I. TEHNICI SI TEHNOLOGII DE MĂSURARE A MĂRIMILOR CARACTERISTICE PROCESELOR TEHNOLOGICE

Transcript

1 I. TEHNICI SI TEHNOLOGII DE MĂSURARE A MĂRIMILOR CARACTERISTICE PROCESELOR TEHNOLOGICE Tema 1. Procese de măsurare Tema 2. Metode de măsurare Tema 3. Mijloace pentru măsurarea mărimilor tehnice caracteristice proceselor industriale Tema 4. Instalaţii şi sisteme de măsurare DUPĂ STUDIEREA ACESTUI MODUL, VEI FI CAPABIL: Să execuţi operaţii pregătitoare pentru utilizarea tehnicilor de măsurare. Să utilizezi tehnici de măsurare pentru determinarea/monitorizarea mărimilor tehnice specifice proceselor industriale. Să explici structura instalaţiilor/sistemelor de măsurare. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 1

2 CAPITOLUL 1. PROCESE DE MĂSURARE Procesele de măsurare a unor mărimi fizice sunt indispensabile pentru asigurarea bunei funcţionări a unei game largi de maşini şi instalaţii. De fapt, orice activitate tehnică sau ştiinţifică se desfăşoară prin evaluarea cantitativă a diverse mărimi, parametri TIPURI DE PROCESE În funcţie de domeniul de aplicabilitate procesele de măsurare se clasifică în: - procese de măsurare şi verificare în cercetare şi laboratoare de dezvoltare; - procese de măsurare în domeniul controlului tehnic; - procese de măsurare în domeniul încercărilor instalaţiilor; - procese de măsurare în marile procese industriale în flux; - procese de măsurare în procese industriale individuale descentralizate Procese de măsurare şi verificare în cercetare şi laboratoare de dezvoltare În cercetare şi în laboratoarele de dezvoltare, procesele de măsurare, prelucrare şi interpretare a rezultatelor obţinute sunt activităţi complexe, desfăşurate de specialiştii care activează nemijlocit în cercetare. În cercetarea ştiinţifică, există o unitate indisolubilă între studiile teoretice şi partea experimentală a acestora. Studiile teoretice permit stabilirea interdependenţei dintre diferiţi parametri ai proceselor tehnice şi legile care stau la baza fenomenelor, utilizând realizările ştiinţei din diverse domenii. Cercetările experimentale urmăresc verificarea adevărului ipotezelor şi teoriilor care au stat la baza studiilor referitoare la procesele cercetate. Totodată, sunt investigate fenomene pentru care nu se pot obţine rezultate cu aplicabilitate practică pe cale teoretică, din cauza complexităţii acestora. Cercetările în domeniul tehnologiei construcţiilor de maşini vizează fenomenele care se produc în sistemul tehnologic al maşinilor-unelte de prelucrări prin aşchiere, de deformări plastice, de prelucrări electrochimice etc. Astfel, în sistemul tehnologic al maşinii-unelte, la prelucrarea prin aşchiere, se fac cercetări asupra elementelor care îl compun (maşina-unealtă, scula, dispozitivele de prindere a piesei şi, respectiv, a sculei, piesa de prelucrat) în corelaţie cu procesul de aşchiere, urmărindu-se stabilirea regimurilor de aşchiere, a forţelor de aşchiere, prelucrabilitatea materialelor etc. Într-un proces de cercetare experimentală care are ca scop determinări cantitative ale uneia sau ale mai multor mărimi, se efectuează un număr finit de măsurători cu o suficientă exactitate, menţinând aceleaşi condiţii (metode, mijloace de determinare, mediu ambiant etc). De exemplu, dacă scopul unei cercetări experimentale este de a stabili variaţia forţei de aşchiere F în funcţie de avansul s la găurirea unui material oarecare şi în anumite condiţii de lucru (diametrul şi geometria burghiului, materialul acestuia, viteza de aşchiere, prelucrarea cu sau fără lichid de răcire etc), se stabilesc anumite valori ale avansului burghiului s 1,s 2,., s n pentru care se măsoară valorile forţelor de aşchiere corespunzătoare F 1,F 2,. F n. Pentru determinarea fiecăreia din aceste valori ale forţei de aşchiere, de exemplu pentru F 1 se fac mai multe măsurări, toate în aceleaşi condiţii de lucru, inclusiv cu acelaşi avans s 1. Rezultatele măsurărilor vor diferi însă unele de altele, datorită erorilor aleatoare, obţinându-se astfel un şir de valori ale forţei de aşchiere. În cazul măsurării forţei de aşchiere la strunjire se utilizează un dinamometru cu element elastic de formă inelară (Fig.1.1) pe care se amplasează traductoare tensiometrice rezistive conectate în punte electrică. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 2

3 Fig Schema dinamometrului cu element elastic de formă inelară, pentru măsurarea componentelor Fx şi Fz la strunjire, unde: Rxt, Rzt - traductoare tensiometrice rezistive solicitate la tracţiune ; Rxc, Rzc - traductoare tensiometrice rezistive solicitate la compresiune În cazul cercetării comportării la vibraţii a structurii elastice a unui sistem tehnologic, se fac încercări de lungă durată, cu aparatură relativ costisitoare, prelucrarea datelor obţinute la măsurări realizându-se cu ajutorul calculatorului. Asemenea măsurări se justifică, deoarece permit găsirea soluţiilor de îmbunătăţire a comportării la vibraţii a structurii studiate, precum şi utilizarea rezultatelor în cazul proiectării unor maşini similare. Din punctul de vedere al vibraţiilor, studiul comportării sistemului tehnologic poate fi făcut prin două moduri de măsurare a acestora: - măsurarea vibraţiilor în diferite puncte ale sistemului tehnologic, în diferite condiţii de lucru ale acestuia, fără excitarea suplimentară, cum ar fi regimul de mers în gol sau cel de aşchiere; - măsurarea vibraţiilor în diferite puncte ale sistemului tehnologic, pentru situaţia în care maşina-unealtă nu funcţionează, sistemul elastic fiind excitat cu forţe variabile, de obicei, între sculă şi piesă, pe diferite direcţii. Aceste încercări se fac în scopul măsurării nivelului vibraţiilor şi al determinării surselor de vibraţii, urmărindu-se micşorarea efectelor vibraţiilor asupra deplasărilor sculei faţă de piesă, în vederea creşterii preciziei de prelucrare şi a productivităţii prelucrării Procese de măsurare în domeniul controlului tehnic Tehnologia de control reprezintă o succesiune logică de operaţii, faze, făcute în scopul comensurării preciziei de prelucrare, cu precizie şi productivitate corespunzătoare scopului şi cu costuri convenabile. Echipamentele de control sunt indispensabile tehnologiilor de control. - Echipamentele de control reprezintă totalitatea mijloacelor concepute şi realizate în scopul controlului preciziei cu productivitate, precizie şi costuri convenabile. - Controlul este activitatea prin care se stabileşte dacă valoarea mărimii măsurate îndeplineşte condiţiile impuse în documentaţia de execuţie aferentă. Controlul implică şi aspectul calităţii, în sensul că, pe lângă activitatea de măsurare, o include şi pe aceea de comparare a valorii măsurate cu o valoare de referinţă Procese de măsurare în domeniul încercărilor instalaţiilor Înainte de a fi date în folosinţă, instalaţiile se supun obligatoriu la încercări, în scopul depistării şi remedierii defectelor. Astfel, instalaţiile de distribuire a gazelor naturale, atât cele exterioare, cât şi cele interioare, se supun la trei încercări, conform schemei de mai jos. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 3

4 încercarea preliminară se poate face pe porţiuni de instalaţie sau pe întreaga lucrare. încercarea se efectuează cu aer comprimat, la următoarele presiuni: - 9 kgf/cm 2 pentru conductele de presiune medie; - 4kgf/cm 2, pentru conductele de presiune redusă; - 1 kgf/cm 2, pentru conductele de presiune intermediară sau joasă. Durata încercării va fi de minimum o oră, pentru conductele de medie presiune, şi de 30 până la 600 minute pentru conductele de presiune redusă, intermediară sau joasă, în funcţie de diametrul conductelor. Pe toată durata creşterii presiunii, se va urmări indicaţia manometrului de control, iar la apariţia unor defecte, se întrerupe controlul şi se goleşte instalaţia. Eliminarea aerului din instalaţie se va face prin capătul opus celui de umplere. Încercările vor fi reluate numai după remedierea defectelor. După terminarea probei, nu se admit pierderi de presiune. încercarea de rezistenţă se face în aceleaşi condiţii ca şi încercarea preliminară. îmbinările dintre tronsoane, care nu au fost supuse la încercarea preliminară, se verifică cu apă şi cu săpun. Nu se admit pierderi de presiune. încercarea de etanşeitate la toate instalaţiile se face la presiunea de regim. Nu se admit pierderi de presiune. La încercarea conductelor, se vor folosi manometre înregistratoare sau manometre indicatoare cu element elastic, clasa de precizie 1. Presiunea de încercare se realizează cu pompe de mână sau cu compresoare acţionate cu motoare electrice, alese în funcţie de mărimea presiunii necesare şi de volumul instalaţiei. După efectuarea încercărilor de rezistenţă şi etanşeitate, se întocmeşte un proces - verbal de recepţie, în care se consemnează parametrii de încercare şi rezultatele obţinute. - Instalaţiile de alimentare cu apă se supun la probe de etanşeitate, în scopul depistării defectelor. Pentru a fi uşor controlabilă, instalaţia trebuie să fie neacoperită, încercarea la presiune a conductelor se efectuează în două etape: - încercarea pe tronsoane; - încercarea generală. - încercările pe tronsoane reprezintă probe parţiale, care se fac pe diverse porţiuni de reţea, pentru a permite acoperirea conductelor, pe măsura executării instalaţiei. - încercarea generală a instalaţiei are loc înainte de darea acesteia în exploatare. Încercările se fac cu apă rece, prin legarea provizorie la reţeaua de apă a şantierului, dacă există suficientă presiune, sau prin introducerea apei cu ajutorul unei pompe, montată astfel încât apa să circule în acelaşi sens în care va circula la darea în folosinţă. Presiunea de probă pentru instalaţiile interioare este mai mare de 1,5 ori decât presiunea de regim, dar nu mai mică de 6kgf/cm 2. Presiunea se menţine minimum 20 min, timp în care nu se admite scăderea presiunii. Presiunea în instalaţie se citeşte cu ajutorul unui manometru montat lângă pompă. Pentru mai multă siguranţă, se montează două manometre, în două puncte diferite ale instalaţiei. Presiunea citită la cele două manometre trebuie să corespundă, având în vedere diferenţa de nivel Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 4

5 dintre ele. Dacă presiunea indicată diferă, se schimbă manometrele între ele, iar dacă diferenţa se menţine, rezultă că pe porţiunea dintre cele două manometre există un defect. Pe durata de 20 min a probei nu trebuie să se observe la manometru nici o scădere de presiune. După încercarea cu apă rece urmează încercarea de etanşeitate la cald. Pentru aceasta, se menţine în funcţiune instalaţia de apă caldă şi circulaţia timp de 6 ore, apa din instalaţie având temperatura de regim (60-70 C) Procese de măsurare în marile procese industriale în flux În cadrul proceselor tehnice, măsurarea poate avea obiective diferite, cel mai des întâlnite fiind: - monitorizarea, care constă în urmărirea permanentă a celor mai semnificativi parametri, în scopul realizării unui istoric" al evoluţiei procesului, precum şi avertizarea în cazul depăşirii unor limite de prealarmare/alarmare. Exemplu: La o instalaţie de epurare a apelor reziduale, se monitorizează cantităţi de apă, concentraţia substanţelor gazoase sau solide dizolvate în apă după aplicarea procedurilor de epurare, pe când la un sistem de monitorizare clinică a pacienţilor trebuie cunoscuţi parametrii vitali (tensiune arterială, puls, respiraţie). Fig Instalaţie de epurare a apelor reziduale. - comanda (controlul) proceselor, care presupune menţinerea parametrilor investigaţi la anumite valori sau între anumite limite, pentru a se asigura funcţia obiectiv impusă procesului controlat. Exemple: reglarea - fie separată, fie în cascadă - a temperaturii, a presiunii şi a nivelului, într-un proces de încălzire. - cercetarea experimentală inginerească, efectuată cu scopul de a pune în evidenţă atât aspecte constructive, cât şi funcţionale în calitatea echipamentelor sau proceselor conduse. Exemple de experimente cu caracter de cercetare: determinarea gradientului de temperatură într-un cuptor rotativ pentru fabricarea cimentului, evidenţierea forţelor de tracţiune la roţile tractoare ale unui automobil care se deplasează pe un teren cu grade complexe de solicitare etc Procese de măsurare în procese industriale individuale descentralizate În conceperea proceselor de măsurare, trebuie să se ţină seama de următoarele condiţii principale: - să se asigure o exactitate de măsurare, în concordanţă cu toleranţa prescrisă, pentru fiecare dimensiune măsurată; - să se asigure semnalele necesare a fi transmise către linia de prelucrare, în vederea realizării corecte a intercondiţionării control-prelucrare; - tactul măsurării să coincidă sau să fie mai mic decât cel al prelucrării; - să se permită asigurarea unui grad de flexibilitate suficient de mare, astfel încât să nu necesite timpi mai mari de trecere de la o dimensiune la alta decât ai liniei de prelucrare. Asigurarea exactităţii de măsurare Părţile cele mai importante din cadrul sistemelor de control sunt subansamblele de măsurare. Acestea trebuie să fie astfel concepute şi realizate, încât erorile generate în sistemul de control să fie cât mai mici. în funcţie de materialul piesei de prelucrat, sistemul de control va fi prevăzut cu subansamble care să evite apariţia erorilor cauzate de deformaţiile elastice şi cu sisteme de compensare a temperaturii, în funcţie de temperatura mediului la care se face controlul. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 5

6 Semnalele transmise la linia de prelucrare Sistemul de control trebuie astfel conceput, încât să poată transmite către linia de prelucrare acele tipuri de semnale care îi sunt necesare, în funcţie de gradul de prelucrare a informaţiilor liniei. Pentru liniile automate, unde este necesar ca sistemul de control să răspundă dacă dimensiunea verificată se înscrie în câmpul de toleranţă, semnalele transmise sunt sub formă de contact electric. Pentru cazul piesă bună", acestea vor transmite un semnal care va permite continuarea ciclului de lucru, iar pentru cazurile piesă mică sau mare" semnale care vor opri ciclul de lucru. Tactul măsurării Timpul afectat măsurării trebuie să ţină seama în mod obligatoriu de timpul prelucrării piesei, în sensul că nu trebuie să conducă la timpi suplimentari afectaţi controlului. Pentru realizarea acestei condiţii esenţiale, trebuie acordată o atenţie deosebită analizei duratelor fazelor procesului în ansamblul său: - timpii de transport al subansamblelor sistemului de control; - timpii afectaţi prelucrării dimensiunii controlate; - timpii afectaţi transmiterii informaţiilor şi, implicit, viteza de răspuns a sistemului de control. - Gradul de flexibilitate Gradul de flexibilitate al sistemului de control trebuie să fie în deplin acord cu cel de prelucrare. Astfel, pentru liniile automate care sunt destinate prelucrării unui număr redus de tipodimensiuni de piese, este suficientă conceperea unui sistem de control, care să permită schimbarea dornurilor de control de la o dimensiune la alta COMPONENTELE PROCESULUI DE MĂSURARE Componentele procesului de măsurare sunt: măsurandul, mijloacele de măsurare, etaloanele Măsurare-măsurand Măsurarea constă într-o succesiune de operaţii experimentale, realizate pentru determinarea cantitativă a unei mărimi. Măsurarea este operaţia metrologică prin care o mărime fizică este comparată cu unitatea de măsură specifică. - Obiectul purtător al mărimii fizice se numeşte măsurand. Rezultatul măsurării este valoarea efectivă V, care ne arată de câte ori unitatea de măsură se cuprinde în mărimea de măsurat. V = M/U.M.= k (1) unde: M - mărimea de măsurat U.M.- unitatea de măsură kϵr + 0 deci: V=k[UM] Măsurarea se termină odată cu aflarea valorii V a mărimii măsurate şi prezintă un aspect cantitativ Mijloace de măsurare Mijloacele de măsurare sunt sisteme tehnice construite în scopul comparării mărimii de măsurat cu unitatea de măsură specifică, în scopul aflării valorii măsurate. După tipul de semnal utilizat pentru măsurare, mijloacele de măsurare pot fi: mecanice, electrice, pneumatice, hidraulice, optice, acustice, nucleare sau combinaţii ale acestora (optico-mecanice, electrico-pneumatice etc). După modul de utilizare, mijloacele de măsurare pot fi: - mijloace de măsurare manuale, la care operatorul intervine în toate fazele de măsurare (de exemplu: măsurarea cu şublerul, măsurarea cu micrometrul); Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 6

7 - mijloace de măsurare mecanizate, la care o parte din operaţiile de măsurare se execută fără intervenţia operatorului; - mijloace de măsurare automatizate, la care, măsurile sunt executate fără intervenţia operatorului. Exemplu: sortatoarele pentru bile de rulmenţi. După natura semnalului de intrare, mijloacele de măsurare pot fi pentru: - mărimi mecanice; - mărimi termice; - mărimi electrice; - mărimi optice; - mărimi acustice. - După complexitate, mijloacele de măsurare se clasifică în: a) măsuri - sunt cele mai simple mijloace de măsurare, care materializează unitatea de măsură ori un multiplu sau un submultiplu al acesteia; b) instrumente de măsurare - conţin în interiorul lor cel puţin o măsură şi permit compararea directă a mărimii de măsurat cu unitatea de măsură; Exemplu: şubler, micrometru. Fig Micrometru de exterior c) aparate de măsurare - sunt subansambluri formate din măsuri, subansambluri traductoare, intermediare sau de prezentare a rezultatelor măsurării; Exemplu: aparate optice, aparate pentru măsurarea temperaturii. d) instalaţii de măsurare-sunt ansambluri compuse din aparate, măsuri etc. formate în scopul măsurării mai multor parametri ai aceleiaşi mărimi fizice sau chiar a mai multor mărimi; Exemplu: microscopul de atelier, spectroscopul. Fig Microscop de măsurare e) sisteme de măsurare - sunt ansambluri formate din aparate, măsuri şi instalaţii, utilizate pentru efectuarea măsurărilor şi pentru centralizarea rezultatelor. Exemplu: sistemul de măsurare şi control de la o centrală electrică Etaloane. Categorii de etaloane. Clasificare Etalonul este un mijloc de măsurare simplu, destinat definirii, reproducerii, determinării, conservării sau generării uneia sau mai multor valori cunoscute ale unei mărimi, pentru a servi drept referinţă în operaţia de comparare a etalonului cu alte mijloace de măsurare. Etalonul poate fi: - o măsură etalon; - un aparat de măsurat etalon; - un traductor etalon; - un ansamblu de măsurare etalon. Mijloacele de măsurare etalon au o destinaţie bine precizată, şi anume aceea de etalonare a altor mijloace de măsurare. Etaloanele nu se folosesc pentru măsurări curente. Există trei categorii de etaloane: - etaloane de definiţie; - etaloane de conservare; - etaloane de transfer. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 7

8 Etaloanele de definiţie constituie referinţa iniţială pentru măsurarea unei mărimi. Etaloanele de definiţie generează" unitatea de măsură, prin materializarea" definiţiei sale, în cadrul unui experiment fizic bazat pe această definiţie. Exemplu: Etalonul de definiţie pentru unitatea de lungime este un laser a cărui frecvenţă este sincronizată pe un multiplu al frecvenţei atomului de cesiu 133. Acest etalon reproduce" experimental definiţia metrului, şi anume: - lungimea drumului parcurs de lumină în vid, în fracţiunea 1/ dintr-o secundă; - etalonul de definiţie pentru unitatea de timp este un etalon atomic cu cesiu, care generează" secunda în conformitate cu definiţia ei, şi anume perioade ale radiaţiei atomului de cesiu 133. Fig Etalon de definiţie pentru masă Etalonul de conservare este un obiect sau un sistem tehnic care păstrează" o anumită valoare a unei mărimi fizice, cu o bună stabilitate în timp. Valoarea etalonului de conservare trebuie determinată prin comparare cu un etalon de definiţie sau cu alte etaloane de conservare. Exemplu: - o greutate din oţel sau din fontă este folosită ca etalon de conservare pentru masă; - o cală plan paralelă este un etalon de conservare pentru lungime; - un rezistor din manganin este un etalon de conservare pentru rezistenţa electrică ş.a. Fig Etalon de conservare pentru presiune Etaloanele de transfer fac trecerea de la etaloanele de conservare la alte etaloane ale unor mărimi derivate (transfer dimensional), la etaloane ale aceleiaşi mărimi, dar de valori diferite (transfer adimensional) şi, respectiv la etaloane în regim variabil (transfer static-dinamic). Fig Etalon de transfer pentru presiune Etaloanele pentru transfer dimensional se numesc etaloane de derivare. Cu ajutorul acestor etaloane se reproduce" o mărime derivată pe baza unei ecuaţii fizice, în funcţie de alte mărimi cunoscute. Exemplu: un manometru-etalon cu piston şi greutăţi generează o presiune ale cărei valori se calculează în funcţie de masa totală a părţii mobile şi de aria efectivă a ansamblului piston-cilindru. Etaloanele pentru transfer adimensional se numesc etaloane de raport. Ele se folosesc îndeosebi în domeniul mărimilor electrice. Sunt constituite din dispozitive de raport" de mare precizie (divizoare de tensiune, comparatoare de curent, transformatoare de curent şi de tensiune etc), care permit efectuarea unor comparări 1: n, prin metode de raport. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 8

9 Etaloanele pentru transfer static-dinamic sunt destinate transpunerii în regim de variaţie sinusoidală, în impulsuri sau în altă dependenţă de timp a unor mărimi de valoare cunoscută. Se cunosc de asemenea etaloane pentru mărimi ca: forţa, tensiunea electrică, curentul electric, puterea electrică etc. Clasificarea etaloanelor se poate face după două criterii mai importante: după componenţa lor şi după subordonarea metrologică, conform tabelului 1.1. Tabelul 1.1 Clasificarea etaloanelor Definiţie Exemple După componenţă individual Etalonul individual este acel mijloc de măsurare etalon de masă de 1 kg, care îndeplineşte singur de sine stătător, rolul de cală plan paralelă etalon, etalon. manometru etalon, voltmetru etalon colectiv Etalonul colectiv este format dintr-un grup de grup de lămpi mijloace de măsurare incandescente, ca etalon, de acelaşi tip, cu caracteristici metrologice de intensitate luminoasă apropiate, asociate pentru a îndeplini împreună rolul de etalon. Valoarea care se atribuie etalonului colectiv este media valorilor individuale, obţinându-se astfel un etalon cu caracteristici superioare faţă de cele ale unui etalon individual (stabilitate în timp, siguranţă, repetabilitate, posibilitate de modificare a componenţei etc.) serie de Seria de etaloane reprezintă un grup de etaloane etaloane individuale cu valori nominale diferite, asociate în scopul acoperirii unui interval de valori. După subordonarea primar metrologică în funcţie de exactitate secundar Etalonul primar reprezintă etalonul unei mărimi fizice care are cele mai înalte caracteristici metrologice. Etaloanele primare servesc la transmiterea unităţilor de măsură" către etaloane cu caracteristici metrologice inferioare. Etalonul secundar are valoarea stabilită prin comparare directă sau indirectă (prin etaloane intermediare) cu etalonul primar al mărimii fizice respective. trusa de cale plan paralele, trusa de cale unghiulare, serie de greutăţi etalon etc. Etaloanele secundare cu exactitatea cea mai ridicată sunt etaloane secundare de ordinul I. Acestea se compară direct cu etalonul primar. Etaloanele secundare de ordinul II, de exactitate mai scăzută, se compară cu etaloanele secundare de ordinul I, pentru stabilirea valorii lor. La rândul lor, etaloanele secundare de ordinul III, de exactitate şi mai scăzută, se compară cu etaloanele secundare de ordinul II ş.a.m.d. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 9

10 CAPITOLUL 2. METODE DE MĂSURARE 2.1. METODE DE MĂSURARE DIRECTE Metoda de măsurare directă este metoda prin care valoarea măsurandului este obţinută nemijlocit şi nu prin măsurarea unor mărimi legate funcţional cu măsurandul. Exemple de măsurări care folosesc metoda directă sunt: măsurarea unei lungimi cu ajutorul unei rigle gradate, măsurarea unei mase folosind o balanţă cu braţe egale ş.a. O clasificare generală a metodelor de măsurare este prezentată în tabelul 2.1. Tabelul 2.1. Metode de măsurare cu caracter general Metode de Comparare Comparare Comparare măsurare simultană 1:1 directă directă Comparare 1:n Comparare indirectă Prin adiţionare Prin multiplicare a) diferenţială b) de zero" a) simplă b) prin substituţie c) prin permutare Exemple Măsurarea lungimii cu rigla Compararea etaloanelor de tensiune prin opoziţie Calorimetru diferenţial Compararea maselor cu o balanţă cu braţe egale Compararea rezistenţelor cu o punte cu braţe de aceeaşi impedanţă (punte-comparator) Compararea maselor prin metoda seriei închise Compararea rezistenţelor electrice prin însumare Balanţă cu braţe neegale Compensator de curent continuu Punte de măsurare Comparare succesivă Cu memorie mecanică electrică Manometru cu element elastic Balanţă dinamometrică Instrument electric indicator Voltmetru digital Fluxmetru electronic Metode de măsurare indirectă Cu alte tipuri de memorie Amperormetru electrolitic Termometru cu lichid Manometru cu coloană de lichid Maşină de forţă cu încărcare directă Măsurarea densităţii Măsurarea rezistivitătii Măsurarea poate fi efectuată printr-o comparare simultană sau printr-una succesivă. În compararea simultană, măsurandul este comparat nemijlocit cu una sau cu mai multe valori de referinţă ale aceleiaşi mărimi, furnizată de un etalon, care participă la fiecare măsurare. Exemplu: o lungime comparată cu lungimea cunoscută a unei cale plan paralele, o masă comparată cu masa unei greutăţi etalon folosind o balanţă cu braţe egale ş.a. În compararea succesivă, mărimea de referinţă (etalonul) nu participă la fiecare măsurare. Etalonul este folosit pentru etalonarea (gradarea) iniţială şi (dacă este necesar) pentru reetalonarea periodică a unui aparat care stochează în memoria" sa informaţia de etalonare. Exemplu: măsurarea presiunii cu un manometru, măsurarea tensiunii electrice cu un voltmetru ş.a. Rezultă că, la compararea simultană, informaţia de măsurare este transmisă în acelaşi moment de la etalon şi de la obiectul supus măsurării operatorului uman, prin aparat, pe când, la compararea succesivă, această informaţie circulă în două etape: mai întâi, pe calea etalon-aparat (la etalonare) şi apoi pe calea obiect supus măsurării aparat-operator (la fiecare măsurare, aşa cum rezultă şi din figura 2.1.). Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 10

11 Fig Modalitatea de realizare a transmiterii informaţiei de măsurare: a - la compararea simultană; b - la compararea succesivă; 1 - în cazul etalonării; 2 - în cazul măsurării. Compararea simultană este predominantă, deseori singura utilizată, în măsurările de cea mai înaltă precizie, proprii laboratoarelor de metrologie, ca de exemplu: compararea cu mare precizie a maselor, măsurarea lungimii folosind radiaţii etalon etc. Măsurarea prin metoda comparării simultane se poate face fie prin comparare 1:1, fie prin comparare 1:n Metode de măsurare prin comparare simultană 1:1 Compararea 1:1 este fie o comparare directă, în situaţia în care măsurandul este comparat nemijlocit cu o mărime de referinţă, fie o comparare indirectă, în situaţia în care compararea este efectuată cu ajutorul unui aparat (comparator) intermediar etalonat anterior. Compararea directă 1:1, prin metoda diferenţială şi metoda de zero a) Metoda diferenţială constă în măsurarea nemijlocită a diferenţei dintre măsurând şi o mărime de referinţă cunoscută, de valoare apropiată de cea a măsurandului: x = x 0 +d (2) unde: x = valoarea măsurandului, x 0 = valoarea de referinţă, cunoscută d = diferenţa măsurată direct Exemplu: măsurarea lungimii unei piese, prin comparare cu o piesă de referinţă (un etalon, o cală plan paralelă), măsurând cu un comparator cu cadran diferenţa d dintre lungimile pieselor (Fig. 2.2). Fig Compararea lungimilor a două piese prin metoda diferenţială b) Metoda de zero este un caz particular al metodei diferenţiale, în care diferenţa dintre măsurând şi mărimea de referinţă este adusă la zero: x = x 0 (3) În acest fel, aparatul nu mai măsoară propriu-zis, el fiind folosit doar ca indicator de nul. Drept urmare, influenţa sa asupra incertitudinii de măsurare este şi mai mică, în procesul de măsurare intervenind numai incertitudinea datorată insensibilităţii de nul. Cu alte cuvinte, relaţia (3) ar trebui scrisă astfel: x = x 0 ± ui (4) unde: ui reprezintă incertitudinea datorată insensibilităţii indicatorului de nul. Metoda diferenţială şi metoda de zero sunt, în general, cele mai precise metode de măsurare, deoarece pentru ambele metode incertitudinea introdusă de aparat este minimă. Această metodă prezintă dezavantajul că necesită un etalon de valoare apropiată de valoarea măsurandului sau un etalon de valoare variabilă. Compararea indirectă 1:1 Principalele variante ale comparării 1:1 indirecte sunt: metoda comparării simple, metoda substituţiei şi metoda permutării. a) Metoda comparării 1:1 indirecte simple (Fig. 2.3.a), constă în compararea celor două mărimi - măsurandul şi referinţa - cu ajutorul unui aparat numit comparator 1:1. Rezultatul este dat de expresia: X = K X 0 (5) unde: K - factor introdus de comparator, K 1. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 11

12 Acesta adaugă o sursă importantă de incertitudine în procesul de măsurare, atât în cazul în care K= 1, cât şi în cazul corectării lui K, introducând în relaţia (5) valoarea sa reală, diferită de 1 (în realitate, K = 1 + e, unde e este o corecţie neaplicată). b) Metoda substituţiei (metoda Borda), numită şi metoda efectelor egale", elimină eroarea sistematică a comparatorului printr-o măsurare dublă. Cele două mărimi de comparat se aplică succesiv aparatului, egalitatea lor fiind asigurată de faptul că au acelaşi efect asupra aparatului. în acest fel, eroarea aparatului este eliminată, fiindcă ea intervine la fel în ambele măsurări. Incertitudinea măsurării depinde de sensibilitatea comparatorului şi de erorile aleatoare. Fig Metoda de măsurare prin comparare 1:1 indirectă: a - comparare simplă; b - metoda substituţiei; c - metoda permutării Metoda substituţiei poate fi ilustrată prin compararea a două mase, cu ajutorul unei balanţe cu braţe egale (Fig. 2.3.b). În metoda substituţiei, pe lângă masele de comparat (masa necunoscută x şi masa etalon x 0 ), mai este necesară o masă auxiliară x t, numită tară", de valoare apropiată de x şi de x 0. La prima măsurare se pune pe un platan al balanţei masa x şi pe al doilea platan masa auxiliară x t. Prin variaţia valorilor x t, se ajunge la echilibrul balanţei. Dacă lungimile braţelor balanţei sunt l 1 şi l 2, aplicarea legii pârghiilor conduce la relaţia: l 1 x=l 2 x (6) La a doua măsurare, se înlocuieşte masa x cu masa etalon x 0, iar pe celălalt platan se păstrează nemodificată masa x (, necunoscută. Se reechilibrează balanţa, prin variaţia valorilor x 0 şi rezultă: L 1 x 0 = l 2 x t (7) unde:x 0 - valoarea care asigură echilibrul. Relaţiile (6) şi (7) raportate (membru cu membru) sunt echivalente cu: x/x 0 =1 şi x = x 0 (8) Rezultatul nu depinde nici de raportul lungimilor braţelor de pârghie l 1, l 2, nici de masa auxiliară x t. Prin faptul că exclude influenţa erorilor sistematice ale balanţei, metoda se aplică în măsurările de cea mai înaltă precizie. c) Metoda permutării (metoda Gauss), numită şi metoda transpoziţiei", reprezintă o altă posibilitate de eliminare a erorii comparatorului, în cazul unei comparări 1:1. Şi în acest caz se fac două măsurări succesive. Caracteristic pentru această metodă este schimbarea între ele a mărimilor comparate, de la prima la a doua măsurare, ceea ce face ca erorile aparatului să afecteze cele două mărimi pe rând, în egală măsură. Pentru a ilustra această metodă, se consideră tot compararea a două mase, cu ajutorul unei balanţe cu braţe egale (Fig, 2.3.c). La prima măsurare, se aşează masa necunoscută x pe primul platan şi masa etalon x 0 pe al doilea platan. Astfel, rezultă: (9) La a doua măsurare, x şi x 0 se schimbă între ele. Dacă l 1 l 2, va fi necesară o modificare a masei etalon, pentru a obţine echilibrarea balanţei. Fie x 0 ' noua valoare care echilibrează balanţa. Se obţine: l 1 x=l 2 x 0 (10). Egalităţile (9) si (10) sunt echivalente cu: x/x 0 '=x 0 /x (11) și Şi în acest caz, rezultatul final care reprezintă media geometrică a celor două rezultate parţiale este independent de raportul lungimilor braţelor de pârghie l 1 /l 2. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 12

13 Metode de măsurare prin comparare simultană 1:n Compararea 1:n este o metodă de comparare simultană, în care măsurandul este comparat cu o mărime de referinţă de valoare sensibil diferită (măsurandul şi referinţa au valori în raportul 1:n, unde n 1). Există două posibilităţi de a compara simultan doi măsuranzi de valori diferite: metode de adiţionare (însumare), prin combinarea mai multor valori, astfel încât să permită în final o comparare 1:1, şi metode de multiplicare (de raport), în care se foloseşte un dispozitiv de raport intermediar prin comparare. Metode de comparare prin adiţionare Sunt metode relativ complexe, folosind valori auxiliare şi un număr suficient de comparări, astfel încât, în cele din urmă, compararea 1:n să se realizeze printr-un număr anumit de comparări 1:1. Exemplu: trebuie etalonată o masă etalon de 10 kg, prin comparare cu o masă de 1 kg, a cărei valoare este cunoscută. Pentru aceasta, se vor folosi o serie de mase auxiliare de 1 kg, 1 kg, 2kg şi 5 kg (ale căror valori nu trebuie să fie cunoscute), pe baza următoarei proceduri: - se etalonează prima masă de 1 kg, prin comparare cu etalonul de referinţă de 1 kg; - se etalonează a doua masă auxiliară de 1 kg în acelaşi fel, prin comparare cu referinţa de 1 kg; - se etalonează a treia masă auxiliară, de 2 kg, cu masa însumată (1kg+1kg) a două din etaloanele de 1 kg (de valori acum cunoscute); - se etalonează a patra masă auxiliară, de 5 kg, cu masa însumată (1kg+1kg+1kg+2kg) a celor patru etaloane de valori cunoscute, determinându-se astfel şi valoarea unui etalon de 5 kg; - se compară, în sfârşit, masa de 10 kg cu masa însumată (1 kg +1 kg +1 kg + 2 kg +5 kg), determinându-se astfel valoarea ei în raport cu masa de referinţă (cunoscută) şi cu masele auxiliare (determinate prin procesul de măsurare etalonare descris). Se observă că în această secvenţă de măsurări s-au efectuat numai comparări 1:1 (care, pentru precizie maximă, pot fi făcute prin substituţie sau prin permutare). în final însă, măsurarea este o comparare 1:10, ilustrată schematic în figura 2.4. Fig Compararea unei mase de 10 kg cu o masă de 1 kg, prin metoda de adiţionare, folosind patru mase auxiliare, de 1 kg (1'), 1 kg (1"), 2 kg şi 5 kg şi efectuând cinci comparări 1:1, succesive. Metode de comparare 1:n prin multiplicare Se mai numesc şi metode de raport, deoarece folosesc un dispozitiv de raport care permite compararea simultană a două mărimi de valori diferite (Fig. 2.5.). Fig Principiul metodei de multiplicare (de raport) De cele mai multe ori, metodele de multiplicare sunt similare metodelor de zero, în care una dintre mărimi este comparată cu un multiplu sau cu o fracţiune din cealaltă mărime. Raportul de multiplicare sau de divizare, reprezentat de un număr adimensional, este dat de dispozitivul de raport. Cel mai cunoscut exemplu de metodă de multiplicare este compararea a două mase cu ajutorul unei balanţe cu braţe inegale (bascula zecimală, bascula romană etc). Masa de măsurat este dată de relaţia: x= (l 2,/l 1 ) x o (13) unde: x - masa de referinţă; l 1,l 2 - lungimile braţelor de pârghii ale balanţei. Precizia metodei depinde nemijlocit de precizia raportului l 1 /l 2. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 13

14 În măsurările mărimilor electrice, metodele de multiplicare sunt folosite pe scară largă şi sunt cunoscute mai mult sub denumirea de metode de raport. Ele au deseori o precizie ridicată, datorită preciziei bune a dispozitivelor de raport electrice, cum ar fi punţi, divizoare rezistive, divizoare inductive ş.a. Ecuaţia generală de măsurare a metodelor de raport este: x = kx o (14) unde: k - parametrul caracteristic dispozitivului de raport. Parametrul k poate avea una sau mai multe valori fixe; în acest caz, pentru obţinerea relaţiei (14) este necesară variaţia valorii de referinţă X 0. Alte dispozitive de raport permit variaţia raportului caracteristic k în trepte fine, astfel că mărimea de referinţă poate avea o valoare fixă (sau mai multe valori fixe) Metode de măsurare prin comparare succesivă Metodele de comparare succesivă au avantajul simplificării operaţiei de măsurare. Compararea succesivă se impune ca metodă de măsurare a mărimilor fizice pentru care este imposibil, dificil sau incomod de realizat un etalon care să servească pentru compararea directă. Metoda de comparare succesivă este specifică aparatelor de măsurat indicatoare, în care au loc una sau mai multe conversii ale mărimii de măsurat. Exemplu: La un miliampermetru magnetoelectric, curentul de măsurat este convertit într-un cuplu mecanic care acţionează asupra acului indicator al aparatului. Acestui cuplu activ i se opune un cuplu rezistent, creat de elementul elastic (arc spiral, banda de suspensie). Poziţia indicatorului aparatului este determinată de echilibrul celor două cupluri. Se produce astfel o comparare între cuplul activ şi cuplul rezistent, deci între două mărimi care iau naştere în interiorul aparatului, în general de altă natură decât măsurandul. Un fenomen asemănător se produce într-un cântar dinamometric, într-un manometru cu element elastic sau într-un tahometru centrifugal, unde, prin conversia măsurandului, se ajunge la o forţă sau la un cuplu activ, echilibrat de o mărime rezistentă corespunzătoare. La un multimetru digital (Fig. 2.6.), mărimea de măsurat - tensiune, curent, rezistenţă etc. - este convertită într-o tensiune, într-un interval de timp sau într-o frecvenţă, care este comparată cu o mărime de referinţă corespondentă. Fig Multimetru digital Tuturor metodelor de comparare succesivă prezentate le este caracteristică conversia mărimii de măsurat, x, într-o mărime intermediară, v, care este comparată cu o mărime de aceeaşi natură, v 0, generată în interiorul aparatului. Metoda comparării succesive conţine" deci şi o comparare simultană, la care însă nu participă măsurandul, ci mărimi intermediare, una aflată în relaţie cu măsurandul (mărimea v), iar cealaltă în relaţie cu mărimea de ieşire a aparatului (mărimea v Q ). Cu alte cuvinte, compararea succesivă înlocuieşte compararea simultană dintre măsurând şi mărimea de referinţă, printr-o comparare simultană între alte două mărimi, una rezultată din conversia măsurandului şi alta care, prin conversie, devine mărimea de ieşire a aparatului (indicaţia aparatului). Figura 2.7. ilustrează principiul metodei de măsurare prin comparare succesivă. Fig Principiul metodei de măsurare prin comparare succesivă x - mărime de intrare; y - mărime de ieşire. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 14

15 2.2. METODE DE MĂSURARE INDIRECTĂ Prin aceste metode, valoarea măsurandului este obţinută din valoarea (sau valorile) măsurată (măsurate) a altei (sau ale altor) mărimi, legate de măsurând, printr-o dependenţă funcţională. Măsurările indirecte se aplică acelor mărimi pentru care nu se dispune de procedee practice avantajoase de comparaţie nemijlocită cu o mărime cunoscută aparţinând aceleiaşi clase. în asemenea cazuri, valoarea se obţine prin intermediul unor mărimi de altă natură, direct măsurabile, şi în raport de care există relaţii cunoscute de dependenţă a mărimii de măsurat. După forma acestor relaţii de dependenţă, se deosebesc două variante: - metode indirecte explicite, - metode indirecte implicite Metode indirecte explicite Metodele indirecte explicite sunt utilizate atunci când mărimea care se măsoară indirect depinde de cele direct măsurabile printr-o relaţie explicită. Există numeroase mărimi pentru care asemenea relaţii facilitează măsurarea lor. Exemplu: suprafeţele sau volumele nu se determină prin compararea directă cu unitatea, ci se măsoară lungimile laturilor şi, prin intermediul acestora, se calculează suprafaţa sau volumul corpului respectiv, pe baza unor relaţii cunoscute. În mod similar, rezistivitatea p a unui material conductor pentru care se poate scrie relaţia: p = RA/l, se determină prin măsurarea directă a rezistenţei R, a ariei A şi a lungimii l corespunzătoare unui eşantion din materialul respectiv. Introducând în relaţia de mai sus valorile obţinute, se deduce prin calcul valoarea rezistivităţii p. Alte exemple: măsurarea densităţii prin măsurarea masei m şi a volumului V şi aplicarea formulei p=m/v; măsurarea conductivităţii unui conductor prin măsurarea rezistenţei R, a lungimii l, şi a secţiunii S, ale conductorului şi determinarea conductivităţii σ cu ajutorul formulei σ=l/rs. Rezultă astfel că măsurările indirecte explicite constau din mai multe măsurători directe simultane, urmate de calcule relativ simple efectuate de operator Metode indirecte implicite Aceste metode diferă de metodele explicite prin aceea că mărimea care se determină indirect depinde de cele direct măsurabile printr-o relaţie implicită. Un exemplu îl poate constitui evaluarea coeficienţilor de variaţie cu temperatura a unei rezistente electrice conform relaţiei: R θ =R θo [ 1 + α(θ - Θ 0 ) + β(θ - Θ 0 ) 2 + γ(θ Θ 0 ) 2 ]. Problema este aceea a determinării coeficienţilor α, β, γ care intervin sub o formă implicită în relaţia de mai sus, pe baza măsurării temperaturii θ şi a rezistenţelor corespunzătoare R θ. Pentru obţinerea rezultatului, se vor parcurge etape similare, ca la metodele indirecte explicite, şi anume: măsurarea directă a temperaturii şi a rezistenţei, introducerea în relaţie şi deducerea coeficienţilor. Diferenţele constau în faptul că sunt necesare mai multe valori ale mărimilor direct măsurabile - deci o succesiune de măsurări directe - urmate de calcule complexe ce pot fi efectuate numai de un operator sau de un calculator. Pentru determinarea coeficienţilor, în exemplul considerat s-ar părea că sunt necesare trei măsurări ale rezistenţei R θ, la trei temperaturi diferite, cu care se formează un sistem de trei ecuaţii, prin rezolvarea căruia rezultă α, β, γ. O astfel de tratare a problemei ar conduce la soluţii valabile numai pentru cele trei temperaturi sau pentru o gamă restrânsă de temperatură. Dar interesează ca relaţia să fie adevărată pentru o gamă largă de variaţii ale lui θ. Obţinerea unor Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 15

16 soluţii corecte implică efectuarea unui număr mare de măsurări în întreg domeniul pentru care se urmăreşte valabilitatea relaţiei, astfel încât să se înglobeze o cantitate cât mai mare de informaţie privind caracterul dependenţei R = f(θ). Aceasta conduce la formarea unui sistem cu un număr de ecuaţii cu mult mai mare decât numărul de necunoscute, care este incompatibil. Se recurge atunci la o rezolvare aproximativă, prin metode care ţin de matematicile superioare. Observăm că măsurările indirecte implicite necesită operaţii complicate în care partea de calcul capătă un rol preponderent. În ultimele decenii, ca urmare a progresului tehnologic înregistrat în domeniul calculatoarelor, au apărut echipamente şi instalaţii complexe de măsurare şi calcul care facilitează aplicarea metodelor de măsurare indirecte implicite, cum ar fi analizoarele de frecvenţă. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 16

17 COLEGIUL TEHNIC METALURGIC SLATINA - OLT Nume Și Prenume Elev Clasa Data FIŞĂ DE EVALUARE. TEMA: PROCESE DE MĂSURARE Stabileşte valoarea de adevăr a următoarelor enunţuri: 1. Etaloanele nu se folosesc pentru măsurări curente. 2. Mijloacele de măsurare etalon au o destinaţie bine precizată: etalonarea altor mijloace de măsurare. 3. Etaloanele primare servesc la transmiterea unităţilor de măsură" către etaloane cu caracteristici metrologice superioare. Alege varianta de răspuns corectă: 1. Există trei categorii de etaloane: a. de definiţie; de conservare; pentru etalonarea mijloacelor de măsurare. b. de definiţie; de conservare; de transfer. c. de definiţie; de conservare; cu dispozitiv de raport. 2. Metoda diferenţială constă în măsurarea nemijlocită: a. cu ajutorul unui aparat numit comparator 1:1; b. a diferenţei dintre măsurând şi o mărime de referinţă cunoscută, de valoare apropiată de cea a măsurandului; c. printr-o comparare dublă. 3. Metoda permutării (metoda Gauss) elimină: a. erorile aleatorii. b. erorile etalonului primar sau secundar. c. eroarea comparatorului. Completează spaţiile libere cu expresia corectă: 1. Măsurarea este operaţia metrologică prin care o mărime...este comparată cu unitatea de măsură specifică. 2. Obiectul purtător al mărimii fizice se numeşte Etaloanele secundare de precizia cea mai ridicată sunt etaloane secundare de ordinul Clasifică procesele de măsurare în funcţie de domeniul de aplicabilitate. 5. Enumera încercările la care sunt supuse instalaţiile de distribuire a gazelor naturale. 6. Explică următorii termeni: măsurare, măsurând, mijloace de măsurare, etalon. 7. Clasifică etaloanele după: - componenţă; - subordonare metrologică. 8. Clasifică metodele de măsurare. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 17

18 CAPITOLUL 3. MIJLOACE PENTRU MĂSURAREA MĂRIMILOR TEHNICE CARACTERISTICE PROCESELOR INDUSTRIALE Mijloacele pentru măsurarea mărimilor tehnice caracteristice proceselor industriale se clasifică după mărimea măsurată în: - mijloace pentru măsurarea mărimilor geometrice; - mijloace pentru măsurarea mărimilor mecanice; - mijloace pentru măsurarea mărimilor fizico-chimice; - mijloace pentru măsurarea mărimilor termice; - mijloace pentru măsurarea mărimilor electrice MIJLOACE PENTRU MĂSURAREA MĂRIMILOR GEOMETRICE Mijloacele pentru mărimi geometrice se clasifică după mărimea măsurată în: - mijloace pentru măsurarea lungimilor; - mijloace pentru măsurarea unghiurilor Mijloace pentru măsurarea lungimilor Măsuri terminale pentru lungimi Măsurile terminale pentru lungimi sunt măsuri ale căror valori reprezintă distanţa dintre suprafeţele terminale perpendiculare pe axa de măsurare. Aceste suprafeţe se numesc suprafeţe de măsurare. Grupa măsurilor terminale cuprinde: - lame plan-paralele; - cale plan-paralele; - calibre; - lere pentru grosimi; - sfere. 1. Lamele plan-paralele sunt lame confecţionate din sticlă optică, folosite pentru verificarea planităţii suprafeţelor prelucrate prin lepuire (cale plan-paralele,calibre); au forma cilindrică, iar cele două baze sunt perfect plane şi paralele. Sunt păstrate în truse, iar pentru verificare se pot folosi una sau mai multe lame plan-paralele. 2. Calele plan-paralele sunt folosite atât pentru conservarea şi transmiterea unităţii de măsură a lungimii, cât şi pentru verificarea şi reglarea instrumentelor de măsurare. Au forma paralelipipedică, cu două suprafeţe de măsurare, plane şi paralele, cu finisare foarte bună. Se confecţionează din oţel, carburi metalice ce conţin wolfram sau materiale ceramice, cu coeficient de dilatare termică liniară mică la temperaturi cuprinse între 10 şi 30 C, şi cu duritate de 65 HRC. Suprafeţele de măsurare au o rugozitate de 0,012 mm. Materialul nu este magnetic. Elementele caracteristice ale unei cale plan-paralele sunt prezentate în figura 3.1. Fig Cale plan paralele S m -suprafaţa de măsurare S r - suprafaţa de referinţă l n - lungimea nominală Principalele abateri ale calelor plan-paralele sunt prezentate în figura 3.2. Fig Abaterile calelor plan paralele a) cala plan paralelă geometric ideală; b) abaterea lungimii mediane; c) abatere de la paralelism; d) abatere de la perpendicularitate a suprafeţelor laterale. Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 18

19 Lungimile nominale ale calelor plan-paralele sunt termeni ai unor progresii aritmetice şi sunt standardizate şi precizate în tabele. Calele plan-paralele sunt prezentate în truse, unde o lungime nominală este cuprinsă o singură dată. Pentru măsurare, se foloseşte o cală sau construcţii de cale, numite blocuri de cale", formate prin aderare, constând în apăsarea uşoară a calelor una peste cealaltă, combinată cu o mişcare de translaţie. La utilizarea calelor plan-paralele, trebuie să se ţină seama de următoarele indicaţii: - înainte de a fi utilizate, calele se şterg cu o cârpă moale; - calele se verifică periodic; - înainte de utilizare, se ţin în aceeaşi încăpere cu piesa de măsurat, pentru aducere la aceeaşi temperatură; - după utilizare, se curăţă, se şterg, se ung şi se reintroduc în trusă; - se evită utilizarea calelor plan-paralele în încăperi cu umiditate mare cu aburi sau supraîncălzite. 3. Calibrele sunt măsuri terminale, care se folosesc la controlul dimensiunilor, al formelor şi al poziţiei relative a pieselor. Ele sunt mijloace de verificare, deoarece nu măsoară efectiv dimensiunile, ci verifică dacă acestea corespund sau nu prescripţiilor din desenul de execuţie. Calibrele se folosesc, deci, la verificarea valorilor extreme admisibile. 4. Lerele pentru grosime sunt măsuri terminale cu valoare unică, în formă de lamelă metalică flexibilă. Se utilizează la verificarea interstiţiului dintre două suprafeţe prelucrate, la reglarea şi apoi la verificarea reglajului unor mecanisme, la determinarea jocului apărut ca urmare a uzurii mecanismelor. 5. Sferele sunt bile calibrate de diametre diferite, utilizate la controlul conicităţilor interioare. Ele sunt păstrate în truse. Măsuri de lungime cu repere Măsurile de lungime cu repere sunt măsurile ale căror valori sunt reprezentate de distanţa dintre două repere, care sunt trasate perpendicular pe axa de măsurare. Ele pot fi rigle cu valori unice şi rigle cu valori multiple. Metrul etalon - prototip internaţional (Fig. 3.3.) este o bară executată dintr-un aliaj cu 90% Pt şi 10% Ir, cu secţiunea de forma literei k" înscrisă într-un pătrat cu latura de 20 mm. La capete, are trasate câte trei repere, astfel încât distanţa dintre reperele centrale este de 1 m, la temperatura de 20 C. Fig Metrul etalon (prototipul internaţional) Metrul etalon - prototipul naţional este o riglă confecţionată din acelaşi aliaj ca şi prototipul internaţional, având în plus un reper trasat la 0,5 m; are simbolul 6c şi este păstrat la Institutul Naţional de Metrologie, Bucureşti. 1. Riglele sunt confecţionate sub forma de bară rigidă, putând fi alcătuite dintr-un singur element (rigle rigide) sau din mai multe elemente (rigle flexibile). Cele mai utilizate sunt: - rigle metalice rigide, întâlnite în varianta etalon sau de lucru; sunt utilizate pentru măsurare sau verificare şi pot fi confecţionate din oţel inoxidabil (rigle de verificare) sau din oţel carbon (rigle de lucru); Curs TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU Scanat de Ungureanu Marin 19