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MISURE DI PRESSIONE. PRESSIONE u Grandezza DERIVATA: pressione forza area u Grandezza di STATO: si ragiona in termini di differenze di si ragiona in termini.

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1 MISURE DI PRESSIONE

2 PRESSIONE u Grandezza DERIVATA: pressione forza area u Grandezza di STATO: si ragiona in termini di differenze di si ragiona in termini di differenze di pressione pressione

3 zeroassoluto pressioneatmosferica pressioneassoluta pressionerelativa(positiva) pressionerelativa(negativa) MANOMETRI BAROMETRI VACUOMETRI p PRESSIONE

4 UNITA DI MISURA u Pascal: 11 2 PaNm unità del SI Pa 1 Pa bar 1 bar kgm f 2 kgm f 2 1 atm 1 atm , , , 0,99 9, , , , 1, , u Tabella di conversione:

5 u 1 hPa = 100 Pa u 1 kPa = 1000 Pa u 1 MPa = 10 6 Pa u 1 mbar = 100 Pa u 1 bar = 10 5 Pa u 1 hbar = 10 7 Pa u 1 dyn/cm 2 = 0,1 Pa u 1 kgf/cm 2 = 98066,5 Pa u 1 kgf/m 2 = 9,80665 Pa u 1 mmHg = 133,322 Pa u 1 torr = 133,322 Pa u 1 atm = Pa u 1 mmH 2 O = 9,80665 Pa u 1 mH 2 O = 9806,65 Pa u 1 psi = 6894,76 Pa u 1 lbf/in 2 = 6894,76 Pa u 1 lbf/ft 2 = 47,8803 Pa u 1 pdf/ft 2 = 1,48816 Pa u 1 tonf/in 2 = Pa u 1 tonf/ft 2 = Pa u 1 inHg = 3386,39 Pa u 1 inH 2 O = 249,089 Pa u 1 ftH 2 O = 2989,07 Pa u 1 atm = 760 mmHg UNITA DI MISURA

6 PERCHE E QUANDO SI MISURANO LE PRESSIONI

7 MANOMETRI u Colonna di liquido u A deformazione

8 MANOMETRI A COLONNA DI LIQUIDO (DIFFERENZIALI)ppghm12 ppghhmm12 u Se = p atmosferica : p2 hm = pressione relativa Sensibilità se m h p 1 p 2 m

9 u Caso generale: p 11,p22, x1x1x1x1 x2x2x2x2 h m xpxhhp m ppxxh m Se m e m : pphm12

10 m2 In generale: pphm 12 2 A pari p: sensibilità se p Pa (1 atm) Pa (1 atm) max max 10 5 m 2 e sono funzioni della temperatura

11 MANOMETRO A POZZETTO p 1p2 h A1A1A1A1 A2A2A2A2 A 1 >> A 2 La variazione di livello in corrispondenza di p 1 può essere trascurata

12 lettura: ? Fondo scala: 2500 Pa - +

13 CARATTERISTICHE: u campo di misura: Pa u risoluzione dichiarata: 0,1 Pa u accuratezza: 0,05% del fondo scala u liquido manometrico: acqua distillata più additivi per ridurre la tensione superficiale additivi per ridurre la tensione superficiale u la taratura si intende a condizioni standard (p = 1 atm T = 20°C). Sono previste correzioni (p = 1 atm T = 20°C). Sono previste correzioni per tarature in condizioni non standard per tarature in condizioni non standard

14 MANOMETRO A TUBO INCLINATO l h p1p1p1p1 p2p2p2p2 m pp l sin m 1 2 Sensibilità se Sensibilità se Inclinazione massima limitata dalla capillarità

15 LIQUIDI MANOMETRICI PER MANOMETRI A COLONNA DI LIQUIDO u MERCURIO: pressioni di acqua, gas o vapore in cui non interessi una elevata sensibilità (non cui non interessi una elevata sensibilità (non evapora); evapora); u ACQUA: piccole pressioni di gas con sensibilità buona; buona; u OLIO: pressioni di gas molto piccole con elevata sensibilità; sensibilità; TOLUOLO: elevata sensibilità, ma m varia con la TOLUOLO: elevata sensibilità, ma m varia con la temperatura. Ha problemi di capillarità. temperatura. Ha problemi di capillarità. u MISCELE DI ALCOL E BENZINA

16 ESEMPI

17 ESEMPI

18 MANOMETRI A DEFORMAZIONE u TUBO BOURDON u MANOMETRI A MEMBRANA u MANOMETRI A SOFFIETTO

19 TUBO BOURDON A A SEZ. A-A u Tubo a sezione ellittica ellittica u Asse ad arco di circonferenza circonferenza p0p0p0p0

20 p0p0p0p0 p 1 > p 0 A A SEZ. A-A p: p: - la sezione tende a - la sezione tende a diventare circolare; diventare circolare; - lasse tende a - lasse tende a diventare rettilineo diventare rettilineo p1p1p1p1 TUBO BOURDON u Tubo a sezione ellittica ellittica u Asse ad arco di circonferenza circonferenza

21 TUBO BOURDON

22 SENSIBILITA E FONDO SCALA FUNZIONE DI: u modulo di elasticità del materiale; u forma della sezione; u angolo di avvolgimento; u spessore del tubo fp u FONDO SCALA: > 1000 atm u INCERTEZZA: % per manometri campione % per manometri industriali % per manometri industriali

23 u PRESSIONE DI LIQUIDI E DI GAS: liquido gas Se p = 100 atm e si fora il tubo di Bourdon: - se ho del liquido nel tubo di Bourdon: tubo di Bourdon: appena esce una goccia appena esce una goccia p = p atm p = p atm - se ho del gas nel tubo di Bourdon: di Bourdon: per avere p = p atm deve per avere p = p atm deve uscire il 99% del gas del uscire il 99% del gas del recipiente (esplosione) recipiente (esplosione)

24 - ridotto effetto di carico pV = cost. u PRESSIONE DI LIQUIDI E DI GAS: liquido gas

25 SOFFIETTI E MEMBRANE u La pressione provoca la deformazione di un elemento elastico elemento elastico u La deformazione è misurata con estensimetri o con captatori di spostamento con captatori di spostamento u Curva di taratura valore della pressione p1p1p1p1 p2p2p2p2 vuotop relativa assoluta p

26 MEMBRANE u Lisce u Corrugate p1p1p1p1 p2p2p2p2 p1p1p1p1 p2p2p2p2 Sensibilità e fondo scala legati al campo di misura del trasduttore che rileva la deformazione

27 u Membrane lisce: - buona linearità se la deflessione massima è pari al 30% dello spessore della membrana; pari al 30% dello spessore della membrana; - effetto di rezione dei trasduttori di spostamento a contatto a contatto rinforzo delle membrane nella parte centrale rinforzo delle membrane nella parte centrale - possibilità di utilizzare gli estensimetri come trasduttori secondari trasduttori secondari

28 u Membrane corrugate: - diametro maggiore rispetto a quelle lisce - linearità anche con deflessoni maggiori del 30% dello spessore dello spessore - utilizzate soprattutto in applicazioni statiche (riduzione della risposta dinamica provocata (riduzione della risposta dinamica provocata dalla maggiore dimensione e dalla maggiore dalla maggiore dimensione e dalla maggiore deflessione) deflessione)

29 PROBLEMI LEGATI ALLELEMENTO SENSIBILE u Isteresi u Non linearità u Resistenza meccanica

30 u ISTERESI: diversi andamenti della deformazione tra la fase di carico e quella di scarico dopo un ciclo la membrana può non ritornare nella posizione iniziale

31 u NON LINEARITA x p caratteristica x non è lineare con p Con gli appoggi sagomati: - buona sensibilità per piccoli p piccoli p - elevato fondo scala, ma minore sensibilità ma minore sensibilitàmembranax appoggisagomati

32 u RESISTENZA MECCANICA olioolio p1p1p1p1 p2p2p2p2 membrana elementoresistente p 1 e p 2 elevate, ma p piccolo p piccolo Se la pressione diminuisce bruscamente da un lato, il p aumenta di centinaia di p aumenta di centinaia di volte rottura della membrana

33 TRASDUTTORE DI PRESSIONE PRESSIONEDEFORMAZIONETENSIONE-CORRENTE

34 MISURA DELLA DEFORMAZIONE u Estensimetri (solo per membrane lisce) u LVDT u Trasduttori di spostamento capacitivi u Trasduttori di spostamento induttivi u Materiali piezoelettrici u Materiali piezoresistivi

35 u Estensimetri p estensimetri estensimetri 1 e 2 su lati contigui del ponte taratura in pressione del sistema di misura

36 V V pR Et () Rp t c r u Estensimetri

37 TRASDUTTORE AD ESTENSIMETRI

38 ESEMPIO: TRASDUTTORE A SOFFIETTO CON LVDT + -

39 CAPTATORI DI PRESSIONE CAPACITIVI ?? APPLICAZIONE TIPICA: MICROFONI CHE COSA E IL SUONO?

40 p p SENSORI DI PRESSIONE AL QUARZO Particolarmente adatti alle misure dinamiche con limitazioni alle basse frequenze (0-2 Hz)

41 SENSORI DI PRESSIONE AL QUARZO

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43

44 ALCUNE CARATTERISTICHE TIPICHE frequenza propria: fino a 100 kHz sensibilità: pC/bar portata:fino a circa 1000 bar linearità:< 1% sensibilità allaccelerazione: < bar/g

45 ESEMPIO: sensore piezoresistivo sensore piezoresistivo

46 SENSORE PIEZORESISTIVO Sono trasduttori estensimetrici a semiconduttore Sono trasduttori estensimetrici a semiconduttore

47 Lastra di silicio su cui per diffusione viene ricavato un ponte completo di estensimetri ed un termistore per la compensazione termica cavità estensimetro diffuso wafer di silicio gel di silicio p1p1p1p1 p2p2p2p2 SENSORE PIEZORESISTIVO

48 COMPENSAZIONE DELLA TEMPERATURA

49 ALTE E BASSE PRESSIONI

50 ALTE PRESSIONI (> 500 MPa) p elemento sensibile circuito di misura La resistenza dellelemento sensibile è funzione della pressione si misura la variazione di resistenza dellelemento sensibile dRR pE d p / / 2 cherosene

51 BASSE PRESSIONI (< 0.1Pa) p1p1p1p1F p1p1p1p1 p1p1p1p1 F 1 >F p1p1p1p1 V1V1V1V1 a Se aumento F il mercurio ostruisce il condotto a p 1 resta incapsulato in V 1

52 Legge di Boyle: pVp V p p V V F 2 > F 1 p2p2p2p2h V2V2V2V2 0 V 2 = A h A: area del tubo Aumento F fino a far salire il mercurio sino al riferimento di 0 p 2 =p 1 + h

53 MISURA DI UN CAMPO DI PRESSIONE DI PRESSIONE

54 Per definire un campo di pressione occorrono numerosi punti di misura Si utilizzano prese di pressione collegate mediante dei tubi al sistema di misura ESEMPI: -distribuzione delle pressioni in una macchina a fluido a fluido -distribuzione delle pressioni su modelli in galleria del vento galleria del vento

55 MISURA DI PRESSIONI MULTIPLE 2 PRINCIPI: un solo trasduttore + multiplexer pneumatico che consente la misura di un canale alla volta un solo trasduttore + multiplexer pneumatico che consente la misura di un canale alla volta un trasduttore per ciascun canale un trasduttore per ciascun canale

56 motorepasso-passo commutatore SCANNER DI PRESSIONI

57 calibrazioneautomatica multiplexer + voltmetro SCANNER DI PRESSIONI

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60 MISURA DELLE PRESSIONI DINAMICHE

61 Il sistema da considerare risulta essere costituito da: u strumento di misura u sistema di collegamento p L strumento di misura tubo di collegamentod

62 M k r Sistema vibrante a 1 g.d.l. M: massa della membrana e della parte di fluido e della parte di fluido che si muove con essa che si muove con essa k: rigidezza del tubo e della membrana membrana r: smorzamento legato alle forze viscose forze viscose

63 u Gas: Essendo: f: frequenza propria del sistema C: velocità del suono nel gas a: area del tubo di collegamento ( d 2 /4) V: volume della cavità dello strumento di misura L: lunghezza del tubo di collegamento f Ca VLa 2 1 2

64 u Liquido: fdAkgL 83 Essendo: d: diametro del tubo di collegamento A: area effettiva dellelemento sensibile k: rigidezza complessiva del sistema : densità del fluido : densità del fluido L: lunghezza del tubo di collegamento

65 DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DELLA RISPOSTA DEI TRASDUTTORI DI PRESSIONE (risposta al gradino) sensore piezoresistivo + tubo in rame 1mm l=1m 1mm l=1m ms [V]

66 [V] sensore piezoresistivo + tubo di plastica 1mm l=1m 1mm l=1m (risposta al gradino)

67 TARATURA

68 GERARCHIA DI TARATURA Istituto nazionale di metrologia I.M.G.C. COLONNETTI - Torino Centri SIT Laboratori Il certificato di taratura deve dimostrare la catena di riferibilità

69 Metodi di taratura: u per confronto u a pesi

70 TARATURA PER CONFRONTO pistone strumento da tarare strumentocampione

71 u Lo strumento campione (secondario) deve avere una incertezza di almeno 4 volte migliore avere una incertezza di almeno 4 volte migliore dellincertezza dichiarata o presunta dello dellincertezza dichiarata o presunta dello strumento da tarare strumento da tarare u Tre cicli completi di taratura permettono di ricavare: - lincertezza (in percentuale del fondo scala) - lincertezza (in percentuale del fondo scala) - la ripetibilità - la ripetibilità - la linearità - la linearità - listeresi - listeresi

72 TARATURA A PESI pesipistone strumento da tarare Cause di incertezza: - attrito cilindro-pistone - incertezza sullarea del pistone - incertezza sullarea del pistone - pesi campione p=FA

73 PROCEDURA DI TARATURA u Stantuffo a fine corsa u Montaggio manometro da tarare: p interna = p ambiente p interna = p ambiente u Carico con peso campione u Azione sul volantino fino al sollevamento del carico u Rotazione del disco (attrito dinamico) u Lettura del monometro di prova u Nuovo carico

74 BANCO DI TARATURA PER MANOMETRI DIFFERENZIALI

75 BANCO DI TARATURA PER MANOMETRI INDUSTRIALI


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