Masuri si instrumente de masura

Fizica

 

Fig. 1.1. Masurarea dimensiunilor cu: a)      metrul (articulat); b)      ruleta

Masurarea se executa prin suprapunerea instrumentului pe dimensiunea ce trebuie masurata, cu reperul 0 (zero) la limita din stanga, si se citeste marcajul, de pe instrument, care coincide cu limita din dreapta a dimensiunii.

In cazul instrumentelor flexibile se va urmari ca acestea sa fie bine intinse pe suprafata pe care se efectueaza masurarea.

Sublerul este un instrument de masura si control de masurare a lungimilor, cu vernier, folosit pentru masurari directe de lungime si pentru verificarea abaterilor dimensionale.

pentru determinarea dimensiunilor liniare si permite masurari de dimensiuni cu precizia de masurare 10^-4 m.

Se confectioneaza din otel carbon de calitate,se durifica prin calire si se finiseaza prin lepuire;

Domeniul de masurare:0-150v v v500 unde valorile ≠ 0,reprezinta limita superioara.

Parti componente: L-lungime masurata
1-rigla
2-cursor
3-tija de adancime
4-cioc fix
5-cioc mobil
6-surub de blocare

Masurarea se executa prin cuprinderea corpului intre 'falcile' sublerului si stabilirea dimensiunii.Se citeste pe scara gradata valoarea intreaga, iar zecimile si sutimile se citesc pe vernier.

Se va observa primul reper de pe rigla aflat in continuarea unui reper de pe vernier si aici se va realiza citirea.

numarul milimetrilor intregi din dreptul reperului zero al vernierului;

numarul reperului de pe vernier care coincide cu unul dintre reperii de pe rigla sublerului, ca zecimi de milimetru.

Dimensiunile masurate cu sublerul se exprima in milimetri.

Tipuri constructive

Subler cu afisaj digital

Subler de interior-exterior

Subler cu cadran

Subler trasator

Subler de adancime

Micrometrul permite masurari de dimensiuni cu precizia de 10^-5 m.

TIPURI DE MICROMETRE

Micrometrul de exterior

Micrometrul de adancime

Masurarea se executa prin cuprinderea corpului intre reperii micrometrului si stabilirea dimensiunii, prin insumarea urmatoarelor valori:

numarul milimetrilor intregi, marcati cu reperi inclinati, ramasi descoperiti de

tambur;

0,5 mm, daca intre ultimul reper inclinat si limita tamburului ramane descoperit un reper vertical;

numarul reperului de pe scala tamburului aflat in coincidenta cu linia orizontala de pe scala micrometrului, ca sutimi de milimetru;

aproximarea de miimi de milimetru, daca linia orizontala de pe scala micrometrului este cuprinsa intre reperii de pe tambur.

Dimensiunile masurate cu micrometrul se exprima in milimetri.

Actionarea micrometrului, pentru cuprinderea probei intre reperi, se face numai din 'butonul de actionare'; in caz contrar, daca se actioneaza de tambur, va fi distrus surubul micrometric de inaintare a reperului mobil.

Microcomparatorul permite masurarea unei dimensiuni, dar si variatia acesteia, cu precizia de 10^-5 m.

Microcomparatoarele cu cadran sunt aparate cu indicare analogica sau digitala si au valoarea diviziunii de 0,01; 0,002 sau 0,001 mm.

Fig.1.2. - microcomparator

Parti componente:

1. Palpator;
2. Tija palpatorului;
3. Brat de fixare;
4. Ac indicator de ture;
5. Cadran pentru scara de ture;
6. Ac indicator de diviziuni;
7. Indicator de tolerante;
8. Cadran pentru scara principala;
9. Dispozitiv de blocare a ramei mobile;
10. Carcasa;
11. Buton de ridicare al tijei palpatorului;
12. Rama mobila solidara cu cadranul 8.

Principiul de functionare

are la baza transformarea miscarii rectilinii a tijei palpatorului 2 in miscare de rotatie a acului indicator 6 cu ajutorul angrenajului de roti dintate, care are si rol de amplificare a miscarii;

tija palpatorului 2 se continua cu o cremaliera care angreneaza o roata dintata z₁ solidara cu acul indicator de ture 4 si care angreneaza roata z₂, apoi z₃;

pe axul rotii z₃ este fixat acul indicator de diviziuni 6;

roata dintata z₄ si arcul spiral 3 au rolul de a prelua jocul dintre flancurile rotii dintate.

Masurarea sau verificarea cu comparatorul cu cadran

Pentru masurare si verificare, comparatorul se fixeaza de bratul de fixare intr-un suport;

Inaltimea la care se fixeaza, fata de suprafata de asezare, se alege egala cu cea pe care urmeaza sa o masoare sau sa o verifice, utilizandu-se o cala sau un bloc de cale;

EXEMPLU:  

Se alege o cala cu lungimea nominala 50 mm ce se aseaza pe suprfata de asezare si se deplaseaza comparatorul din suport pana cand varful tijei palpatorului vine in contact cu suprafata calei, avand grija ca tija palpatorului sa se gaseasca la

jumatatea cursei (pentru o deplasare si in jos). Rama mobila solidara cu cadranul scarii principale se roteste pentru a aduce reperul O al scarii in dreptul acul indicator de diviziuni; apoi ea se blocheaza cu dispozitivul de blocare. Se inlocuieste cala cu piesa a carei diviziune vrem sa o verificam sau sa o masuram.

Citirea comparatorului cu cadran

Se citeste pe scara gradata a cadranului de ture

nr. intreg de mm, iar zecimile si sutimile se citesc pe scara principala a cadranului si se aduna la valoarea de 50 (valoarea de reglare);

Se deplaseaza indicatorul de toleranta in dreapta reperului O de pe scara principala, in dreptul diviziunii care indica 0,08mm, iar al doilea indicator de toleranta se pozitioneaza in stanga reperului O in dreptul diviziunii de 0,13mm;

Se considera valoare cand deplasarea acului indicator este in dreapta reperului O si valoare – cand deplasarea acului indicator este in stanga reperului O;

Daca acul indicator este intre indicatoarele de toleranta, dimensiunea piesei este buna.

Tipuri de comparatoare

Comparator mecanic

Comparator de interior

Comparator digital

Aparatul transforma miscarea de translatie a 'tijei palpator', printr-un sistem de roti dintate, in miscarea unghiulara a acelor indicator (ca la un ceas).

Pentru determinarea dimensiunii, micro­comparatorul se fixeaza intr-un jug

1.3. Masurarea volumelor

VOLUMUL este domeniul marginit de suprafete. Cand volumul este ocupat de lichid se numeste capacitate, care se masoara in litrii.

Relatia dintre unitatea de masura pentru volum si unitatea de masura pentru capacitate este:

1 l 1,000028 * 10^-3 m³

Unitatea de masura pentru volume este metrul cub (m³), dar in tehnica de laborator volumele mici se exprima, de regula, in cm³.

Pentru masurarea volumelor de lichide se folosesc instrumente din sticla, cu volumul calibrat, sau cu scale continue de volum.

Pentru efectuarea masuratorilor, trebuie sa fie respectate urmatoarele reguli:

lichidul si aparatul de masurare trebuie sa aiba temperatura de etalonare inscrisa pe aparat, pentru a se elimina erorile de dilatatii termice;

citirea nivelului lichidului in aparat se va face perpendicular pe scala, in planul tangent la meniscul ce se formeaza la suprafata lichidului (fig. 1.6.e.) datorita fenomenului de liofilie sau de liofobie;

aparatul trebuie sa aiba pozitia verticala pentru asigurarea orizontalitatii meniscului.

Cilindrii gradati (fig. 1.6.a.) si pipetele gradate (fig. 1.6.b.) sunt folosite pentru dozari de lichide cu volume variabile, dar predeterminate; volumul se masoara pe scala si se transvazeaza in totalitate.

Fig.1.3.- cilindru gradat  Fig. 1.4.- Pipeta

Pipetele cu bula (fig. 1.6.c) si baloanele cotate (fig. 1.6.d.) permit dozari numai la volumele pentru care sunt calibrate, prin umplerea acestora pana la marca.

Fig.1.5. - Balon cotat Fig.1.6. - Pipeta cu bula

Biuretele (fig. 1.7.) permit dozarea continua a lichidelor, pana la necesitatea opririi. Reperul „zero” se afla la partea superioara a biuretei, incat in momentul opririi (momentul producerii unui fenomen urmarit in vasul de transvazare), se citeste volumul de lichid scurs din biureta.

Fig.1.7. - biureta

Pentru materiale granulare (pulverulente) volumul se masoara cu ajutorul unor „vase volumetrice” (fig. 1.8.) cu forma cilindrica, uneori prismatica, confectionate din tabla de otel suficient de groasa pentru ca, prin rigiditate, sa se pastreze forma vasului.

Fig.1.8. - Vas volumetric

Gulerul prelungitor atasat vasului permite umplerea in exces, incat dupa indepartarea acestuia si eliminarea excesului de material (prin radere cu o rigla metalica), intregul volum al vasului sa fie corect umplut cu material.

1.4. Masurarea 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 reprezinta cantitatea de substanta si se exprima in kilograme (kg). Pentru cantitati mici si cand precizia de masurare impusa este mare, masele se exprima in grame (g).

Instrumentele pentru determinarea masei compara fortele gravitationale ce se manifesta asupra cantitatii de material, respectiv asupra unor mase etalon (numite, impropriu, greutati).

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:

Principiul de masurare a maselor:

Metoda indirecta

Foloseste formula din care se determina masa m = F/a

Asupra corpului se aplica o forta cunoscuta, se masoara acceleratia si se calculeaza masa.

Aceasta metoda se foloseste pentru aflarea masei particulelor atomice.

Metoda indirecta

Foloseste metoda compararii masei unui corp cu unitatea de masura pentru masa, prin cantarire cu ajutorul aparatelor de cantarit.

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

La cantarirea cu balanta compusa,unitatile de masura sunt materialzate de corpuri metalice de diferite valori

Clasificarea mijloacelor de cantarit

instrumente cu mai multe parghii (bascule), la care bratele parghiilor sunt in general inegale.

Dupa modul de efectuare a cantaririlor:

-manuale, la care toate operatiile sunt realizate de un operator;

Dupa numarul de parghii utilizate:

instrumente cu o parghie (balante), cu brate egale sau inegale;

semiautomate, la care o serie de operatii se executa automat;

-automate, la care toate operatiile se executa automat.

Dupa modul de instalare:

-fixe;

-transportabile.

Dupa principiul de functionare:

-mecanice; electromecanice.

 

 

 

 

 

 

Mijloace de cantarire mecanice

1.Balantele etalon

Se utilizeaza la transmiterea unitatii de masa si verificare a maselor.Sunt balante simple, de mare precuzie, cu mare sensibilitate la influenta factorilor de mediu.Pentru evitarea influentei factorilor de mediu, sunt tinute in incinte inchise si sunt actionate de la distanta, pein intermediul unei maini mecanice.

 

 

 

2.Balantele analitice

Se utilizeaza in laboratoare, in activitatea didactica si in cercetare. Sunt balante simple, cu sensibilitate si precizie ridicata.Domeniul de masurare: 2..200g. Cantarirea se face prin echilibrarea masei de cantarit cu masuri echivalente. Pentru marirea preciziei de citire,unele balante sunt prevazute cu o scara micrometrica. Oscilatiile balantei sunt echilibrate de amortizoare. Sunt influentate de factorii de mediu, deaceea sunt inchise in carcase si greutatile aditionale sunt actionate

Fig1.9. - Balante analitice

1-parghie; 2-coloana de sustinere a parghiei; 3-ac indicator; 4-scara gradata, 5-scara micrometrica; 6-dispozitiv de izolare; 7-amortizoare; 8-talere, 9-piulite de reglare; 10-greutati aditionale;11-tambur de actionare a greutatilor; 12-paftale; 13-sistem cutit-penita; 14-carcasa; 15-picior reglabil.

3.Balanta tehnica

Este tot o balanta simpla, utilizata la cantariri curente, cu precizie redusa;

Se verifica la functionarea in gol si la incarcare cu 10% si 100% din sarcina maxima;

Este incomoda la utilizari frecvente, deoarece talerele sunt plasate sub parghie, ceea ce le face uneori de neutilizat.

Fig 1.10. - Balante tehnice 1-suport; 2-parghie; 3-coloana; 4-talere; 5- paftale; 6-vergele de legatura; 7-buton de actionare a dispozitivului de izolare.

4.Balanta compusa

Are talerele atezate deasupra parghiilor si trei puncte de incarcare, deci sprijinul se face pe trei cutite;Se utilizeaza cel mai des in activitatea de cantarire;

Verificarea se face verificand indicatiile in gol si apoi in incarcare cu 10% si 100%, din sarcina maxima, utilizand greutati etalon.

Fig.1.11. - Balanta compusa

1-talere; 2-parghie de cantarire cu brate inegale; 3-cutite duble de sarcina; 4-cutite de legatura; 5-parghire ajutatoare

5.Bascule zecimale

Sunt instrumente de cantarit cu mai multe parghii inegale, folosite la cantarirea maselor de ordinul sutelor de kg.

Cantarirea se face la un raport egal cu 1/10, intre greutatile asezate pe platan si masa de cantarit.Se construiesc pentru sarcini maxime de 50; 100; 200 si 500 kg.

Se verifica sensibilitatea (incarcare cu greutati egale cu eroarea tolerata), justetea la sarcina maxima (cu sarcina maxima) si comportarea la suprasarcina (cu sarcina cu 30% mai mare ca cea maxima). Dupa 30 min. in suprasarcina se verifica pernitele.

Fig.1.12 - Bascule zecimale

1-postament 2-platforma; 3-parghie de sarcina; 4-parghia principala; 5-platanul pentru greutati; 6-dispozitiv de echilibrare

6.Bascule romane

Servesc la cantarirea unor mase mai mari de 500 kg, pana la 200000 kg.

Nu utilizeaza greutati de lucru, constructia bazandu-se pe utilizarea parghiilor cu brate inegale.

Echilibrarea sarcinilor de cantarit se face prin deplasarea unor greutati constante, numite cursoare, de-a lungul unor brate cu diviziuni.

7.Bascule romane obisnuite

Au acelasi principiu de functionare ca toate basculele romane, diferind de acestea atat prin sarcina maxima (100, 200, 500, 1000, 2000 kg), cat si din punct de vedere constructiv.

Se fabrica in diferite variante, functie de destinatie (pentru vite, cu palnie, forestiere, cu format masa, suspendate).

Verificarea se face la suprasarcina, in gol si la 10% din sarcina maxima.

1-postament;

2-platforma;

3-parghie mare gradata; 4-parghie mica gradata; 5-dispozitiv de echilibrare

Fig.1.13. - Bascula romana

8.Balante semiautomate cu cantar

Cantarirea se face automat, operatorul efectuind numai incarcarea-descarcarea si citrea.

Sistemul de parghii este asemanator cu cel al altor balante, cu deosebirea ca are o rezistenta mai mare.

Dispozitivul de incarcare are rolul de a transforma miscarea verticala a platanului in miscare de rotatie a acului indicator. Acest lucru este realizat cu ajutorul unor parghii de ordinul I, cu doua cutite (unul de sprijin pentru parghie si unul de sarcina).

1-talere; 2-cadran; 3-ac indicator.

Fig. 1.14. - Balante semiautomate cu cantar

Mijloace de cantarire electromecanice

Sunt mijloace de masurare a masei care se caracterizeaza prin dimensiuni muci, constructii robuste si manipulare usoara, avand avantajul ca afitesza si inregitreaza rezultatele, precum si ca prelucreaza aceste rezultate in unele situatii.

Fig.1.15. - Cintar electromecanic

1.5..Masurarea temperaturilor.

Scari de temperatura

Temperatura este o marime fizica fundamentala in SI, care caracterizeaza gradul de agitatie dezordonata a moleculelor unui corp.

Unitatea de masura pentru temperatura termodinamica este Kelvinul (fractiunea de 1/273,16 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei, in care cele trei stari de agregare se gasesc in echilibru).

Gradul Celsius este o unitate de masura tolerata, fiind a suta parte din intervalul de temperatura determinat de doua repere: temperatura de topire a ghetii 0⁰, si temperatura de fierbere a apei 100⁰, considerate la resiunea atmosferica normala.

Gradul Fahrenheit, se utilizeaza in tarile anglo-saxon. Se noteaza F si reprezinta a 180-a parte din intervalul de temperatura marginit de temperatura de topire a ghetii, notata 32 si temperatura de fierbere a apei, notata 212.

Relatiile de conversie:

t_c=(t_F-32)x 5/9 si respectiv t_F=t_cx9/5+32 unde

t_c – temperatura in grade C si

t_F – temperatura in grade F

Scara de temperatura Reaumur imparte intervalul dintre temperatura de topire a ghetii, notata cu 0, si temperatura de fierbere a apei, notata cu 80, in 80 de parti egale.

Temperatura este o marime fizica fundamentala care indica gradul de incalzire a unui corp.

Temperatura este o marime ce se determina functie de o scara de

referinta.

Scara de temperatura are valori numerice pentru fiecare temperatura

Punctul triplu al apei se realizeaz introducand intr-un vas in forma de “U”,

apa de cea mai mare puritate si se formeaza un strat de gheata cu ajutorul unui amestec racitor. Cand amestecul racitor este inlocuit cu un termometru, stratul subtire de gheata incepe sa se topeasca. Atata timp cat faza solida, lichida si vaporii coexista, sistemul este la punctul triplu.

Scari de temperatura

Scara termodinamica (Kelvin), masoara temperatura T in kelvin (K), definit ca unitatea fundamenala de temperatura in SI (1 237,15 din temperatura termodinamoca a punctului triplu al apei).

Scara Celsius, masoara temperatura in grade Celsius (⁰C).

Relatia dintre temperatura termodinamica si temperatura Celsius este:

t=T-273,15

Scara Reaumur-este o scara conventionala de temperatura care se bazeaza pe intervalul de temperatura dintre punctul de topire al ghetii si punctul de fierbere al apei, interval impartit in 80 de parti.

Gradul Reaumur se noteaza ⁰R si este unitatea de masura pentru masurarea temperaturii pe scara Reaumur.

1⁰C=0,8⁰R

Scara Fahrenheit-are la baza intervalul de temperatura dintre punctul de topire a ghetii (32) si puntul de fierbere al apei (212).

Gradul Fahrenheit ⁰F, este unitatea de masura pentru temperatura pe scara Fahrenheit.

1⁰C=1,8⁰F

Corespondenta temperaturilor pe diferite scari

Principiul de masurare al temperaturilor

Temperatura nu se masoara in mod direct. Nu exista etalon al unitatii de masura pentru temperatura.

Temperatura unui corp se masoara prin comparare cu un corp termometric.

Corpul de contact si corpul termometric sunt puse in contact si ajung dupa un anumit interval de timp la echilibru termic.

Mijloace pentru masurarea temperaturilor

Clasificarea aparatelor pentru masurarea temperaturii se face dupa:

temperatura masurata - Termometrele- masoara temeraturi mai mici de 750⁰C

tipul constructiv - Pirometrele- masoara temperaturi inalte de pana la 3000⁰C

Termometrele pot fi:

cu dilatatie

cu lichid

mecanice

manometrice

1.cu lichid

2. cu vapori

3. cu gaz

cu rezistenta electric

1.din metal

2. din mmaterial semiconductor

Fig.1.16. - Clasificarea pirometrelor

Termometre cu lichid

Principiul de functionare

Acest termometru masoara temperatura pe principiul dilatarii unui lichid termometric (mercur, alcool, toluen), ca urmare a incalzirii acestuia prin contact cu corpul de contact.

Constructia termometrului

Este format dintr-un capilar 1 din sticla, cu un rezervor, umplut cu lichid termometric. Deasupra coloanei de lichid este vid, iar tubul este inchis etans. Tubul capilar este montat pe o placa 2, cu o scara gradata.

Citirea termometrului

Valoarea temperaturii masurate se citeste direct pe scara gradata in dreptul reperului pana unde a urcat lichidul termometric.

Fig. 1.17. - Termometru cu lichid

Parti componente:

1-tub capilar;

2-placa;

3-tub de sticla.

Termometrele cu Hg si vid masoara temperaturi in intervalul -35.+300⁰C.

La folosirea termometrelor este obligatorie mentinerea rezervorului in mediul pentru care se face masurarea temperaturii, deoarece capilara termometrului nu prezinta gatuire pentru mentinerea coloanei de mercur sau de alcool la valoarea maxima inregistrata (ca la termometrele medicale).

TERMOMETRE METALICE

Termometrul metalic cu tija

Principiul de functionare

Se bazeaza pe dilatarea unor corpuri solide , metalice cu coeficient de dilatare mare.

Constructia termometrului

Contine un tub 1 inchis la un capat, executat din Cu, Al, alama sau otel. In acest tub se afla o tija 2 dintr-un material cu coeficient de dilatare foarte mic (portelan, cuart). Tija

2 este in contact cu tubul 1 datorita parghiei 3 si a arcului elicoidal 4.

Fig. 1.18. - Termometru metalic cu tija

Functionarea termometrului

Tubul 1 introdus in mediul al carei teperaturi o va masura isi modifica lungimea prin

dilatare sau contractie. Asta face ca tija 2 sa se deplaseze si sa antreneze intr-o miscare de rotatie parghia 3 si acul indicator 5. Citirea se face in grade Celsius direct pe cadran in dreptul acului indicator.

Termometrul bimetalic

Principiul de functionare

Se bazeaza pe principiul dilatarii diferite a doua metale ce compun elementul stabil al termometrului.

Constructia termometrului

Termometrul are un element sensibil format din doua lamele metalice indoite si lipite. Prima lamela din otel aliat cu Ni si Cu, are

coeficient de dilatare foarte mare, iar cea de a doua, din invar are coeficient de dilatare foarte mic.

Fig. 1.19. - Termometru bimetalic

Parti componente:

1-bimetal;2-tija;3-parghie;4-ac indicator.

Functionarea termometrului

In functie de temperatura de masurat, elementul bimetalic 1 isi modifica curbura.

Aceasta modificare se transmite acului indicator 4 prin intermediul tijei 2 si parghiei

3. Acul indicator se roteste pe un cadran gradat si masoara temperatura in unitati de

temperatura.

Termometre manometrice

Principiul de functionare

Transforma temperatura ce trebuie determinata in presiune.

Constructia termometrului

Este alcatuit dintr-o capsula metalica 1 (aflata in mediul al carei temperaturi vrem sa o aflam),un tub capilar flexibil 2 (cu lungime variabila) si un mecanism de transmitere si amplificare, format dintr-un tub cu pereti subtiri 3, un sector dintat 4, pinionul 5 si acul indicator 6.

Fig.1.20. -   Termometru manometric

Functionarea termometrului

Lichidul (Hg, alcool, xilen, hexal), vaporii saturati (etan, propan, toluen) sau gazul (azot, dioxid de C)umplu capsula 1, tubul capilar 2 si elementul elastic 3.

Capsula 1 se introduce in mediul de controlat.

Datorita variatiei de temperatura se va modifica presiunea fluidului, ceea ce duce la deformarea tubului cu pereti subtiri 3. Deformarea este transmisa si amplificata de

angrenajul sector dintat 4 si pinion 5. Concomitent se roteste acul indicator 6 pe o scara gradata, pe care se va citi drect temperatura in grade Celsius.

1.6. Masurarea fortelor.

Forta – marime vectoriala, ce 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.

F = m x a (N).

unde

m=masa;

a=acceleratia.

Greutatea corpului (forta de atractie gravitationala), este exercitata asupra fiecarui corp fizic de catre pamant.

G=m x g

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

Acceleratia gravitationala variaza pe glob, functie de latitudine si altitudine conform tabelului.

Unitati de masura

In SI forta este o marime derivata cu unitatea de masuraN.

Newtonul este forta care imprima masei de 1 kg o acceleratie de 1m/s².

APARATE PENTRU MASURAREA FORTEI

Dinamometru cu element elastic

Fig.1.21. -   dinamometru

Parti componente:

1-element elastic;

2-dispozitiv de indicare;

3-dispozitiv de prindere;

4-scara gradata.

Forta F deformeaza elementul elastic 1 si duce la deplasarea dispozitivului de indicare 2.

Citirea dinamometrului:

F se citeste pe scara 4 in dreptulacului indicator al dispozitivului de indicare 2.

Inelele dinamometrice permit determinarea fortelor pe baza masurarii, cu ajutorul microcomparatoarelor, a deformatiei sub incarcare.

Sunt executate din oteluri speciale si sunt etalonate, incat in functie de deformatia inregistrata, se determina forta corespunzatoare din graficul de etalonare.

Dinamometru hidraulic

Functioneaza pe principiul masurarii presiunii transmisa printr-un lichid de la un piston de suprafata cunoscuta A asupra careia actioneaza o forta de masurat F.

Forta se calcueaza cu relatia:

F= P x A

Unde:

F=forta de masurat in N;

p=presiunea lichidului in Pa, indicata de manometrul 5;

A=aria sectiunii transversalea pistonului 2 in m².

Parti componente:

1-cilindru;

2-piston;

3-rezervor de ulei;

4-conducta de presiune;

5-manometru

Fig.1.23. - Dinamometru hidraulic

In laborator, probele de materiale sunt incercate la prese.

Presele hidraulice functioneaza pe baza principiului Pascal, ca multiplicator de forta (fig. 1.24.). Conform acestui principiu, intr-un sistem de vase comunicante, cu sectiunile S₁ si S₂ mult diferite (S₁ <<< S₂), acoperite cu pistoane etanse, daca se actioneaza cu o forta F₁ asupra pistonului cu sectiunea mica (S₁), in lichidul din sistem se va crea o presiune „p” care se transmite pe suprafata pistonului cu sectiunea mare (S₂). Forta totala F₂ pe care o exercita lichidul asupra pistonului S₂ va fi:

Cu cat raportul celor doua sectiuni va fi mai mare, cu atat raportul de multiplicare a fortei va fi mai mare.

Forta F₂ poate fi citita la manometrul atasat care este etalonat in unitati de forta.

In structura unei prese hidraulice, pistonul cu sectiune mica este inlocuit de o pompa hidraulica, iar pistonul cu sectiune mare constituie „platanul mobil” al presei. Asezand o proba pe platanul mobil si impiedicand deplasarea acesteia cu un „platan fix”, forta F₂ se va transmite probei.

Presele mecanice functioneaza pe principiul basculelor (fig. 1.13.). Deplasarea, de catre surub, a platanului fix si, implicit, a probei catre platanul mobil face ca, printr-un sistem mecanic de palpare, pendului cu greutatea „G” sa fie rotit. Cresterea unghiului de rotire a pendulului face ca cuplul „G x D” sa creasca, crescand, implicit, forta F din cuplul „F x d”.

Cadranul presei este scalat in unitati de forta, corespunzator unghiului de rotire a pendulului si greutatii G atasata.

Sisteme cu parghii, permit incercari pe probe relativ mici, la incarcari de mai mica intensitate. multiplicari ale fortei aplicate.

Aparatul„Fruhling-Michaelis”, compus dintr-un sistem de parghii ce poate multiplica de 10 ori sau de 50 de ori, forta „G” ce se aplica prin incarcarea recipientului prin scurgerea unor alice din plumb aflate in buncarul aparatului.

In momentul ruperii probei, scurgerea alicelor se opreste, forta „G” se determina prin cantarirea recipientului si aplicarea relatiei de transformare din masa in forta:

in care:

k este raportul de multiplicare al sistemului de parghii;

m este masa recipientului cu alice (kg);

g este acceleratia gravitationala (10 m/s²)

Unele instrumente, aparate si utilaje de laborator, mai vechi, pot fi etalonate in alte unitati de forta - kilogram-forta (kgf), tone-forta (tf) -, pentru transformare luandu-se in considerare echivalenta:

1 kgf = 1 daN = 10 N

1.7APARATE PENTRU MASURAREA TIMPULUI

Unitatea de masura pentru timp in SI este secunda (s).

Submultiplii secundei sunt: milsecunda (ms) si microsecunda (ms).

Multiplii secundei sunt: minutul (min), ora (h), ziua, anul, secolul si mileniul.

Secunda este durata egala cu 9.192.631.770 perioade ale radiatiei care corespunde tranzitiei intre doua nivele energetice hiperfine ale starii fundamentale a atomului de Cs.

Masurarea timpului se face cu ceasuri mecanice, electromecanice si electronice.

Tipuri de ceasuri

Ceasurile mecanice

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

1-sistemul oscilatoriu (mecanism regulator);

2-arcul motor, care inmagazineaza energia mecanica;

3-transmisia mecanica cu roti dintate;

4-subansamblul de vizualizare (cadranul).

Fig. 1.28 - Traductor ancora

2.Ceasul electromagnetic

Are in componenta un electromagnet actionat de o baterie, care inlocuieste arcul principal al ceasului mecanic. Indicarea timpului poate fi analogica sau digitala. Energia bateriei este suficienta pentru functionarea continua timp de 1-2 ani.

3.Cronometrul manual

Fig.1.29.-   Cronometru manual

Cronometrul manual inregistreaza minute, secunde si zecimi de secunde. Pornirea, oprirea si aducerea la 0 a acului indicator se realizeaza prin apasarea butonului 1.Timpul inregistrat in minute se citeste pe scara 5 in dreptul valorii indicate de acul 2. Secundele si zecimile de secunda se citesc pe scara 4 in dreptul indicatiei acului 3.

Alte aparate folosite la masurarea unor intervale de timp

a.Cronoscoapele-masoara intervale de timp foarte mici care separa doua impulsuri electrice

b.Ortografele-permit datarea momentului in care se incheie un contact sau cand incepe un impuls electric.

c.Milisecundometrele masoara intervalele de timp dintre impulsu rile unor semnale periodice si intervale de timp de foarte scurta durata.

d.Metronoamele inregistreaza intervalele in domeniul muzicii (figura).

e.Aparatele inregistratoare-inregistreaza marimea unui interval de timp sau

variatia unei marimi in functie de timp.

1.8.APARATE PENTRU MASURAREA PRESIUNILOR

Presiunea este o marime fizica egala cu raportul dintre forta si aria suprafetei pe care aceasta se exercita.

P=F/A

unde

F – forta care se exercit perpendicular pe suprafata, masurata in N;

A – aria masurata in m².

Se cunosc urmatoarele presiuni:

v    Presiunea atmosferica sau barometrica, care se simbolizeaza p_b si care este presiunea exercitata de atmosfera.

v    Suprapresiunea p_s care este o presiune mai mare ca presiunea atmosferica.

v    Depresiunea p_d care este o presiune mai mica ca presiunea atmosferica.

Unitati de masura

In Sistemul International de Unitati de Masura, presiunea (marime derivata) se masoara in pascali , simbolizati Pa.

Mijloace pentru masurarea presiunii

Aparatele cu lichid

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

Aparatul de masurat presiunea cu tub U

Parti componente:

1-tub de sticla in U;

2-scara gradata in mm;

3-lichid;

4-suport.

Fig.1.30. -  Aparat cu tub U

Presiunea p_a fiind mai mare ca presiunea p_b lichidul coboara in bratul din dreapta si se ridica inbratul din stanga.Pentru echilibru se scrie relatia:

p_a=p_b+gh

unde:

p_a – presiunea absoluta a lichidului exprimata in Pa care se calculeaza;

p_b – presiunea atmosferica sau barometrica in Pa, cunoscuta;

g-greutatea specifica a lichiduluidin tubul U in N/m³;

h- diferenta de nivel a lichidului inm, citita pe scara gradata a aparatului.

Aparate cu element elastic

Principiul de functionare

Aceste aparate contin un element elastic care se deformeaza proportional cu valoarea presiunii de masurat.

Masurand deformatia elastica a tubului manometric, care se transforma in rotirea unui ac indicator, se determina valoarea presiunii.

Aparatul cu tub simplu curbat tip BOURDON

Parti componente:

1-cep racord; 6-pinion;

2-tub elastic; 7-ac indicator;

3-brida;  8-scara gradata;

4-parghie;  9-arc spiral.

5-sector dintat;

Fig.1.31. -   Aparat tip BOURDON

Elementul de masurare este tubul cu pereti subtiri 2, confectionat din alama, bronz sau otel, curbat sub forma de arc de 200-270⁰.

Fluidul patrunde in tubul manometric si il deformeaza proportional cu valoarea presiunii(la suprapresiune-creste si la depresiune-scade).

Capatul liber al tubului modifica pozitia parghiei4, care actioneaza asupra sectorului dintat 5 si apinionului 6. Cu pinionul se roreste si acul indicator

7 pe cadranul 8. Arcul spiral 9 are rolul de a aduceacul indicator in pozitia initiala dupa masurare.

Citirea manometrului

• se determina valoarea unei diviziuni pe cadranul aparatului prin impartirea domeniului de masurare la numarul de diviziuni;
• valoarea citita in dreptul acului indicator se determima inmultind numarul de diviziuni cu valoarea unei diviziuni.

MASURAREA PRESIUNII ATMOSFERICE

Presiunea atmosferica este forta cu care aerul apasa pe unitatea de suprafata.

se datoreaza efectului gravitational al pamantului;

variaza functie de temperatura si altitudine (este mai mare la nivelul marii);

are ca unitate de masura milibarul;

presiunea medie a atmosferei este de 1013 mbar;

mijlocul de masurare a presiunii atmosferice este barometrul.

Barometrul cu mercur

Este alcatuit dintr-un tub de sticla asezat deasupra unui vas deschis cu Hg.

Datorita presiunii exercitate de aer, Hg urca in tub la o inaltime proportionala cu presiunea, iar nivelul Hg se citeste pe o scara gradata.

Datorita faptului ca este greu de manevrat si ca Hg este toxic, se

foloseste numai la etalonarea altor tipuride barometre.

Barometrul aneroid

Este alcatuit dintr-o capsula metalica vidata si etansa.

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

Deformatiile capsulei determina deplasarea unui ac indicator pe cadranul gradat.

Fig.1.32. - Barometru aneroid

1.9.APARATE PENTRU MASURAREA VISCOZITATI

Viscozitatea- este proprietatea fluidelor de a opune rezistenta la curgere, ca rezultat a interactiunii mecanice dintre particulele constituente.

la o deplasare paralela a fluidului, curgerea se numeste laminara.

daca particulele de fluid trec dintr-un strat in altul, curgerea este turbulenta.

Vascozitatea poate fi: dinamica, cinematica sau conventionala.

a.Vascozitatea dinamica se determina cu viscozimetrul HÖPPLER

Vascozitatea dinamica ( ) se masoara in regim de curgere laminara in Pa x s in SI.

Se mai poate folosi unitatea numita centipoise (cP): 1cP=1 x 10^-3Pa x s. Unitatea de masura este poise (simbol P)

Se determina cu relatia: =dF/sv [Pa/s]

unde: d-distanta parcursa de fluid in curgere;

s-suprafata in sectiune a fluidului in curgere;

v-viteza de deplasare;

F-forta de rezistenta invinsa de lichid.

b.Vascozitatea cinematica (u) se determina cu viscozimetre capilare

Se determina cu relatia:

unde:

-vascozitatea dinamica;

r-densitatea fluidului.

In SI, unitatea de vascozitate cinematica este m²/s.

In practica se foloseste unitatea centistokes (cSt):1cSt= 10^-6 mm²/s.

c.Vascozitatea conventionala - se determina cu viscozimetre ENGLER

Se determina prin masurarea timpului de curgere a unui anumit volum de lichid, in conditii stabilite conventional.

Vascozitatea este influentata de temperatura invers proportional (la cresterea temperaturii, vascozitatea scade).

Mijloace pentru masurarea vascozitatii-vascozimetre

Clasificarea vascozimetrelor

Dupa principiul constructiv:

cu tub capilar;

cu corp cazator;

cu orificiu de scurgere;

cu corp rotitor.

Dupa marimea masurata:

pentru determinarea vascozitatii cinematice;

pentru determinarea vascozitatii conventionale.

Dupa locul de utilizare:

de laborator (efectueaza determnari discontinue, la temperatura constanta si cu precizie ridicata);

automate (masoara continuu vascozitatea in procesele tehnologice

Vascozimetrul Ubbelohde

Masoara direct vascozitatea cinematicaa lichidelor. Se determina timpul descurgere a unui volum determinat delichid printr-un tub capilar, datorita greutatii proprii.

1-ramura cu rezervor;

2-ramura cu capilar si bile;

3-tubul de legatura cu atmosfera;

4-capilarul;

5-bila de compensare;

6-bila demasurare;

Fig.1.33. -   Vascozimetrul Ubbelohde

Viscozimetru 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. 1.34. -   Viscozimetru ENGLER

1.10.Masurarea aciditatii

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

Mijloace de determinare a pH-ului

hartia indicatoare , care realizeaza o determinare a valorilor pH-ului;

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 sticla, iar cel de referinta din calomel.

Diferenta de potential depinde de concentratia ionilor de hidrogen si de temperatura

Metode de determinare a ph-ului unei solutii

Metoda potentiometrica, este cea mai utilizata si consta in variatia potentialului unui electrod in functie de concentratia ionilor din solutie.

Intr-un vas 1 cu pH-ul necunoscut se scufunda electrodul din sticla 2, iar in vasul 3 in care se afla o solutie cu pH-ul cunoscut se scufunda electrodul 4 din calomel.

Intre cele doua vase este o legatura asigurata de tubul de sticla 5 ce contine o solutie saturata de clorura de potasiu.Intre cei doi electrozi 2 si 4 apare o diferenta de potential

ce determina aparitia unei tensiuni electromotoare ce seciteste pe oscara gradata in

mV si unitati depH.

Masurarea debitului

Debitul exprima:

• cantitatea de fluid (lichid, vapor, gaz) care trece prin sectiunea unui conductor in unitatea de timp.
• cantitatea de material solid de diferite forme (graule, bulgari) transportat de o banda rulanta in unitatea de timp.

Tipuri de debite

Volumetric (debit de volum)F_v-volumul de fluid ce trece printr-o sectiune in unitatea de timp.

Unitatea de masura: metrul cub pe secunda (m³/s

Submultiplii: l/s sau dm³/s

Masic (debit de masa)F_m-masa de fluid ce trece printr-o sectiune in unitatea de timp.

Unitatea de masura: kilogramul pe secunda (kg/s

Gravimetric (debit de greutate) F_g-greutatea fluidului care trece printr-o sectiune in unitatea de timp.

Unitatea de masura: kilogramul-forta pe secunda (kgf/s)

Mijloace pentru masurarea debitului

Se bazeaza pe determinarea unor fenomene fizice ce se produc la curgerea unui fluid.

Debitmetrele diferentiale

Masoara diferenta de presiune p₂-p₁ produsa de un dispozitiv de strangulare introdus in conducta prin care circula un fluid.

p₁=preaiunea fluidului la intrare inainte de strangulare;

p₂=presiunea fluidului la iesire dupa dispozitivul de strangulare.

Cele doua presiuni se pot masura.

Diafragma normalizata - se foloseste pentru conducte cu D>50 m.

Fig.1.35. -   Diafragma normalizata

Ajutajul normalizat se foloseste pentru conducte cu diametrul

D<200 mm, prin care circula abur incalzit, abur cu presiune mare, lichide corozive.

Fig. 1.36. - Ajutaj normalizat

Tubul Venturi se foloseste cand diametrul D al conductei este intre 50 si 500 mm

Fig.1.37.- Tubul Venturi

ANEXA 1.1.

Unii multipli si submultipli ai unitatilor S.I. au primit nume si simboluri speciale

prezentate in tabelul 4.

Tabelul 4

Din motive practice si de uz, pentru unele marimi, se admit unitati tolerate si unele dintre acestea sunt prezentate in tabelul 5.

Tabelul 5