Masurare Si Controlul Marimilor Mecanice

Masurare Si Controlul Marimilor Mecanice

CUPRINS

1.ARGUMENT

2.CONTINUT PROPIUZIS.

2.1 Masurarea fortelor

2.2 Masurarea maselor

2.3 Masurarea presiunilor

2.4 Masurarea Marimilor cinematice

2.5 Masurarea Timpilor

3.BIBLIOGRAFIE

4.ANEXE.

Continutul propriuzis

2.1 Masurarea fortelor

Forta estte o marime fizica vectoriala ,care masoara actiunea unuia sau mai multor sisteme fizice asupra unui corp,prin schimbarea starii de miscare a acestuia fata de un sistem de referinta dat.

Cand impingem sau tragem un corp spunem ca exercitam o forta asupra lui,o locomaotiva exercita o forta asupra trenului pe care il trage,aerul comprimat exercita o forta asupra peretilor casului in care se afla.

Relatia de definitie a fortei ca marime fizica este:

F= ma

Unde: m= masa

a = acceleratia .

in viata voastra de toate zilele actioneaza forta de atractie gravitationala . Acesta forta este exercitata asupra fiecarui corp fizic de catre.

Pamant si poarta denumirea de greutatea corpului.

Relatia de definitie a greutatii este :

G = mg

Unde : m= masa,

g = acceleratia gravitationala ( g = 9,806 m/s²).

Acceleratia gravitationala variaza de la un punct la altul pe suprafata Pamantului in functie de latitudine si altitudine.

Unitati de masura

In sistemul international SI, forta este o marime derivata si unitatea ei de masura este newtonul ( simbolizat N ).

Newtonul este forta care imprima unei mase de 1 kilogram o acceleratie de 1 metru pe secunda la patrat.

Aparate pentru masurarea fortelor

Aparatul utilizat pentru masurarea fortei se numeste dinamometru.

a)      Dinamometru cu element elastic.

Dinamometre cu element elastic

Sub actiunea fortei Fse deformeaza elemental elastic 1 care se determina deplasarea dispozitivului de indicare.

b)      Dinamometre hidraulice

Dinamometru hidraulic

Functioneaza pe principiul masurarii presunii transmisa printr-un lichid de la un piston de suprafata cunoscuta A asupra caruia actioneaza forta de masura F.

Forta F se calculeaza cu relatia:

F= pA

Unde: F= forta de masurare in N

P= presiunea lichidului in Pa,indica de manometrul,

A= aria sectiuni transversale a pistonului 2 m².

2.2 Masurarea maselor

Masa reprezinta o marime fizica fundamentala care caracterizeaza cantitatea de materie din care este alcatuita un corp.

Unitati de masura pentru masa

In Sistemul International SI unitatea fundamentala pentru masa este kilogramul cu simbolul kg.

Etalonul unitatii de masa este prototipul international al kilogramului ,un cilindru din platina iradiata , pastrat la Biroul international de Masuri si Greutati de la sevres , Franta.

Principiul de masurare a maselor

a)      Masurarea masei folosind metoda indirecta in acest caz , se pleaca de la formula in care apare masa ( de exemplu formula fortei: F= ma )

Astfel ,masa poate fi exprimata ca fiind raportul dintre forta care actioneaza asupra unui corp si acceleratia lui:

m= F/a

Asupra corpului se aplica o forta cunoscuta ,se masoara acceleratia , masa necunoscuta rezultand din impartirea fortei la acceleratie.

Aceasta metoda este folosita in exclusivitate pentru masurarea maselor particulelor atomice.

b)      Masurarea maselor prin cantarit.

Principiul de masurare a aparatelor de cantarit se bazeaza pe comportarea a doua mase, dintre care una este cunoscuta.

Aparate de cantarit

Tipuri de aparate de cantarit sunt prezentate in table.

Unele aparate de cantarit sunt prezentate.

Citirea aparatelor de cantarit

La cantarirea unui corp se parcurg urmatoarele etape:

se aseaza corpul cu masa necunoscuta pe unul din talere;

se aseaza mase cunoscute pe celalalt taler,pana cand acul indicator ajunge la zero;

se afla masa necunoscute prin insumarea maselor cunoscute asezate pe cel de-al doilea taler.

2.3 Masurarea presiunilor

Forta care actioneaza perpendicular pe suprafata

1.Legea lui pascal studiata la fizica

2.Tensiunile studiate la disciplina ,, Elemente de mecanica aplicata''

Prin notiunea de presiune se intelege o marime fizica egala cu raportul dintre forta si aria suprafetei pe care aceasta se exercita.

Sunt cunoscute urmatoarele presiuni:

• Presiunea atmosferica sau barometrica , simbolizata Pb este presiunea exercitata de catre atmosfera.
• Suprapresiunea , simbolizata Ps, este presiunea mai mare decat presiunea atmosferica.
• Depresiunea , simbolizata Pd,este presiunea mai mica decat presiunea atmosferica.

Unitati de masura

In sistemul international SI, unitatea de masura a presiunii derivata din relatia de definitie este pascalul , simbolizata Pa.

Mijloacele pentru masurarea presiunii

Aparate cu lichid

Aceste aparate se bazeaza pe echilibrarea presiunii de masurat cu ajutorul presiunii unei coloane de lichid manometrice ( mercur ,apa, alcool , glicerina , petrol , sau derivate ale acestuia ).

Aparatul de masurat presiunea cu tub in U este prezentat.

Manometru cu tub in U

Presiunea Pa fiind mai mare ca presiunea Pb lichidului coboara in bratul din dreapta si se ridica in bratul din stanga.

La echilibru se scrie ecuatia:

Pa= Pb+yh,

Pa = presiunea absoluta a fluidului exprimata in Pa, care se va calcula ,

Pb = presiunea atmosferica sau barometrica , in Pa, cunoscuta ,

Y= greutatea specifica a lichidului din tubul U in N/m³,

h= diferenta de nivel a lichidului in m, citita pe scara gradata a aparatului.

Aparate cu element elastic

Principiu de functionare

Aceste aparate contin un element elastic care se deformeaza proportional cu valoare presiunii de masurat ; deci masurand deformatia elastica a tubului manometric , transformata in rotirea unui ac indicator, se determina , de fapt , valoare necunoscuta a presiunii de masurat.

Aparatul cu tub simplu curbat BOURDON

Elemental sensibil de masurare este un tub cu pereti subtiri 2,confectionat din alama , bronz fosforos sau otel , curbat sub forma unui arc de cerc cu deschidere unghiulara de 200.270º.

Insuruband cepul record 1la conducta prin care circula fluidul patrunde in tubul manometric 2 si il deformeaza proportional cu valoare presiunii de masurat ( la suprapresiunea sau depresiunea ,diametrul tubului creste sau se micsoreaza ).

Ca urmare capatul liber al tubului isi schimba pozitia initiala ,modificandu-se pozitia parghiei 4,care va actiona asupra sectorului dintat 5,rotindu-l si facandu-l sa angreneze cu pinionul 6.Odata cu pinionul 6 se va roti si acul indicator 7 in fata cadranului gradat 8.

Arcul spiral 9 are rolul de a adduce acul indicator in pozitia initiala dupa masurare.

Masurarea presiunii atmosferice

Forta cu care aerul atmosferic apasa pe unitatea de suprafata se numeste presiune atmosferica.

Ea se datoreaza efectul gravitational care atrage atmosfera catre Pamant .

Presiunea atmosferica variaza in functie de temperature si altitudine , fiind mai mare la nivelul marii .

Milibarul este unitatea de masura standard pentru presiunea atmosferica . Sa stabilit ca presiunea medie a atmosferei este de 1013 mbar.

Presiunea atmosferica se masoara cu barometrul .

Barometrul cu mercur

Barometru cu mercur

Barometrul cu mercur este alcatuit dintr-un tub de sticla asezat deasupra unui vas deschis care contine mercur .

Datorita presiuni exercitate de aer,mercurul va urca in tub pana la o inaltime proportionala cu presiunea .

Aceste barometre sunt insa fragile, greu de manipulate , iar mercurul este foarte toxic.

Se utilizeaza doar pentru operatii de etalonare a altor tipuri de barometre.

Barometrul aneroid - este alcatuit dintr-o capsula metalica ,vidata ,etansa.

Cresterea presiunii duce la turtirea capsulei ,iar scaderea presiunii determina bombarea acesteia .

Toate deformatiile capsulei determina bombarea acesteia . Toate deformatiile capsulei determina deplasarea unui ac indicator pe un cadran gradat.

Statiile meteorologice sunt dotate cu barografe

Instrumente care inregistreaza continuu variatiile presiunii atmosferice.

2.4 Msurarea marimilor cinematice

1. Elemente de cinematica

2. Caracteristicile marimilor vectoriale studiate la fizica

Masurarea vitezelor

Viteza poate fi:

liniara , caracterizeaza miscarea liniara ;

unghiulara , caracterizeaza miscarea de rotatie.

Viteza liniara

Viteza este o marime vectoriala care caracterizeaza miscarea unui punct in raport cu un sistem de referinta.

Unitati de masura

Relatia de definitie indica faptul ca viteza este o marime derivata care , in sistemul international,se masoara in sistemul international , se masoara in metri pe secunda:

[V]si=m/s

Unitatea de masura indica viteza unui punct in miscarea rectilinie si uniforma care parcurge un metru in fiecare secunda.

Masurarea vitezei liniare

Tub pitt

Tuburile pitt -sunt utilizate pentru masurarea vitezei apei.Tubul se scufunda in apa, cu deschiderea contra curentului de apa va produce o ridicare acesteia pana la un anumit nivel . Viteza de curgere a apei se determina cu formula:

V=C√H

Unde: v- viteza curentului de apa,

C-constanta tubului

H-inaltimea coloanei de apa din tub.

Anemometrele sunt utilizate pentru determinarea vitezei gazelor .

Pentru determinarea vitezei vantului ,in meteorologie se foloseste anemometrul cu cupe , format dintr-un sistem de cupe fixate in capatul unui ax vertical .

Sub influenta vantului , sistemul de cupe se roteste , miscarea se va transmite unui ac indicator printr-un sistem de roti dintate . Citirea vitezei se face direct pe cadranul aparutului.

Anemometrele digitale se utilizeaza pentru determinarea vitezei curentului de aer aparatele de aer conditionat .

Viteza unghiulara reprezinta unghiul corespunzator arcului de cerc parcurs in unitatea de timp de catre un mobil in miscarea circulara uniforma.

Unitati de masura

Unitatea de masura indica viteza unghiulara a unui punct in miscarea circulara uniforma a carei raza vectoare parcurge un unghi la centru de un radian in fiecare secunda.

Masurarea vitezei de deplasare a vehiculelor

Viteza de rotatie se masoara cu tahometre.

Tahometrele mecanice pot fi:

tahometre centrifugale ;

tahometre cu dispozitiv cronometric

viteza de deplasare a vehiculelor se masoara cu ajutorul aparatelor numite vitezometre , care se monteaza la bordul masinii.

Masurarea acceleratiilor

Acceleratia reprezinta variatia continua a vitezei unui corp in miscare in unitatea de timp:

a = Δv/Δt

unitatea de masura

[a] si= m/s²

Mijloacele pentru masurarea acceleratiilor sunt:

resistive

capacitive

inductive

Masurarea turatiilor

Turatia este o marime mecanica care indica numarul de rotatii efectuate in timp de catre un mobil aflat in miscare de rotatie uniforma.

Masurarea turatiei este necesara pentru verificarea modului de functionare a mptoarelor electrice ,motoarelor cu ardere interna , masinilor unelte etc.

Aparatul folosit pentru masurarea turatiei senumeste turometru

Turometrul centrifugal

Este unul dintre cele mai utilizate turometre mecanice , care masoara turatia unui arbore aflat in miscare de rotatie .

Aparatul are un ax 1 care va fi antrenat intr-o miscare de rotatie ,prin cuplarea capatului sau la arborele a carui turatie dorim sa o aflam

Sub actiunea fortei centrifuge,greutatile se departeaza de axul prin intermediul parghiilor , iar piesa culisanta se va deplasa pe ax .

Miscarea de deplasare a piesei va determina modificarea pozitiei parghiei care actiona asupra sectorului dintat ,ce angreneaza cu roata dintata .

Odata cu rotirea rotii dintate se roteste si acul indicator care va indica turatia arborelui .

Stroboscopul

Stroboscop

Metota stroboscopica serveste la obeservarea corpurilor aflate in miscare de rotatie cu un anumit caracter de periodicitate .

Stroboscul este o lampa electronica cu impulsuri luminoase cu frecventa reglabila (cu ajutorul generatorului de frecventa ) .

Pe arborele , caruia I se masoara turatia n se monteaza discul prevazut fie cu fante , fie cu marci lipite radial.

Discul este iluminat cu lampa si se regleaza frecventa impulsurilor pana cand ochiul observatorului vede sistemul in stare de repaus .

In acest moment , frecventa impulsurilor luminoase a devenit egala cu frecventa de rotatie a arborelui impreuna cu discul ,deci se poate citi turatia sau frecventa direct la generatorul de impulsuri .

Masurarea debitului

Notiunea de debit exprima:

Cantitatea de fluid ( lichide ,vapori sau gaze ) care trece prin sectiunea unei conducte in unitatea de timp;

Cantitatea de material solid de diferite forme ( granule ,bulgari ) transport de o banda rulanta in unitatea de timp.

Tipuri de debite

Clasificarea debitelor este prezentata in schema alaturata .

Mijloace pentru masurarea debitului

Mijloacele folosite pentru masurarea debitului se bazeaza pe determinarea unor fenomene fizice , deja studiate se produc la scurgerea unui fluid .

Debitmetre diferentiale

Aceste aparate masoara diferenta de presiune p1 si p2 sunt cunoscute , ele masurandu-se .

Pentru a crea diferenta de presiune necesara masurarii debitului , se utilizeaza :

Diafragma normalizata este folosita pentru conducte cu D>50m . Sunt cele mai utilizate datorita simplitatii constructive ,a costului scazut si a gabaritului redus .

Diafragma nominalizata

Ajutajul normalizat este folosit pentru conducte cu diametrul D< 200mm,prin care circula abur incalzit sau cu presiune mare,lichide corozive .

Ajutaj nominalizat   

Tubul venturi este utilizat atunci cand diametru conductei este D=50 - 500mm.

Tub venturi

Unul dintre cele mai utilizate debitmetre diferentiale este debitmetre diferntiale este debimetrul cu burduf .

Debitmetrul cu burduf

Constructia debimetrului

Acest aparat este alcatuit dintr-o carcasa 1,un ventil de suprasarcina 2, burduful 3,tija 4, supapa de suprapresiune 5,(negativa),supapa de suprapresiune 6 (pozitiva), arcul de compensare 7,acul indicator 8,axul 9,parghia 10,elementul de strangulare 12 si surubul 11 de reglaj al pozotiei zero

Debitmetrul cu burduf

Functionarea debitmetrului

Presiunile fluidului inaintea elementului de strangulare p1 si dupa elementul de strangulare p2 vor creea o diferenta de presiune p2-p1.

Proportional cu aceasta diferenta de presiune se va produce o deplasare axiala a burdufului 3.

Tija 4 preaia aceasta deplasare ,o transmite parghiei 11,care rotindu-se transmite miscarea axului 9 si acul indicator 8.

Arcul elicoidal 7 are rolul de a compensa actiunea diferentei de presiune exercitata asupra burdufului.

Contoare

Contoarele sunt debimetre utilizate pentru masurat volumul de lichid . Contoarele pentru apa potabila se numesc apometre.

Contoarele de apa

Utilizate pot fi :

Contoare volumetrice ;

Contoare de viteza.

Contoarele volumetrice

Masoara direct debitele de apa prin umplerea si golirea succesiva a unor compartimente ale aparatului de capacitate determinata . Dispozitivul de inregistrare a aparatului indica volumul de apa dupa fiecare fraza de umplere -golire.

Contoarele de viteza

Utilizate in mod curent pentru nevoi casnice , masoara volumul de apa care traverseaza aparatul, in functie de viteza apei

Citirea apometrului

Apometru

Apometrul inregistreaza consumul de apa care se citeste rapid pe cadran Apometrul indica consumul de apa Citirea se face insumand indicatiile de pe fiecare cadran ( sub fiecare fiind indicat volumul de apa se inregistreaza )

Apometru

2.5 Masurarea timpului

Mijloacele pentru masurarea timpului se utilizeaza in constructia de masini ca aparate indicatoare sau in componenta unor aparate su instalatii mai complexe unde au rolul de temporizare ,de antrenare a sportului de inregistrare ,de antrenare a sistemelor de programare

Unitati de masura

Unitatea de masura pentru timp in sistemul in sistemul international SI,este secunda s.

Secunda este durata egala cu 9 192 631 770 perioade ale radiatiei care corespunde tranzitiei intre doua nivele energetice hyperfine ala starii fundamentale a atomului de casiu 133

Masurarea timpului se face cu ceasuri mecanice , electromecanice , electronice

Tipuri de ceasuri

Ceasuri mecanice

In constructia ceasurilor mecanice ,se folosesc traductoare de timp ( regulatoare ) de tip oscilatoriu Cel mai folosit este traductorul de tip ancora - roata ancorata

Cronometre

Cronometrul este un aparat folosit pentru masurarea intervalelor de timp Aceste cronometre se utilizeaza in intrecerile sportive sau in activitatea de productie atunci cand se inregistreaza timpi de desfasurare a anumitor operatii tehnologice de prelucrare etc

Cronometrul manual

Cronometru

Inregistreaza minute ,secunde si zecima de secunda

Inregistreaza minute, secunde si zecimale de secunda . Pornirea , oprirea cronometrului si aducerea la 0 a acului indicator se realizeaza prin apasarea butonului 1

Timpu inregistrat in minute se citeste pe scara 5 in dreptul valorii indicate de acul 2.Secundele si zecimalele de secunda se vor citi pe scara 4 in dreptul indicatiei acului 3.

Bibliografie

1.Masurari Tehnice - Mariana Tenescu , Tatiana Gheorghiu, Camelia Ghita , Cornelia Cepisca -editura aramis

2.Tehnici De Masurare in Domeniu -Aurel ciocarlea -vasilescu , Ion Neagu , Mariana Constantin . editura C.D.PRESS

3.Solicitari Si Masurari Tehnice-Aurel Ciocalea-Vasilescu , Mariana Constantin

4.Manual Pentru Cultura de Specialitate-Domeniul Mecanic - Adriana Popescu , E.D.P 2004

Anexe

Turometru

Manometru burdon

Argument

Procesul de masurare reprezinta totalitatea operatiilor efectuate pentru aflarea valorii unei marimi.

O marime fizica devine marime de masurat, daca ea reprezinta obiectul unui proces de masurare.

In procesul de masurare se intalnesc urmatoarele elemente:

Obiectul masurarii;

Marimea de masurat;

Metoda de masurare prin care se compara marimea de masurat cu unitatea de masurare;

Mijloacele de masurare, care reprezinta totalitatea mijloacelor tehnice cu ajutorul carora se determina cantitativ marimea de masurat.

Metodele de masurare reprezinta procedeele de executatre a operatiilor de masurare.

Metodele de laborator determina si tin seama de erorile de masurare.

Aceste metode au o precizie mai mare, deoarece aceasi marime a aceliuiasi obiect se masoara de cinci ori si se ia in seama media aritmetica a celor cinci valori.

Metode prin contact se caracterizeaza prin contactul mecanic intre suprafata de masurare a aparatului de masurat si suprafata piesei de masurat (doua, trei si mai multe puncte, linii sau suprafete de contact).

Metodele fara contact se caracterizeaza prin lipsa atingerii mecanice dintre aparatul de masurat si piesa de masurat.

Metodele combinate sunt acelea in care determinarea marimii de masurat se face prin mai multe masuri ale aceleiasi marimi sau ale catorva marimi de acelasi fel.

Metodele numerice (digitale) sunt acelea in care marimea se masoara la anumite intervale de tomp si poate fi afisata sub forma de cifre.

Metodele statice constatau in masurarea unor marimi in regim stationar.O marimie este in regim stationar daca are o valoare constanta in tot intervalul de timp cat dureaza masurarea.

Metodele dinamice se folosesc atunci cand trebuie efectuate determinari asupra unor marimi care au variatii rapide in timp, nefiind posibila aplicarea metodelor statice pe un interval de timp oricat de mic.

Metodele statice se aplica marimilor aleatoare (marmi care reprezinta variatii imprevizibile in timp).Aceste marimi pot fi caracterizate numai in sens probabilistic, cu ajutorul metodelor de calcul statistice.