Riassunti Misure Meccaniche Termiche

STRUMENTI a TRASDUTTORE ELETTRICO NON RESISTIVO

1) Trasduttori piezoelettrici

Come applicazioni acustiche, pressioni limitate dal mbar a max 2 bar

La compressione dell’elemento sensibile genera una variazione di carica elettrica rilevabile

misurando la fem prodotta – microfoni economici, caldaie domestiche

2) Trasduttori induttivi

Ancora come microfoni - lo spostamento della membrana produce variazione nel traferro e

modifica l’induttanza di due circuiti sovrapposti 33

3) Trasduttori a mutua induzione

Accoppiamento di due bobine in opposizione genera squilibrio sulle tensioni che generano

Richiede alimentazione esterna

4) Trasduttori capacitivi

Lo spostamento della membrana modifica il dielettrico tra due armature e cambia la capacità

Utilizzato nei MEMS di wearable technology e smartphone

Richiede alimentazione esterna

STRUMENTI a TRASDUTTORE OTTICO

1) Manometri ad estensimetri ottici

Sfruttano principio di diffrazione - Quando un raggio luminoso è riflesso da parte di un cristallo,

oltre al raggio riflesso dal piano del cristallo coincidente con la superficie esterna, vi sono altri

raggi riflessi, provenienti dai piani del cristallo sottostanti – viene trascurata la rifrazione

Il risultato è un allungamento del percorso del raggio – la traiettoria è modificata all’aumentare

della pressione perché diminuisce la distanza tra gli strati atomici

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In tutti i casi visti devono essere previsti accorgimenti tanto più accurati quanto più alta è la pressione

e in funzione della precisione di misura e della corrosività del processo:

- Membrana resistente interposta tra il fluido misurato e il sensore di pressione, non inficiante

- Dissipatore a torretta per misurare pressioni ad alta temperatura richiede dissipazione –

fondamentale nei trasduttori di tipo elettrico per la dipendenza stretta dalla temperatura

- Condensatore per raccogliere l’umidità di processo prima che raggiunga lo strumento

34 - Cilindro mobile, smorzatore per filtrare i picchi di pressione pulsante

STRUMENTI MISURATORI di PRESSIONE DIFFERENZIALE

Strumenti suddivisi in base a principio di funzionamento in Strumenti a Dislivello Liquido (già viste

colonna ad U e bilancia idrostatica), Strumenti a Membrana (DP std cell) e a Cella di Barton

I parametri fondamentali per un misuratore di pressione differenziale sono il Δp massimo misurabile,

la pressione massima per ciascuna camera e la REIEZIONE di MODO COMUNE (indipendenza della Δp

dalla pressione assoluta in ciascuna camera)

A tale scopo devono essere garantite affidabilità geometrica, condizioni di utilizzo e taratura

1) Cella Standard DP

Adatta a misure di Δp statiche elevate – buona reiezione di MC

Strumento con cella principale collegata a cella di amplificazione tramite componenti

meccaniche – braccio, soffietto di equilibrio, molla di zero trimming e strozzamento

Di fatto trasforma la Δp della camera principale in una pressione assoluta PU in uscita

La linearità si ha quando la forza di contrasto tra le pressioni non è troppo elevata – smorzo

l’effetto e amplifico soltanto a valle

2) Cella di Barton

Cella moderna compatta più utilizzata in ambito industriale – migliore reiezione di MC (adatta a

Δp minori su p assolute più grandi), sicurezza, affidabilità e robustezza in condizioni sfavorevoli

La barra 11 è collegata in alto al processo e trasmette a

una leva di torsione l’informazione meccanica

I due soffietti simmetrici comunicano tramite un albero e

sono riempiti d’olio idraulico – la somma resta uguale ma

subendo la pressione del processo varia la proporzione

d’olio alloggiato nelle due camere

L’albero di comunicazione è spostato dalla differenza di

pressione e comunica con la barra tramite torsione

La taratura avviene tramite torchio idraulico o confronto e sempre a pressioni crescenti! 35

MISURE di LIVELLO

Esistono moltissimi metodi per misurare un livello, spesso vengono combinati in misure moltimodali

– obbiettivo è misurare la quantità di sostanza contenuta in un volume, misurando il volume della

sostanza stessa, la sua massa o il suo peso – ciascun metodo fornisce lettura leggermente diversa,

dovrò mediare i risultati!

Gli strumenti impiegati possono essere LIVELLOSTATI o LIVELLOMETRI a seconda se la misura di

livello è un semplice sopra/sotto soglia fissata oppure se è una misura continua di grandezza

Tra i modi più svariati le misure a vista restano le più diffuse, i trasduttori vengono impiegati laddove

ho necessità di inviare o mantenere l’informazione

La sostanza misurata può essere liquida, solida o tipo granaglie – i problemi di variabilità attribuiti alla

densità devono essere ridotti conoscendo la temperatura della sostanza e il comportamento della

densità in funzione di essa (COMPENSAZIONE TERMICA)

Trattazione a parte per le misure di livello ad elevata temperatura o pressione, dove dovrò conoscere

lo stato predominante (se liquido o gassoso) per determinare la densità

MISURE a VISTA

Si sfrutta tipicamente una colonna ausiliaria che tramite principio dei vasi comunicanti riproduce lo

stesso livello del serbatoio

Per ottenere lo stesso riferimento potenziale è necessario un TOP ISOBARICO a coprire serbatoio e

colonna per mantenerli alla stessa pressione – tramite Legge di Stevino posso ricavare il livello del

serbatoio quando recipienti con liquidi diversi La temperatura della colonna sarà prossima a

Tamb mentre quella del serbatoio sarà diversa,

compensazione

Come si nota, la curva piana non rappresenta una

funzione ma devo conoscere il titolo della sostanza

che è presente nel serbatoio e nella colonna

Se maggior parte è vapore considererò la

semicurva inferiore, viceversa se ho prevalenza di

stato liquido

36 1) A Tubo in Vetro

A sua volta presenta tre varianti a seconda del campo di applicazione;

• semplice – tubo corto, max 8bar e temperature stabili

• a livellette – più tubi semplici a campi sovrapposti

• di vetro temprato a livellette rifrangenti (Klinger) – molto resistenti, adatti a pressioni fino

a 400bar e temperature a 350°C – la faccia sagomata funge da prisma ottico in grado di

rifrangere la luce esterna anche con liquido incolore

Funzionamento basato sulla Legge di Snell

α è angolo di incidenza, n è indice di rifrazione del mezzo

e v la velocità assunta dall’onda nel mezzo

dove c’è il liquido la livelletta appare più scura

rispetto a dove c’è vapore!

MISURE a PRESSIONE DIFFERENZIALE

La misura di livello viene ricondotta ad una misura di pressione differenziale

1) A cella differenziale La coibentazione liquida della colonna permette

di mantenere la stessa temperatura; da stevino ..

Correlazione diretta delle altezze con la misura

effettuata dalla cella 37

2) Gorgogliatore

Misura praticamente diretta; la Δp viene

bilanciata dall’aria compressa erogata da un

compressore

L’equilibrio viene raggiunto regolando

l’alimentazione non appena il liquido smette di

gorgogliare – in questo stato leggo dal tubo ad

U la pressione raggiunta MISURE a CIELO APERTO

1) Manometri

Ancora sfruttando Stevino, viene fissato un manometro sul fondo della vasca e dalla pressione

esercitata dal liquido noto ricavo l’altezza del pelo libero – adatto a misure a cielo aperto

Manometri necessariamente impermeabili, ancora a membrana o Bourdon

I trasduttori associati a questi manometri possono essere piezoelettrici o capacitivi

MISURE a SPINTA IDROSTATICA

1) Pseudo galleggiante (densità maggiore di quella del liquido)

viene tenuto in galleggiamento da un supporto dinamometrico

Il cilindro è sottoposto a forza peso, spinta di archimede e reazione elastica della barra in torsione,

da una molla o da un soffietto che misurano all’equilibrio il livello di liquido

38 MISURE TRAMITE GRANDEZZE ELETTRICHE

1) Misuratori capacitivi

Adatti sia a recipienti aperti che sotto pressione – l’idea è di ricreare all’interno del serbatoio un

condensatore equivalente con dielettrico e legare il livello di liquido alla sua capacità

A tale scopo si possono pensare a varie alternative: se il liquido è conduttore può essere preso

come una delle armature e la seconda sarà una sbarra inserita in esso, la sua guaina o l’involucro

del contenitore stesso

La soluzione più vantaggiosa, tuttavia, prevede di considerare il liquido come dielettrico, un

elettrodo come prima armatura e l’involucro del serbatoio come seconda

Devo sommare le capacità del volume d’aria hmax

- h quando il liquido non riempie tutto – stretta

dipendenza dalla geometria del sistema!

2) Misuratori conduttivi

Una coppia di elettrodi, immersa in un liquido non isolante, genera un passaggio di corrente

• a 2 elettrodi – funzionamento da livellostato a soglia

• a 4 elettrodi – funzionamendo da livellometro in

continua – la coppia che conduce la corrente non è

la stessa che effettua la misura di fem - di fatto è la

classica misura a 4 terminali in cui una coppia

trasmette e misura la corrente e l’altra coppia

(piastre) misura la ddp tra i due punti 39

MISURE CON GALLEGGIANTE

Ancora livellometri o livellostati

1) A trasmissione meccanica diretta

Posizione del galleggiante rilevata a vista su asta graduata o trasmessa e amplificata o attenuata

meccanicamente con opportuno contrappeso

2) A trasmissione magnetica diretta

Il galleggiante è di fatto un magnete permanente che scorre in una guida magneto-sensibile

Al passare del galleggiante la guida viene polarizzata e i magneti sferici rimangono orientati in un

senso identificabile a vista

3) A Trasduttore Resistivo

Sistema con guida analogo a precedente – guida a resistenza variabile in funzione dell’altezza del

galleggiante, le resistenze vengono attivate da relè magnetici sollecitati dal galleggiante

Per non falsare la misura peso le resistenze in modo diverso – dalla corrente che circola nella serie

posso ricondurmi alla posizione raggiunta dal galleggiante lungo la guida

Se le resistenze non fossero pesate sarebbe necessaria una coda magnetica al galleggiante per

mantenere chiusi i relè che sono già stati superati – funzionamento si complica

4) Dispositivi Magnetostrittivi

Vengono usati strumenti come barre da comportamento magnetico particolare, soggetti a ..

Effetto Joule – la barra varia la sua lunghezza quando sottopost