Domande aperte Misure meccaniche e termiche

Principio di funzionamento dei manometri con l'angolo di contatto

Se tra le interfacce tra i due rami ad U non vi è perfetta simmetria (uguali diametri e stessi fluidi a contatto) occorre tener conto del fenomeno di capillarità. Le forze di tensione superficiale inducono nei tubi di diametro non infinito un innalzamento o abbassamento del liquido rispetto alla superficie libera pari a:

La differenza del livello di liquido effettiva sarà quindi composta dalla differenza di differenziali a colonna di liquido e le problematiche di liquido dovuta alla variazione di pressione + quella dovuta alla differenza di capillarità. Applicazione (effetti della capillarità). Descrivere anche le 38,03 Se si può considerare nulla la capillarità, possiamo determinare con buona approssimazione la relazione che rappresenta questa tipologia.

di sensori. Infatti se chiamiamo pA iltecnologie costruttive volte a migliorare l'accuratezza di contriibuto di pressione totale che si ha sul ramo A , e pB quello sul ramo B, allora la pressione differenziale sarà :misura (manometro a braccio inclinato, manometro apozzetto). dove il deltaH sarà l'uscita e il deltaP invece l'ingresso.La costante di sensibilità statica dello strumento vale: K = 1/gp. Si evince quindi che in assenza di capillarità la sensibilità non dipende dalla sezione del tubo.Per aumentare l'accuratezza di misura di un classico manometro differenziale ad U si possono usare manometri a bracci inclinati o manometri a pozzetto.Con i manometri a bracci inclinati si ottiene che a parità di ΔP si avrà una lettura L maggiore sul tubo inclinato rispetto a quella classica h verticale. L'aumento di sensibilità dello strumento è proporzionale all'angolo α.

d'inclinazione del tubo: L= h/cosα Il manometro a pozzetto invece permette di misurare la pressione differenziale facendo soltanto una lettura di livello. Il principio di funzionamento dei termometri bimetallici è basato sulla differente dilatazione termica di 2 metalli diversi. Se infatti si incollano tra loro 2 lamine di materiale differente, rispettivamente di coefficiente di dilatazione termica αA ed αB, ad una variazione di temperatura corrisponderà una diversa dilatazione delle 2 lamine che quindi si curveranno. Il raggio di curvatura ρ dell'insieme bimetallico dipenderà dalla differenza di temperatura tra quella da misurare T2 e quella di incollaggio T1. Fondamentalmente le due lamine si comportano come due trasduttori che trasformano l'ingresso T in uno spostamento X, a seconda della differenza di temperatura tra le condizioni T1 e le condizioni T2 avremo una curvatura da un lato o dall'altro. Ad esempio per T2 maggiore.di T1 avremo una curvatura verso il basso, altrimenti per T1 > T2 avremo una curvatura verso l'alto. Per ridurre al minimo il raggio di curvatura e ottenere la massima sensibilità possibile andrebbero utilizzato un materiale con coefficiente di dilatazione termica negativo. Siccome non esistono materiali con tale caratteristica si ricorre all'impiego di una combinazione di acciao e nickel avente α equivalente a 1. Il principio di funzionamento dei termometri a pressione è basato sull'espansione di fluidi (gas, vapori o liquidi come il mercurio e lo xylene) racchiusi in un contenitore. Tali dispositivi sono costituiti da un bulbo contenente il fluido che caratterizza l'elemento sensibile alla temperatura, da un capillare che caratterizza l'elemento di trasmissione e da un trasduttore di temperatura ad espansione bimetallici e a pressione. In pratica all'aumentaread espansione di liquido dipende dal punto di ebollizione del liquido utilizzato. Ad esempio, il mercurio ha un punto di ebollizione di circa 357°C, quindi può essere utilizzato per misurare temperature fino a questo valore. Al contrario, l'alcool ha un punto di ebollizione molto più basso, intorno ai -114°C, quindi può essere utilizzato per misurare temperature più basse. I termometri a gas o vapore, invece, utilizzano la legge dei gas ideali (PV=RT) per misurare la temperatura. In questo caso, la variazione di temperatura provoca una variazione di pressione a volume costante. Questi termometri sono spesso utilizzati in applicazioni ad alta pressione o in ambienti in cui la presenza di liquidi potrebbe essere problematica. In conclusione, la scelta del sensore di temperatura dipende dalle specifiche dell'applicazione, come la gamma di temperature da misurare e le condizioni ambientali.a mercurio è intorno ai 550 °C, ovviamente utilizzando vetri speciali e inserendo gas inerti nel volume che, in pressione, impediscono che la colonna si separi ed aumentano il punto di ebollizione. Il termometro può operare in diverse condizioni di immersione, cioè parziale, totale o completa. In funzione delle diverse condizioni, occorre effettuare una taratura con un termometro ausiliare e quindi ci sarà una correzione ΔT (differenza della temperatura misurata con quella del sistema da tarare) che sarà funzione della lunghezza della colonna liquida immersa L per K (coefficiente di espansione differenziale termometrico/vetro). I sensori di temperatura a bulbo sono simili a quelli citati sopra, ma utilizzano la pressione invece dell'espansione del liquido. Sono costituiti da un bulbo (riempito da un fluido), da un capillare e da un trasduttore di pressione. All'aumentare della temperatura, il fluido all'interno del bulbo si espanderà.causando un aumento di pressione che può essere misurato con un tubo di Bourdon, un diaframma o un soffietto. I fluidi più utilizzati sono mercurio e xylene avendo una comprimibilità molto piccola e quindi la variazione di temperatura dipende solo dalla variazione di volume del liquido. La legge che regola il funzionamento di questi termometri è: ``` Descrivere il principio di funzionamento dei sensori di Dove: AC è la sezione del capillare; Vb è il volume del bulbo; KEX è il coefficiente di espansione termica del fluido termometrico; Ttf è la temperatura del fluido termometrico nel temperatura ad espansione di liquido o a bulbo e il loro bulbo. Per il principio di conservazione di energia si ha che: QIN-QOUT= U <- Energia immagazzinata. Nell'ipotesi che non ci sia scambio di energia con l'ambiente QOUT= 0 otteniamo :44,05 comportamento dinamico. Ricavare la loro funzione di risposta in frequenza e disegnarne il grafico in ``` Ecco il testo formattato con i tag HTML:

Causando un aumento di pressione che può essere misurato con un tubo di Bourdon, un diaframma o un soffietto. I fluidi più utilizzati sono mercurio e xylene avendo una comprimibilità molto piccola e quindi la variazione di temperatura dipende solo dalla variazione di volume del liquido.

La legge che regola il funzionamento di questi termometri è:

Descrivere il principio di funzionamento dei sensori di Dove: AC è la sezione del capillare; Vb è il volume del bulbo; KEX è il coefficiente di espansione termica del fluido termometrico; Ttf è la temperatura del fluido termometrico nel temperatura ad espansione di liquido o a bulbo e il loro bulbo. Per il principio di conservazione di energia si ha che: QIN-QOUT= U <- Energia immagazzinata. Nell'ipotesi che non ci sia scambio di energia con l'ambiente QOUT= 0 otteniamo :44,05 comportamento dinamico. Ricavare la loro funzione di risposta in frequenza e disegnarne il grafico in

una resistenza che varia in funzione della temperatura. La relazione tra resistenza e temperatura è generalmente non lineare e può essere descritta da una curva caratteristica. I termistori sono ampiamente utilizzati in applicazioni industriali e domestiche per misurare la temperatura. I termistori hanno diverse caratteristiche che li rendono adatti per diverse applicazioni. Ad esempio, i termistori a coefficiente di temperatura negativo (NTC) hanno una resistenza che diminuisce al aumentare della temperatura, mentre i termistori a coefficiente di temperatura positivo (PTC) hanno una resistenza che aumenta al aumentare della temperatura. Queste caratteristiche possono essere utilizzate per controllare la temperatura in dispositivi come frigoriferi, forni elettrici e sistemi di riscaldamento. Inoltre, i termistori hanno una risposta rapida ai cambiamenti di temperatura, il che li rende adatti per applicazioni in cui è necessario monitorare rapidamente le variazioni di temperatura. Possono essere utilizzati anche in ambienti difficili, come ad esempio in presenza di umidità o sostanze chimiche aggressive. In conclusione, i termistori sono dispositivi versatili e affidabili per la misurazione della temperatura. La loro resistenza variabile in funzione della temperatura li rende adatti per una vasta gamma di applicazioni, mentre la loro risposta rapida e la resistenza agli agenti esterni li rendono adatti per ambienti difficili.

Una sensibilità più elevata rispetto alle termoresistenze ed inoltre al crescere della temperatura la loro resistenza decresce esponenzialmente, infatti:

Dove R è appunto la resistenza alla temperatura T [K], R0 è la resistenza alla temperatura di riferimento T0 e β [K] è una costante che dipende dalla composizione del materiale ceramico.

Per intervalli termici dell'ordine dei 100°C la relazione resistenza/temperatura può essere descritta dalla seguente relazione:

Descrivere il principio di funzionamento dei termistori e il circuito di misura principale che viene utilizzato per la misura della variazione della resistenza. Dove A, B e C sono coefficienti che si ottengono risolvendo l'equazione in 3 punti in cui sono note le coppie cartesiane (R; T). Questa relazione permette di valutare l'andamento della temperatura in funzione della resistenza del termistore con un'accuratezza dell'ordine dei 0,02°C.

Il principale circuito di misura utilizzato per rilevare la resistenza dei termistori è il ponte di Wheatstone a 2 fili (bilanciato o sbilanciato).

I trasduttori di pressione a deformazione elastica sfruttano la deformazione di un elemento elastico che viene misurata con sensori di spostamento o di deformazione; due dei principali sono il tubo di Bourdon ed i trasduttori a diaframma o a soffietto.

I Trasduttori a tubo di Bourdon esistono in diverse configurazioni come il tubo piegato a C, a spirale, ad elica. Il tubo di Bourdon piegato a C consiste in un tubo di sezione ellittica piegato a formare una C dove l'estremità inferiore (aperta) viene ancorata mentre la punta superiore (chiusa) della C viene lasciata libera di muoversi. Non appena una pressione viene applicata all'estremità aperta, la pressione interna al tubo aumenta contestualmente e dunque il tubo da sezione ellittica tende a diventare circolare aumentando di conseguenza il raggio di curvatura.

della C. Tale deformazione della C causerà uno spostamento dell'estremità libera che verrà misurato mediante un sensore di spostamento come un LVDT. La sensibilità di questo strumento dipende dal modulo di elasticità del materiale, dalla forma della sezione, dall'angolo di avvolgimento e dallo spessore del tubo. Poiché all'esterno del tubo agisce la pressione atmosferica, esso fornisce una misura di pressione relativa. La principale problematica d'applicazione riguarda la sostanza col quale viene riempito il tubo infatti, se si riempisse di liquido, appena ne uscirebbe anche soltanto qualche goccia, già la pressione interna eguaglierebbe quella atmosferica, se invece si riempisse di gas, affinché le 2 pressioni risultino uguali, occorrerebbe la fuoriuscita del 99% del gas il che equivale all'esplosione dello strumento, la miglior proposta è quella quindi di riempire il tubo parzialmente di liquido.

(nella zona dell'elemento sensibile) e parzialmente di gas, riducendo così gli effetti di carico.

Descrivere il principio di funzionamento dei trasduttori di Trasduttori a diaframma o soffietti possono essere realizzati con membrane di diverse tipologie;

39,04 pressione elastica (il tubo di Bourdon, i diaframmi o Le membrane possono essere di diversi tipi:

• piatte,
• corrugate,
• a capsula ovvero doppia membrana con aria interposta,
• inglobate all'interno di sensori per separare due camere as