MĂSURAREA PRESIUNILOR

MĂSURAREA PRESIUNILOR

MODULUL: Măsurări neelectrice și electrice

​UNITATEA DE ÎNVĂȚARE: Mijloace pentru măsurarea mărimilor neelectrice

​OBIECTIVELE LECȚIEI

• ​Definirea presiunii și a mărimilor fizice de care depinde aceasta

• Clasificarea mijloacelor de măsurare a presiunii

• Caracterizarea mijloacelor de măsurare a presiunii

• Explicarea principiului de funcționare a mijloacelor de măsurare a presiunii

• Efectuarea de transformări ale unităților de măsură pentru presiune

• Identificarea tipurilor de erori care apar în procesul de măsurare a presiunii

​PRESIUNEA ÎN VIAȚA DE ZI CU ZI

​Cu aplicații ale presiunii ne întâlnim frecvent: fie atunci când tăiem pâine, fie atunci când fixăm un carton cu pioneze sau chiar când restabilim funcționalitatea unei anvelope dezumflate, iar exemplele ar putea continua ...

De altfel, noțiunea de presiune este folosită în foarte multe domenii de activitate; astfel, se vorbește despre:

​presiune radiculară

​presiune intracraniană

​presiune litostatică

​presiune osmotică

​presiune fiscală

​(în botanică)

(în geologie)

​(în medicină)

(în domeniul financiar)

​(în chimie)

​APLICAȚII ALE PRESIUNII

​Uneltele de tăiat, cum ar fi cuțitul, foarfecele și ferăstrăul de mână, au suprafețe mici de contact la marginile lor de tăiere.

Când se aplică o forță pentru a tăia un obiect, datorită suprafeței mici, se generează o presiune mare care facilitează tăierea.

​În regnul animal, elefanții au tălpile late pentru a reduce presiunea exercitată pe sol. Urșii polari au labele mari, astfel încât, din cauza greutății lor mari, să nu se scufunde prea adânc în zăpada moale care acoperă pământul.

​Suporturile late atașate la bretelele cu care un ghizdan greu este purtat pe umeri de un elev, reduc presiunea pe umeri, deoarece suprafața de contact între acestea și umerii săi este mare.

​Pe tălpile bocancilor de fotbal sau ale alergătorilor sunt prevăzute crampoane ascuțite (bucăți mici de formă ascuțită, din talpă groasă, cauciuc sau material plastic). Acestea reduc zona de contact și măresc presiunea pe teren, oferind jucătorului/alergătorului o aderență mai bună la sol.

​APLICAȚII ALE PRESIUNII

​La săparea unei gropi cu o cazma, deoarece marginea acesteia este ascuțită, suprafața de contact cu solul este mică, iar presiunea mare care se obține ușurează activitatea.

​Scândura de lemn așezată pe solul moale mărește suprafața de contact dintre roabă și sol. În consecință, presiunea exercitată de roabă pe sol este redusă.

Multiple Select

Reprezintă aplicații ale presiunilor mari:

​DEFINIȚIE ȘI CARACTERIZARE

​Presiunea (P) este o mărime fizică scalară definită prin raportul dintre forţa (F) şi suprafaţa (S) pe care aceasta se exercită perpendicular şi uniform repartizat.

​În funcţie de originea scării de măsurare, există mai multe tipuri de presiuni:

​TIPURI DE PRESIUNI

​UNITATE DE MĂSURĂ

​În Sistemul Internaţional, unitatea de măsură pentru presiune se numeşte pascal (Pa), fiind o unitate de măsură derivată.

​Unitatea de măsură a fost denumită astfel, în onoarea matematicianului, fizicianului și filosofului francez BLAISE PASCAL, ca recunoaștere a studiilor sale în domeniul presiunii.

​Pascal-ul (Pa) este presiunea produsă de o forţă de un newton, normală şi uniform repartizată pe o suprafaţă cu aria de un metru pătrat.

Home

Open in new tab

Copy link

​MIJLOACE DE MĂSURARE

​În funcţie de principiul de măsurare, mijloacele de măsurare a presiunii se clasifică astfel:

​Să ne reamintim!

​Legea lui Pascal se enunță astfel: presiunea exercitată din exterior asupra unui lichid se transmite integral în toată masa lichidului.

​Legea fundamentală a hidrostaticii se enunță astfel: diferenţa de presiune dintre două puncte aflate la adâncimi diferite într-un lichid este egală cu produsul dintre greutatea specifică a lichidului şi diferenţa de nivel între cele două puncte.

​MIJLOACE DE MĂSURARE

​În funcţie de valoarea presiunii măsurate, mijloacele de măsurare a presiunii se clasifică astfel:

​A. APARATE CU LICHID

• ​Se caracterizează prin construcție simplă și precizie ridicată.

• ​Se utilizează în laboratoare și în industrie, ca aparate etalon.

• Pot fi manometre, vacuummetre și manovacuummetre.

  Principiul de funcționare se bazează pe echilibrarea presiunii de măsurat de către presiunea hidrostatică produsă de o coloană de lichid.

• Sunt aparate cu citire directă.

  Domeniul de măsurare este 0,1 - 0,15 MPa; peste aceste valori ale presiunii, aparatele devin inoperante din cauza lungimii prea mari a coloanei de lichid. 

​A. APARATE CU LICHID

Din punct de vedere constructiv pot fi:

​aparate cu plutitor

​aparate cu rezervor

​aparate cu balanță

​aparate cu tub U

​aparate cu clopot

​aparate cu rezervor

​și tub vertical

inelară

și tub înclinat

​Erorile aparatelor cu lichid

​Depind mai mult de citirea valorii presiunii şi mai puţin de calitatea execuţiei manometrului.

​Erorile de citire se produc, de regulă, din neatenţia operatorului. Pentru diminuarea lor se folosesc vizoare cu lupă şi vernier.

​Eroarea de capilaritate este dată de forţele de tensiune superficială care creează un menisc concav (când forţele sunt orientate spre exteriorul lichidului) sau convex (când forţele sunt orientate spre interiorul lichidului). Erorile de capilaritate se reduc prin folosirea de tuburi cu diametre mai mari de 5 mm. Pentru compensarea erorii de capilaritate, citirea indicaţiei se face totdeauna vizând vârful calotei meniscului.

​Erorile aparatelor cu lichid

​Erorile aparatelor cu lichid

Modificarea temperaturii determină apatiția erorilor de măsurarea deoarece la temperaturi ridicate, tubul se dilată diferit față de scara gradată şi ca urmare, precizia scade. Mai mult, şi lichidul manometric se dilată, iar densitatea lui scade, deci manometrul indică presiuni mai mari. Corecţia se face tot cu ajutorul tabelelor.

​Dacă tubul sau rigla gradată nu sunt verticale, indicaţia este însoţită de erori care pot fi evitate prin asigurarea verticalităţii cu ajutorul nivelei cu apă sau a firului cu plumb.

​Dimensiunile diferite ale brațelor tubului reprezintă o sursă de erori deoarece presiunile suplimentare care iau naştere în acest caz nu se echilibrează şi de aceea, se produce o denivelare iniţială a aparatului, chiar pentru poziţia zero. Denivelarea se produce sub zero, în cazul mercurului şi peste zero, în cazul apei. Eroarea se elimină prin aplicarea de corecţii care se determină din tabele.

Multiple Choice

Pentru a elimina erorile de citire la aparatele cu lichid pentru măsurarea presiunii se folosesc:

• tuburi cu diametrul mai mare de 5 mm

• tuburi cu diametrul mai mic de 5 mm

• vizoare prevăzute cu lupă şi vernier

• scări gradate cu reperul 0 la mijloc

Multiple Choice

Aparatul cu tub U face parte din categoria aparatelor cu lichid al căror principiu de funcționare se bazează pe:

• legea curgerii fluidelor

• legea fundamentală a hidrostaticii

• principiul acțiunii și reacțiunii

• principiul vaselor comunicante

Multiple Choice

Pentru a reduce erorile de capilaritate la aparatele cu lichid pentru măsurarea presiunii se folosesc:

• lichide manometrice cu menisc concav

• lichide manometrice cu menisc convex

• tuburi cu diametre mai mari de 5 mm

• tuburi cu diametre mai mici de 5 mm

​B. APARATE CU ELEMENTE ELASTICE

​În cazul acestor aparate, traductorul de presiune un element elastic care se deformează sub acţiunea presiunii, proporţional cu valoarea acesteia. De la acest traductor, deformaţia este transmisă la un ac indicator printr-un mecanism cinematic prin care se realizează şi amplificarea deformaţiei. Acul indicator traduce deformaţia direct în unităţi de presiune.

​

​

Elementele elastice se realizează din:

• aliaj cupru-beriliu;

• aliaj cupru-nichel;

• bronz fosforos:

• oţel inoxidabil aliat cu nichel, crom, titan, molibden.​

​B. APARATE CU ELEMENTE ELASTICE

​În cazul aparatelor folosite pentru lichide agresive, piesele care vin în contact cu aceste lichide sunt executate din materiale inerte chimic. Aceste aparate se folosesc pentru măsurări speciale şi NU pot fi utilizate pentru medii obişnuite.

​Aparatele de construcţie obişnuită pot fi folosite numai dacă vibraţiile nu depăşesc anumite limite (în condiţii de şocuri de orice natură, se construiesc aparate speciale).

​B. APARATE CU ELEMENTE ELASTICE

​AVANTAJE:

• valoarea măsurată se obţine prin citire directă;

• construcţia este simplă şi robustă;

• precizia este mai mare față de cea a aparatelor cu lichid;

• utilizarea este simplă;

• permit adaptarea dispozitivelor de semnalizare, înregistrare şi transmitere la distanţă.

​B. APARATE CU ELEMENTE ELASTICE

• ​​erori de citire a indicaţiilor;

• eroarea de liniaritate a caracteristicii presiuni-deformaţie;

• erori de încadrare a limitei superioare a măsurării sub limita de proporţionalitate a materialului din elementul elastic.

Erorile care apar la aceste aparate sunt date de comportarea elementului elastic:

​B. APARATE CU ELEMENTE ELASTICE

​B1. APARATE CU TUB BOURDON

​Domeniul de măsurare: 1000 Pa ... 1000 MPa.

​Pot fi folosite atât pentru lichide, cât şi pentru gaze (în acest caz, este prevăzut cu o fereastră în peretele carcasei pentru expansiunea gazelor la apariţia suprapresiunilor). Carcasa este vopsită în culori convenţionale specifice fluidului a cărui presiune se măsoară.

​Elementul elastic (tubul Bourdon) se deformează sub influenţa presiunii de măsurat atât în secţiune, cât şi în deschidere. Deformaţiile deschiderii sunt transmise printr-un mecanism cu roţi dinţate la axul acului indicator prin care mişcarea de rotaţie este transformată în unităţi de presiune.

​1 – element elastic; 1’ – arc tubular de deschidere; 2 – pârghie de legătură; 3 – sector dinţat; 4 – pinion;

5 – ac indicator; 6 – cadran; 7 – cep filetat de legătură; 8 – carcasă; 9 – ramă; 10 – geam de protecţie

Multiple Choice

Tubul Bourdon din componența aparatului folosit pentru măsurarea presiunii are formă:

• spirală

• ovală

• ondulată

• curbată

​B2. APARATE CU TUB SPIRAL

​Domeniul de măsurare: 1000 Pa ... 25 MPa.

Sensibilitatea acestor aparate este influenţată de:

• forma secţiunii tubului;

• mărimea razei de curbură a tubului;

  grosimea pereţilor tubului;

• materialul tubului.

​Se caracterizează prin aceea că, la aceeaşi temperatură, deplasarea capătului liber este mai mare decât cea obţinută la tubul Bourdon; de aceea, acest aparat este preferat în cazul măsurătorilor însoţite de înregistrare, unde sunt necesare curse mai mari.

Multiple Select

Sensibilitatea aparatelor cu tub spiral este influențată de:

• forma secțiunii tubului

• mărimea razei de curbură a tubului

• lungimea tubului

• grosimea pereților tubului

​B3. APARATE CU MEMBRANĂ

​Domeniul de măsurare: 1000 Pa ... 4 MPa.

​Funcţionează pe baza deformării elastice a unor membrane, sub acţiunea presiunii.

​Membranele sunt plăci metalice subţiri, cu feţe plane sau ondulate concentric, confecţionate din diferite aliaje metalice (bronz fosforos, bronz cu beriliu) care au proprietatea de a se deforma sub acţiunea presiunii şi de a modifica astfel, poziţia centrului lor printr-o mişcare care se transmite la mecanismul amplificator.

Aparatele cu membrană folosesc drept element elastic o membrană montată într-o cameră de presiune. Transmiterea presiunii şi transformarea ei în indicaţie pe cadranul aparatului se face la fel ca în cazul manometrului cu tub.

Sunt puţin sensibile, deoarece deformaţia membranei, sub acţiunea presiunii, este mică.

Utilizare: în medii cu vâscozitate mare, în medii agresive.

Multiple Choice

Aparatele cu membrană pentru măsurarea presiunii sunt folosite, mai ales, în medii cu:

• temperatură mare

• vâscozitate mare

• umiditate mare

• toxicitate mare

​B4. APARATE CU CAPSULĂ

​Foloseşte ca element elastic o capsulă formată din două membrane lipite pe contur.

​Deformaţia apărută sub acţiunea presiunii se transmite ca şi la manometrele descrise anterior.

​Domeniul de măsurare: 100 Pa ... 60 kPa.

Multiple Choice

Capsula aparatelor pentru măsurarea presiunilor este formată din două membrane lipite:

• pe contur

• în centru

• în puncte

• pe diametru

​B5. APARATE CU SILFON

​Folosesc drept element elastic un tub numit silfon. Acesta este un tub cilindric cu pereţi ondulaţi ale cărui variaţii de lungime sub efectul presiunii (care poate acţiona şi din interiorul şi din exteriorul tubului) sunt transformate – printr-un mecanism cinematic – în deplasări circulare ale acului indicator. Pentru silfon se utilizează aceleaşi materiale ca şi la celelalte elemente elastice.

Utilizare: în sistemele de reglare automată, în sistemele de măsurare şi înregistrare.

​Domeniul de măsurare: 50 Pa ... 0,5 MPa; poate fi extins printr-un arc montat în interiorul burdufului.

Multiple Choice

Domeniul de măsurare al aparatelor cu silfon se poate extinde cu ajutorul unui:

• pinion

• șurub

• cep

• arc

​Să recapitulăm!

Fill in the Blank

Presiunea este o mărime fizică scalară, măsurabilă și

Fill in the Blank

În Sistemul Internațional, unitatea de măsură pentru presiune se numește

Multiple Choice

În figurile 1, 2, 3 sunt reprezentate aparate pentru măsurarea presiunilor de tipul:

• 1 - cu silfon

  2 - cu tub spiral

  3 - cu capsulă

• 1 - cu capsulă

  2 - cu tub Bourdon

  3 - cu membrană

• 1 - cu silfon

  2 - cu tub Bourdon

  3 - cu capsulă

• 1 - cu capsulă

  2 - cu tub spiral

  3 - cu membrană

Fill in the Blank

În enunțul „Aparatele cu piston și .......... pentru măsurarea presiunii funcționează pe baza legii lui Pascal.”, informția care completează spațiul liber este:

Poll

Lecția de astăzi a fost:

• interesantă

• distractivă

• antrenantă

• interactivă

​La finalul lecției ...

​... amintiți-vă că fără presiune, nu se formează diamantele.