa: 1 kgf = 1 dan = 10 N 1.7APARATE PENTRU MĂSURAREA TIMPULUI Unitatea de măsură pentru timp în SI este secunda (s). Submultiplii secundei sunt: milsecunda (ms) şi microsecunda (ms). Multiplii secundei sunt: minutul (min), ora (h), ziua, anul, secolul şi mileniul. Secunda este durata egală cu perioade ale radiaţiei care corespunde tranziţiei între două nivele energetice hiperfine ale stării fundamentale a atomului de Cs. Măsurarea timpului se face cu ceasuri mecanice, electromecanice şi electronice. Tipuri de ceasuri 1. Ceasurile mecanice În construcţia lor se folosesc traductoare de timp (regulatoare) de tip oscilatoriu.cel mai folosit este traductorul de tip ancoră-roată ancorată. 1-sistemul oscilatoriu (mecanism regulator); 2-arcul motor, care înmagazinează energia mecanică; 3-transmisia mecanică cu roţi dinţate; 4-subansamblul de vizualizare (cadranul). Fig Traductor ancoră 45

46 2.Ceasul electromagnetic Are în componenţă un electromagnet acţionat de o baterie, care înlocuieşte arcul principal al ceasului mecanic. Indicarea timpului poate fi analogică sau digitală. Energia bateriei este suficientă pentru funcţionarea continuă timp de 1-2 ani. 3.Cronometrul manual Fig Cronometru manual Cronometrul manual înregistrează minute, secunde şi zecimi de secunde. Pornirea, oprirea şi aducerea la 0 a acului indicator se realizează prin apăsarea butonului 1.Timpul înregistrat în minute se citeşte pe scara 5 în dreptul valorii indicate de acul 2. Secundele şi zecimile de secundă se citesc pe scara 4 în dreptul indicaţiei acului 3. Alte aparate folosite la măsurarea unor intervale de timp a.cronoscoapele-măsoară intervale de timp foarte mici care separă două impulsuri electrice b.ortografele-permit datarea momentului în care se încheie un contact sau când începe un impuls electric. c.milisecundometrele- măsoară intervalele de timp dintre impulsu rile unor semnale periodice şi intervale de timp de foarte scurtă durată. d.metronoamele-inregistrează intervalele în domeniul muzicii (figura). e.aparatele înregistratoare-înregistrează mărimea unui interval de timp sau variaţia unei mărimi în funcţie de timp. 46

47 1.8.APARATE PENTRU MĂSURAREA PRESIUNILOR Presiunea este o mărime fizică egală cu raportul dintre forţa şi aria suprafeţei pe care aceasta se exercită. P=F/A unde: F forţa care se exercit perpendicular pe suprafaţă, măsurată în N; A aria măsurată în m 2. Se cunosc următoarele presiuni: Presiunea atmosferică sau barometrică, care se simbolizează p b şi care este presiunea exercitată de atmosferă. Suprapresiunea p s care este o presiune mai mare ca presiunea atmosferică. Depresiunea p d care este o presiune mai mică ca presiunea atmosferică. Unităţi de măsură În Sistemul Internaţional de Unităţi de Măsură, presiunea (mărime derivată) se măsoară în pascali, simbolizaţi Pa. [ p] [ F] [ S] N = m SI SI = = 2 SI Pa 47

48 Unitate de măsură în SI Denumire Simbol Denumire pascal Pa Alte unităţi de măsură kilogramforţă pe metru patrat Simbol kgf/m 2 Relaţie de echivalenţă 9,806 Pa bar bar 0,1 Pa atmosferă tehnică atmosferă fizică milimetri coloană de apă milimetri coloană de mercur (torr) at atm 9,8*10 4 Pa Pa mmh 2 O 9,806 Pa mmhg 133,322 Pa Mijloace pentru măsurarea presiunii Mijloace de măsurare a presiunii După valoarea presiunii Barometru Manometru Vaccumetru Manovaccumetru După principiul de funcţionare După modul de înregistrare Utilizare Măsurarea presiunii atmosferice Măsurarea suprapresiunilor Măsurarea depresiunilor Măsurarea depresiunilor şi suprapresiunilor Aparat cu lichid Aparat cu element elastic Aparat cu piston şi greutăţi Aparat electric Aparat cu radiaţii radioactive Aparat indicator Aparat înregistrator Aparat analogic Măsurarea pierderilor de presiune Măsurarea depresiunilor şi suprapresiunilor Etaloane Măsurarea presiunilor de lucru Toate tipurile de presiuni Presiunea atmosferică Toate tipurile de presiuni 48

49 Aparatele cu lichid Se bazează pe echilibrarea presiunii de măsurat cu ajutorul presiunii unei coloane de lichid manometrice (apă, mercur, alcool, glicerină sau derivate ale acestuia). Aparatul de măsurat presiunea cu tub U Părţi componente: 1-tub de sticlă în U; 2-scară gradată în mm; 3-lichid; 4-suport. Fig Aparat cu tub U Presiunea p a fiind mai mare ca presiunea p b lichidul coboară în braţul din dreapta şi se ridică înbraţul din stânga.pentru echilibru se scrie relaţia: p a =p b +gh unde: p a presiunea absolută a lichidului exprimată în Pa care se calculează; p b presiunea atmosferică sau barometrică în Pa, cunoscută; g-greutatea specifică a lichiduluidin tubul U în N/m 3 ; h- diferenţa de nivel a lichidului înm, citită pe scara gradată a aparatului. Aparate cu element elastic Principiul de funcţionare Aceste aparate conţin un element elastic care se deformează proporţional cu valoarea presiunii de măsurat. Măsurând deformaţia elastică a tubului manometric, care se transformă în rotirea unui ac indicator, se 49

50 determină valoarea presiunii. Aparatul cu tub simplu curbat tip BOURDON Părţi componente: 1-cep racord; 2-tub elastic; 3-bridă; 4-pârghie; 5-sector dinţat; 6-pinion; 7-ac indicator; 8-scară gradată; 9-arc spiral. Fig Aparat tip BOURDON Elementul de măsurare este tubul cu pereţi subţiri 2, confecţionat din alamă, bronz sau oţel, curbat sub formă de arc de Fluidul pătrunde în tubul manometric şi îl deformează proporţional cu valoarea presiunii(la suprapresiune-creşte şi la depresiune-scade). Capătul liber al tubului modifică poziţia pârghiei4, care acţionează asupra sectorului dinţat 5 şi apinionului 6. Cu pinionul se roreşte şi acul indicator 7 pe cadranul 8. Arcul spiral 9 are rolul de a aduceacul indicator în poziţia iniţială după măsurare. Citirea manometrului o o se determină valoarea unei diviziuni pe cadranul aparatului prin împărţirea domeniului de măsurare la numărul de diviziuni; valoarea citită în dreptul acului indicator se determimă înmulţind numărul de diviziuni cu valoarea unei diviziuni. 50

51 MĂSURAREA PRESIUNII ATMOSFERICE Presiunea atmosferică este forţa cu care aerul apasă pe unitatea de suprafaţă. se datorează efectului gravitaţional al pământului; variază funcţie de temperatură şi altitudine (este mai mare la nivelul mării); are ca unitate de măsură milibarul; presiunea medie a atmosferei este de 1013 mbar; mijlocul de măsurare a presiunii atmosferice este barometrul. Barometrul cu mercur Este alcătuit dintr-un tub de sticlă aşezat deasupra unui vas deschis cu Hg. Datorită presiunii exercitate de aer, Hg urcă în tub la o înălţime proporţională cu presiunea, iar nivelul Hg se citeşte pe o scară gradată. Datorită faptului că este greu de manevrat şi că Hg este toxic, se foloseşte numai la etalonarea altor tipuride barometre. Barometrul aneroid Este alcătuit dintr-o capsulă metalică vidată şi etanşă. Cresterea presiunii duce la turtirea capsulei iar scăderea presiunii la bombarea acesteia. Deformaţiile capsulei determină deplasarea unui ac indicator pe cadranul gradat. Fig Barometru aneroid 51

52 1.9.APARATE PENTRU MĂSURAREA VÎSCOZITĂŢI Viscozitatea- este proprietatea fluidelor de a opune rezistenţă la curgere, ca rezultat a interacţiunii mecanice dintre particulele constituente. la o deplasare paralelă a fluidului, curgerea se numeşte laminară. dacă particulele de fluid trec dintr-un strat în altul, curgerea este turbulentă. Vâscozitatea poate fi: dinamică, cinematică sau convenţională. a.vâscozitatea dinamică - se determina cu viscozimetrul HÖPPLER Vâscozitatea dinamică (η) se măsoară în regim de curgere laminară în Pa x s în SI. Se mai poate folosi unitatea numită centipoise (cp): 1cP=1 x 10-3 Pa x s. Unitatea de masura este poise (simbol P) Se determină cu relaţia: η=df/sv [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.vâscozitatea cinematică (u) - se determina cu viscozimetre capilare Se determină cu relaţia: η ν = [ m ] 2 ρ s unde: η-vâscozitatea dinamică; r-densitatea fluidului. În SI, unitatea de vâscozitate cinematică este m 2 /s. În practică se foloseşte unitatea centistokes (cst):1cst= 10-6 mm 2 /s. c.vâscozitatea convenţională - se determina cu viscozimetre ENGLER Se determină prin măsurarea timpului de curgere a unui anumit volum de lichid, în condiţii stabilite convenţional. Vâscozitatea este influenţată de temperatură invers proporţional (la creşterea temperaturii, vâscozitatea scade). Mijloace pentru măsurarea vâscozităţii-vâscozimetre Clasificarea vâscozimetrelor 52

53 După principiul constructiv: - cu tub capilar; - cu corp căzător; - cu orificiu de scurgere; - cu corp rotitor. După mărimea măsurată: - pentru determinarea vâscozităţii cinematice; - pentru determinarea vâscozităţii convenţionale. După locul de utilizare: - de laborator (efectuează determnări discontinue, la temperatură constantă şi cu precizie ridicată); - automate (măsoară continuu vâscozitatea în procesele tehnologice. Vâscozimetrul Ubbelohde Măsoară direct vâscozitatea cinematicăa lichidelor. Se determină timpul descurgere a unui volum determinat delichid printr-un tub capilar, datorită greutăţii proprii. 1-ramură cu rezervor; 2-ramură cu capilar şi bile; 3-tubul de legătură cu atmosfera; 4-capilarul; 5-bila de compensare; 6-bila demăsurare; Fig Vâscozimetrul Ubbelohde 53

54 Vîscozimetru ENGLER Viscozitate cinematica. Unitatea de masura este stokes (symbol St) Este format dintr-un vas cilindric, din alama sau otel inoxidabil, prevazut cu un orificiu de scurgere calibrat. In interior are fixate 3 repere care indica nivelul pana la care se umple viscozimetrul cu produsul de analizat. Capacul are 2 orificii unul pentru termometru si altul pentru o tija de lemn care indeplineste functia de obturator al orificiului de scurgere. Vasul este sudat concentric cu interiorul altui vas metallic, care serveste ca thermostat.acest vas se umple cu apa sau ulei si poate fi incalzit electric sau cu ajutorul unui bec de gaz. Fig Vîscozimetru ENGLER 54

55 1.10.Masurarea acidităţii Termenul de valoare a ph-ului ne este familiara din reclame (paste de dinti, creme care echilibreaza ph-ul pielii etc.) Comportarea chimica a unui fluid este determinate de natura sa acida, neutra sau alcalina. Astfel, valoarea ph-ului reprezinta una dintre cele mai importante valori ce caracterizeaza un fluid. Determinarea ph-ului ocupa un loc important in numeroase domenii practice si stiintifice : in analiza chimica, in controlul si reglarea proceselor tehnologice,in studierea echilibrelor chimice etc. Scara ph-ului ph-ul Soluţii-acide Soluţii-neutre Soluţii-bazice Mijloace de determinare a ph-ului 1. hârtia indicatoare, care realizeaza o determinare a valorilor ph-ului; 2. ph-metre, care realizeaza o determinare precisa a valorilor ph-ului. Aceste aparate functioneazape baza diferentei de potential care apare intre doi electrozi metalici cufundati in solutia de analizat. Electrodul indicator este din sticlă, iar cel de referinţă din calomel. Diferenta de potential depinde de concentratia ionilor de hidrogen si de temperatura Metode de determinare a ph-ului unei soluţii Metoda potenţiometrică, este cea mai utilizată şi constă în variaţia potenţialului unui electrod în funcţie de concentraţia ionilor din soluţie. 55

56 Într-un vas 1 cu ph-ul necunoscut se scufundă electrodul din sticlă 2, iar în vasul 3 în care se află o soluţie cu ph-ul cunoscut se scufundă electrodul 4 din calomel. Între cele două vase este o legătură asigurată de tubul de sticlă 5 ce conţine o soluţie saturată de clorură de potasiu.între cei doi electrozi 2 şi 4 apare o diferenţă de potenţial ce determină apariţia unei tensiuni electromotoare ce seciteşte pe oscară gradată în mv şi unităţi deph Măsurarea debitului Debitul exprimă: cantitatea de fluid (lichid, vapor, gaz) care trece prin secţiunea unui conductor în unitatea de timp. cantitatea de material solid de diferite forme (graule, bulgări) transportat de o bandă rulantă în unitatea de timp. Tipuri de debite 1. Volumetric (debit de volum)f v -volumul de fluid ce trece printr-o secţiune în unitatea de timp. Unitatea de măsură: metrul cub pe secundă (m 3 /s) Submultiplii: l/s sau dm 3 /s 2. Masic (debit de masă)f m -masa de fluid ce trece printr-o secţiune în unitatea de timp. Unitatea de măsură: kilogramul pe secundă (kg/s) 3. Gravimetric (debit de greutate) F g -greutatea fluidului care trece printr-o secţiune în unitatea de timp. Unitatea de măsură: kilogramul-forţă pe secundă (kgf/s) Mijloace pentru măsurarea debitului Se bazează pe determinarea unor fenomene fizice ce se produc la curgerea unui fluid. Debitmetrele diferenţiale Măsoară diferenţa de presiune p 2 -p 1 produsă de un dispozitiv de strangulare introdus în conducta prin care circulă un fluid. p 1 =preaiunea fluidului la intrare înainte de strangulare; p 2 =presiunea fluidului la ieşire după dispozitivul de strangulare. Cele două presiuni se pot măsura. 56

57 Diafragma normalizată - se foloseşte pentru conducte cu D>50 m. Fig Diafragma normalizată Ajutajul normalizat se foloseşte pentru conducte cu diametrul D<200 mm, prin care circulă abur încălzit, abur cu presiune mare, lichide corozive. Fig Ajutaj normalizat Tubul Venturi se foloseşte când diametrul D al conductei este între 50 şi 500 mm. Fig Tubul Venturi 57

58 ANEXA