57963 - MISURE MECCANICHE, TERMICHE E COLLAUDO L

Conoscenze e abilità da conseguire

L'Insegnamento intende fornire conoscenze sulle tecniche più frequentemente impiegate nell'effettuazione delle misure sulle principali grandezze fisiche di interesse nell'ingegneria meccanica, particolarmente mediante l'acquisizione di segnali proporzionali alle dette grandezze. Vengono altresì forniti i mezzi per la valutazione dell'attendibilità delle misurazioni effettuate. Infine si dà un esempio di collaudo inteso come verifica delle condizioni di funzionamento di una macchina o di un impianto, sulla base dei risultati delle misure di diversi parametri. Dopo l'impostazione generale dei problemi che sorgono nei collaudi, si approfondisce a titolo d'esempio il caso del collaudo dei motopropulsori per autoveicoli. L'esame è costituito da una prova orale. Propedeuticità consigliate: Fisica tecnica, Idraulica. Tesi di Laurea: 1) Studio di strumenti e di apparati di misura. 2) Circuiti di collaudo di macchine.

Contenuti

Problemi generali delle misure

I sistemi di unità di misura: S.I. e tecnico: esercizi sulle conversioni fra le varie unità. Modalità di effettuazione delle misure: dirette, mediante strumenti tarati, a squilibrio e per azzeramento, indirette. Gli errori di misura e teoria della propagazione degli errori. Variabile aleatoria discreta e continua: probabilità e frequenza, valor medio e valor medio stimato, funzione densità di probabilità e distribuzione di probabilità, distribuzione gaussiana e normale (standardizzata e non), varianza, scarto quadratico medio, misura tipo, prove ripetute. Tipi di strumenti e loro verifica: precisione e accuratezza, verifica di zero, scala e linearità.

 

Grandezze rapidamente variabili nel tempo

Problemi generali di misura. Variazione a gradino della grandezza in misura. Variazione sinusoidale della grandezza in misura. Catena di misura. Cenno sui sistemi di scrittura dei registratori.

 

Misure di deformazione

Generalità sulle misure di deformazione. Estensimetri a variazione di resistenza elettrica: posizionamento, variazione di R percentuale e sua valutazione. Ponte di Wheatstone: caratteristiche, collegamento a tre e quattro fili. Amplificazione del segnale: due estensimetri su lati opposti del ponte (sottoposti a uguale dilatazione). Sollecitazione di flessione: due estensimetri su lati adiacenti del ponte.

 

Trasduttori di spostamento

Trasduttori di spostamenti in rotazioni: cremagliera-pignone, carrucola-fune, tubo di torsione, accoppiamento magnetico, rocchetto-settore dentato. Trasduttori pneumatici.Trasduttori elettrici.

 

Misure di pressione

Manometri a deformazione: a tubo di Bourdon (senza trattazione analitica), a membrana. Avvertenze per l'impiego dei manometri. Manometri a dislivello di liquidi: tubi ad U, a tubi inclinati, micromanometro. Manometri differenziali. Manometri assoluti: a pistone a peso diretto, di MacLeod. Manometri per vuoti spinti: di Knudsen, a ionizzazione, di Pirani, a termocoppia (cenni).

 

Misure della pressione sonora

Definizione di rumore, catena di misura, filtri, curve a uguale sensazione sonora. Microfono capacitivo.

 

Misure di vibrazioni

Problematiche generali. Vibrografo a massa sismica. Accelerometri e velocimetri.

 

Misure di temperatura

Unità di misura degli intervalli di temperatura. Termometri a gas perfetto a volume costante. Campi di utilizzo dei vari termometri. Termometri a dilatazione. Termocoppie: legge del metallo intermedio e della temperatura intermedia, utilizzo con ponte di Wheatstone, trasporto del segnale a distanza, reocordi. Termoresistenze: inserimento in ponte di Wheatstone, misure per equilibramento, eliminazione dei possibili errori per conduzione di calore nell'elemento sensibile, per irraggiamento, per velocità del fluido. Avvertenze sull'uso dei termometri. Pirometri ad irraggiamento totale.

 

 

Analisi dei prodotti di combustione

Generalità e problemi accessori. Apparecchi per l'analisi chimica: di Orsat. Analizzatori fisici a conducibilità termica e a tonalità termica per C0₂ ed incombusti.

Analizzatori industriale per Ossigeno, basati sulla variazione della suscettività magnetica del medesimo con la temperatura. Analizzatori ad assorbimento selettivo nell'infrarosso. Valutazione del contenuto di incombusti solidi: sistema Bacharach. Analisi per la determinazione di HC e NO_x (cenni).

 

Misure di tempo

Orologi meccanici: bilanciere e problematiche connesse con la variazione di temperatura, dispositivo a scappamento.

Orologi elettrici: diapason con elettromagnete. Orologi al quarzo (contatore elettronico).

Oscilloscopio.

 

Misure di velocità di rotazione

Tachimetri meccanici: cronometrici manuali, di Watt (centrifugo). Tachimetro magnetico e ad effetto Hall. Tachimetri elettrici: a fotocellula e a variazione di riluttanza magnetica.

 

Misure di velocità dei fluidi

Rilievi di velocità attraverso misure di DP: tubo di Pitot, variante con sfera a 5 prese, ago con presa singola (cenni). Mulinello e anemometro. Anemometro a filo caldo: utilizzo del ponte di Wheatstone a temperatura costante o a corrente costante, problematiche sul campo di frequenze dello strumento e verifica della esatta compensazione.

 

Misure di portata

Generalità. Contatori per gas: di precisione, a secco con soffietti, per tarare, a lobi e ruote ovali, a palette. Contatori per liquidi: a pistoni, a disco oscillante. Andamento dell'errore con la portata: considerazioni critiche. Dispositivi di strozzamento: diaframma, boccaglio, tubo di Venturi; particolarità nel loro impiego, sistemazione delle prese di pressione e loro collegamento ad un manometro per fluidi non monofase. Misura diretta: flussimetro.

 

Misure di livello negli impianti industriali

Livelli per caldaie a visione diretta: con tubo in vetro, livello corazzato. Trasduttori di livello: con manometro di Bourdon, con tubo ad U. Problematiche connesse con i recipienti in pressione. Sensore a effetto Hall.

 

Misure di forza e momento torcente

Torsiometri: ad alberi con flange affacciate e con estensimetri, a magneti permanenti, a collegamento elastico con molle, per motori aeronautici, a ponte induttivo completo, a setti. Il nonio.

 

Misure di potenza delle macchine

Cenni sulle valvole di sicurezza. Apparecchio a carcassa oscillante e problematiche inerenti. Freni idraulici ed aerodinamici: Froude e sua regolazione, campo di funzionamento. Freni a correnti parassite.

 

Procedure di collaudo

Problematiche generali. Collaudo di motori a combustione interna. Consumo specifico e definizione del rendimento in relazione ad esso; curve di coppia e potenza. Collaudo di impianti di riscaldamento e condizionamento. Collaudo di pompe centrifughe e volumetriche: esempio di installazione in laboratorio; concetti di tolleranza e incertezza sulle prestazioni; diagrammi caratteristici.

Testi/Bibliografia

Giorgio Minelli, “Misure Meccaniche” - Ed. Patron Bologna (1974)

E. O. Doebelin, “Measurement Systems Application and Design” - McGraw_Hill (1990)

G. Rizzoli, “Principles and Application of Electrical Engineering” - McGraw_Hill (2000)

W. Ribbens, “Understanding Automotive Electronics” - Newnes (1998)

R. Giometti, F. Frasacari, “Elettronica” - L’Analogica Calderini (1999)

M. J. Usher, “Sensors and Trasducers” - McMillan (1989)

W. H.Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery, “Numerical Recipes” - Cambridge, University Press (1992)

Bruel, Kjaer, “Piezoelectrice Accelerometers and Vibration Preamplifier” - Theory and Application Handbook (1986)

“Shock and Vibration Measurement Technology” - Endevco Dynamics Instrument Division, San Juan Capistrano, USA (1980)

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale nel quale si richiede agli studenti lo svolgimento di un esercizio di conversione di unità di misura.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Piero Pelloni