|
|
|
Presiunea reprezinta un parametru de baza pentru majoritatea proceselor tehnologice in care se folosesc fluide si se defineste prin relatia:
[raport dintre
forta F si suprafata S] (6.3.1)
Presiunea poate fi :
absoluta, atunci cand se masoara in raport cu
vidul absolut,
relativa sau efectiva, daca
masurarea se face ca o diferenta fata de presiunea atmosferica,
diferentiala, atunci cand
masurarea se face in raport cu o presiune considerata ca
referinta.
Unitatea de masura a presiunii :
pascalul (1 Pa = 1 N/m2),
in tehnica se prefera barul (1 bar = 103
Pa),
unitati derivate:
atmosfera fizica (1 atm reprezinta presiunea hidrostatica echivalenta a unei coloane de mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, cu inaltimea de 760 mm, la acceleratia gravitationala g = 980,666 cm/s2);
mm coloana de mercur (1 mm Hg = 1 torr - presiunea hidro-statica a unei coloane de mercur cu inaltimea de 1 mm, in conditiile anterioare;
mm coloana apa (1 mm H2O reprezinta presiunea hidro-statica echivalenta unei coloane de apa cu inaltimea de 1 mm).
Presiunea normala, luata ca referinta in tehnica - presiunea exercitata de o coloana de mercur cu inaltimea de 735,56 mm (echivalentul unei atmosfere tehnice) - difera de presiunea atmosferica normala, care corespunde presiunii hidrostatice echivalente unei coloane de mercur cu inaltimea de 760 mm la 00 C si g = 980,666 cm/s2.
Domeniul presiunilor din tehnica este deosebit de vast, metodele de masurare fiind specifice doar pentru anumite intervale
Deoarece presiunea p se defineste pe baza fortei, rezulta ca metodele de masurare sunt asemanatoare cu cele pentru masurarea fortelor.
Principiul de functionare al traductoarelor de presiune (elementele sensibile ale acestora) consta in general, in convertirea unei presiuni intr-o deplasare liniara care, la randul sau este convertita intr-o variatie de tensiune cu ajutorul unui montaj potentiometric.
In functie de domeniul presiunilor de masurat, elementele sensibile ale acestor traductoare difera.
Elementele sensibile pot fi:
Membrane
a - plana
b - gofrata triunghiular
c - gofrata sinusoidal
d - gofrata trapezoidal
Tuburi
a - silfon
b - tub Bourdon (1 - oval;
2 - eliptic; 3 - in D)
Pistoane
cu resort
Caracteristici :
membranele gofrate sunt mai dificil de realizat, dar sunt mai sensibile
se poate considera ca o membrana gofrata amplifica efectul obtinut cu o membrana plana, de atatea ori, cate onduleuri are
la pistonul cu resort, forta elastica a acestuia, echilibreaza presiunea de masurat
silfoanele si tuburile fac parte din aceeasi categorie de elemente sensibile
burdufurile metalice ondulate (silfoane), realizate dintr-un
material elastic cunoscut tehnic sub denumirea de tombac sau din
otel obisnuit, au proprietatea de a-si modifica dimensiunile sub
actiunea unei presiuni, fiind reprezentate in doua variante posibile
In cazul in care e necesara masurarea unei presiuni absolute sau diferentiale, se utilizeaza baterii de burdufuri montate in opozitie
Camerele cu membrana cunoscute si sub denumirea de membrane gofrate, se executa in general dintr-un aliaj de bronz si beriliu sau din oteluri inoxidabile.
Functionarea membranei este similara cu cea a burdufului ondulat, adica sub actiunea unei presiuni se va produce deformarea acesteia, ceea ce duce la convertirea unei presiuni intr-o variatie de deplasare liniara.
Tuburile Bourdon se executa in general din alama arcuita, cunoscuta sub numele de "tombac", sub forma unui tub cu sectiune ovala, eliptica sau semisfera (a, b, c), cu un capat rigid la care se aplica presiunea de masurat. Celalalt capat (liber) se va deforma sub actiunea presiunii, realizand fie o deplasare liniara, fie una unghiulara (cazul manometrelor), putand fi prevazute cu contacte electrice de minim si maxim (cazul presostatelor).
Sensibilitatea maxima a tuburilor Bourdon se obtine pentru cele cu sectiunea semisferica.
Traductoarele de presiune prezentate au o sensibilitate relativ redusa, precizia lor fiind influentata de vibratii si socuri, temperatura, umiditate existenta derivei de zero etc.
Durata de viata a acestor traductoare este influentata de ciclurile de functionare si suprasarcinile la care sunt supuse, fiind totusi traductoarele de presiune cele mai utilizate.
Traductor de presiune special
Pentru cazul presiunilor foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesc traductoare de presiune speciale, una din variante fiind reprezentata principial in figura de mai sus.
Elementul sensibil este executat de obicei din otel inoxidabil care, sub actiunea unei presiuni este supus unei dilatari. Acest lucru va duce la variatia lungimii unui fir rezistiv bobinat, adica la variatia rezistentei electrice a acestuia.
Cu ajutorul unui montaj potentiometric sau cu o punte de masura, variatiile de presiune sunt preluate sub forma unor semnale de tensiune electrica.
Pentru masurarea subpresiunilor se utilizeaza :
vacuumetre Pirani,
traductoare de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece
(Penning),
traductoare cu ionizare prin radiatii (alfatron)
si traductoarele de tip
magnetron.
Alte exemple de traductoare de presiune:
Timpanul - este un traductor de presiune acustica
undele sonore sunt caracterizate prin presiune si
viteza: pentru procesele tehnologice in care intervin aceste unde, foarte
importanta este presiunea, deoarece viteza particulelor, fiind foarte
mica, este dificil de determinat
in cazul urechii, vibratiile sonore sunt "culese" de
pavilionul urechii; undele intra in conductul auditiv si ajung la
timpan; acesta incepe sa vibreze si informatia este
transformata (prin componentele anatomice ale urechii) in impulsuri
electrice care sunt transmise la creier; se poate spune ca timpanul este
un traductor de presiune
Microfonul in figura urmatoare sunt reprezentate schema de principiu si componentele unui microfon cu rolul lor functional :
Traductoare piezoelectrice - sunt traductoare de presiune bazate pe fenomenul piezoelectric
fratii Curie au descoperit fenomenul piezoelectric;
astfel, cristalele de cuart (SiO2) presate pe doua
fete opuse produc intre alte doua fete opuse, o tensiune
proportionala cu presiunea exercitata
proprietati piezoelectrice mai au si
turmalina, oxidul de zinc, titanatul de bariu si altele
cristalele de cuart sunt folosite la ceasurile
electronice de mana si de precizie, a caror eroare in
masurarea timpului este foarte mica, de cateva zecimi de secunda
intr-o mie de ani
Traductoare de presiune relativa, absoluta sau diferentiala :
Cu urmatoarele caracteristici :
clase de precizie: 1%; 0,5%; 0,25% ; ± 0,1%
semnale de iesire: 2 fire (4.20 mA) sau 3 fire (020 mA; 0.5 V ; 0.10 V)
Sugestii metodologice
UNDE PREDAM?
Continutul poate fi predat in cabinet, laboratorul de electronica si automatizari sau intr-o sala care are calculator si videoproiector
CUM PREDAM?
Prezentare prin expunere, observatie dirijata, problematizare, prelucrare independenta a informatiei, joc de rol etc. Se recomanda utilizarea combinata a explicatiei cu dialogul dirijat, exemplificarea, exercitiul si exemplul practic
Lucrari de laborator: Studiul functionarii traductoarelor de presiune
Se recomanda efectuarea unei lucrari de laborator pentru determinarea presiunii utilizand traductoare de presiune
Se recomanda utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planselor tematice si, a fiselor de lucru pentru elevi pentru activitatile de fixare a noilor cunostinte
ORGANIZAREA CLASEI:
Clasa poate fi
organizata frontal, pentru predare si pe grupe de 3-4 elevi sau
individual, la lucrarile de laborator, in functie de nivelul clasei
EVALUAREA CUNOSTINTELOR:
Evaluarea se
poate realiza online sau prin fise de evaluare individuale in care
elevul sa defineasca traductoarele de presiune, sa identifice
elementele componente ale traductorului tensometric si sa descrie
functionarea acestuia
