Programma del corso di:
Misure meccaniche, termiche e collaudi
Prof. P. Pelloni
A.A. 2002/2003
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: a cella Barton. 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. Termistori (cenni).Avvertenze sull'uso dei termometri.
Pirometri ad irraggiamento totale.
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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 NOx
(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 ∆P: 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
Trasduttori pneumatici a punto fisso con luci di ingresso e scarico dentro o fuori dal recinto e con
spillo. 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.
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Sistemi di condizionamento del segnale
Problematiche generali connesse all’acquisizione ed al trattamento dei segnali provenienti da
sensori. Amplificatori operazionali: ideale, invertente, non invertente, integratore, derivatore,
sommatore, inseguitore, differenziale e comparatore. Amplificatore di carica.
Oscilloscopio: schema elettrico e principio di funzionamento.
Filtri passivi: passa basso, passa alto e passa banda.
Filtri attivi: passa basso, passa alto e passa banda.
Conversione Analogico-Digitale e Digitale-Analogica.
Testi Consigliati
• Giorgio Minelli, “Misure Meccaniche” - Ed. Patron Bologna (1974)
• E. O. Doebelin, “Measurement Systems Application and Design” - McGraw_Hill (1990)
• P. Azzoni, “Sistemi di Condizionamento del Segnale” - Appunti reperibili presso la
fotocopisteria della facoltà di Ingegneria
• 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)
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