METROLOGIA I METROTÈCNIA

Mesures i unitats

Mesurar és el procediment del comparar una magnitud coneguda presa com a unitat, amb una altra de la mateixa naturalesa, per trobar la relació existent entre elles. Una magnitud es tot allò que és susceptible de mesurar com la longitud, massa o temps. L'acció de mesurar en diem mesurament i el resultat és la mida o mesura.

La metrologia es la ciència que estudia el mesurament de les diferents magnituds, els sistemes d'unitats i estableix els requisits per a la fabricació dels instruments de mesura.

Sistemes d'unitats

Es la homogenització de les unitats, per a que tothom utilitzi les mateixes, degut a l'expansió de les comunicacions i a la necessitat d'intercanvi a nivell internacional de recursos i informació. I per aquest motiu s'ha creat el Sistema Internacional d'Unitats (SI).

1 milla = 1,609 km

1 polzada = 2,54 cm

1 peu = 12 polzades

1 jarda = 3 peu

Exactitud, precisió i apreciació. Errors

L'exactitud d'una mesura ve donada per la major o menor aproximació al valor real o convencional de la magnitud que mesurem.

Es pren com a valor real el valor d'una mesura en concret (Xi) o la mitjana aritmètica d'un seguit de mesuraments i l'anomenem valor verdader (x).

Σ Xi

x =

n

També s'utilitza el valor convencional (Xo), que és el que consta en els plànols i que serveix de referència a l'hora de construir una peça.

Precisió i apreciació

La precisió és la capacitat que té un instrument de mesura de donar els resultats amb molta exactitud. I l'apreciació, és el valor de la mínima fracció de la unitat de mesura que es pugui llegir en un instrument.

Quantifiació d'errors: error absolut i error relatiu

L'error absolut (Ea) d'una mesura es defineix com la diferència entre el valor obtingut de la mesura (Xi) i el valor real o convencional de la magnitud (Xo).

Ea = Xi - Xo

L'error relatiu (Er) es defineix com el quocient entre l'error absolut i el valor convencional de la magnitud. Ea

Er =

Xo

Instruments de mesura

Els instruments de mesura s'utilitzen per a mesurar diferents magnituds. I es classifiquen:

En el mesurament directe podem llegir el valor de la mesura presa directament.

El mesurament per comparació ens permet mesurar les diferències entre les dimensions d'una peça desconeguda i una altra de coneguda, anomenada patró.

El mesurament per verificació comprova que les mesures d'una peça o d'una sèrie de peces compreses dintre d'unes mides establertes

Instruments de mesurar longituds

Cintes, metres i regles d'acer

Són els que donen menys apreciació, ja que poden mesurar el mil·límetre.

• Cintes: Longituds grans. Apreciació de 10mm.

• Metres: Longituds mitjanes els flexòmetres, amb apreciació d'1mm.

• Regles d'acer. Prendre mesures ràpides sense massa exactitud.

Peu de rei o calibre

Consta de dues parts: regle fix en divisions de valor d'1mm, i un altre mòbil anomenat nònius, on es llegeixen dècimes.

Principi de funcionament

L'apreciació d'un peu de rei com la relació entre la part més petita de la part fixa i el nombre de divisions de la part mòbil.

Valor de la divisió més petita regle fix

a =

Nombre de divisions regle mòbil

Lectura del peu de rei en mm

• Que la mesura feta sigui un nombre enter, el zero nònius coincideix amb un nombre enter de la part fixa del peu de rei.

• Que la mesura feta tingui un valor decimal, primer es miren els dos valors on es troba el zero (20 i 21). Per a sabre les dècimes has de mirar quina de les ratlles del nònius coincideix amb una ratlla de la part fixa (20,4 mm.)

Amb el peu de rei es poden fer mesures d'interiors, d'exteriors i de profunditats.

Els models més destacats són: el peu de rei amb rellotge comparador, el digital i el de tipus Torner.

Micròmetre o pàlmer

S'utilitza per mesurar les centèsimes (0,01 mm), ja que el peu de rei no les pot mesurar.

Principi de funcionament

Es basa en el mecanisme de transmissió cargol-femella, convertint un moviment giratori en un lineal.

Apreciació del micròmetre o pàlmer

• La femella, el tub fix, duu en el seu interior una rosca mecanitzada, i en el exterior hi ha gravat unes divisions amb apreciacions de mil·límetre.

• Cargol, és el sensor i porta incorporat un tambor giratori dividit en 50 divisions.

L'apreciació depèn del pas de la rosca del cargol i del nombre de divisions del tambor o nònius.

Lectura del micròmetre (amb tambor de 50 divisions)

• La mesura pres és un nombre enter. 10,00 mm.

• La mesura presa es troba a la meitat de dos nombre enters. 10,50 mm.

• La mesura pres està entre un nombre enter i la seva meitat. 10,40 mm

• La mesura presa es troba entre la meitat d'un nombre enter i el seu immediat enter superior. 10,90 mm.

En els micròmetres a igual que en els peus de rei hi ha diverses classes com: el micròmetre amb suport, digital i d'interiors. En els micròmetres que disposen d'un tambor de 100 divisions, la lectura es directa.

Instruments de comparació i verificació

Galgues

Són uns instruments de comparació de mesura fixa que serveixen de patró o mesura de referència.

Es fan servir per mesurar obertures molt petites o per veure el joc dels diferents components que formen un mecanisme. Existeixen diferents tipus segons la seva funció: laines o mesuradors de gruixos, patrons de radis, comptafils, etc.

Bloc patró

És una peça de forma geomètrica quadrada o rectangular, fet d'un aliatge d'acer o material ceràmic de gran precisió amb un error de + ó - 0,05 μm.

El més coneguts són els blocs de patró de Johansson, de forma prismàtica rectangular, proposats per Carl Edward Johansson i dels de William E. Hoke.

Comparadors

És un instrument de lectura amplificada que ens determina la diferència dimensional que pot haver-hi entre dues peces. Té una apreciació des de mil·lèsimes a deumil·lèsimes de mil·límetre. Està format per:

• Convertidor de moviment lineal en circular.

• Multiplicador del moviment.

Diferents dissenys de comparadors:

• Els comparador d'amplificació mecànica, apreciacions de centèsimes i mil·lèsimes de mil·límetre.

• Els comparadors òptics, mesuren amb apreciacions de 0,002 mm i poden analitzar les condicions de la superfície d'un perfil amb augments de 100x. Es fan servir en laboratoris de metrologia.

• Els comparadors pneumàtics i electrònics, amb apreciacions de 0,0001 mm. Es fan servir per veure qualsevol dimensió d'una peça.

Lectura del comparador

El suport, subjecta el comparador i facilita l'aproximació i l'alineació.

La superfície de referència, formada per peces de granit negre, que asseguren l'estabilitat, anomenades marbres d'ajustador.

Es subjecta el comparador amb un suport rígid.

Es busca una taula per posar-hi el suport, la peça i el bloc patró.

Posa el bloc patró sota el palpador del comparador, fent que el palpador desplaci l'agulla unes quantes divisions; llavors, fes girar l'esfera per alinear el zero del rellotge amb la seva agulla.

Canvia el bloc patró per la peça que s'ha de comparar i mira si existeix variació de l'agulla.

Calibres passa-no passa

Serveixen per verificar les peces produïdes en un sistema de fabricació en sèrie, comprovant si una determinada dimensió es troba dins el marge d'error permès.

Es classifiquen:

• Calibres per a forats o tampó. Són discos d'acer units per una barra de secció hexagonal. Un té el diàmetre màxim i l'altre el mínim.

• Calibres per a eixos. El més senzill de tots és el d'anell, format per dues peces individuals, un passa i una altra no passa. El calibre passa, a més, ens permet apreciar si l'eix té ovalació.

Instruments de mesura angulars

Goniòmetre

Serveix per mesurar els angles. L'apreciació és la divisió més petita de l'escala fixa dividit pel nombre de divisions de nònius.

Divisió més petita de l'escala fixa

a =

Mínim divisions del nònius

1º 60' 5'

a = = =

12 parts 12 parts 1 part

Tenen una apreciació de 5', però també de 2' 30"

Lectura del goniòmetre

Tenen dividit el cercle en 4 parts, cada part numerada del 0 al 90º, el nònius porta un zero central amb divisions a la dreta i a l'esquerra. Per llegir només cal comptar quants graus enters ocupa l'angle mesurat i mirar si el zero del nònius coincideix amb una ratlla del cercle graduat (seria nombre enter). Si no ho és, només cal mirar si el zero del nònius cau a la dreta o l'esquerra del zero de l'escala principal.

Aparells de mesura de magnituds elèctriques

S'han de mesurar la tensió amb un voltímetre, la intensitat amb un amperímetre i la resistència amb l'òhmetre.

Precisió d'un aparell elèctric

Es defineix com la relació entre l'error absolut màxim admissible i el valor del final d'escala del nostre aparell, multiplicat per 100.

Eam = Error absolut màxim admissible en l'instrument.

Ffe = Valor del final de l'escala.

Eam

Precisió o classe = · 100

Vfe

Amperímetre

La intensitat d'un corrent elèctric és la quantitat d'electrons que passen per un conductor en un temps determinat.

Per mesurar la intensitat s'ha de connectar l'aparell en sèrie amb el circuit.

Es basen en un aparell anomenat galvanòmetre d'Arsonval, duu una bobina giratòria per la qual es fa circular el corrent i va unida a una agulla indicadora i a una molla. La bobina, colocada enmig de dos imants, de manera que si circula corrent forma un camp magnètic que interacciona amb el dels imants. I provoca un parell de forces a la bobina que la fa girar cap a un angle determinat. La resistència de l'aparell ha de ser molt baixa.

Voltímetre

Voltatge o diferencia de potencial és l'energia necessària perquè el corrent elèctric circuli a través d'un circuit. El voltímetre es connecta en paral·lel amb el receptor, i que té una resistència interna molt elevada.

Ohmmetres

La resistència d'un conductor la podem definir com la dificultat que oposa el pas del corrent elèctric a través seu. Per a mesurar es connecten les pinces de l'aparell amb els extrems de la resistència que cal mesurar, tenint en compte que aquesta última ha d'estar desconnectada i sense tensió.

6

45

40

35

0 5 10

5

0

45

0 5 10

5

0

45

0 5 10

45

40

35

0 5 10

Tapall Tambor giratori

mòvil

Cargol connectat al tambor

Giratori a al sensor

Sensor Tub fix connectat

A la femella femella

20 21 22 23 24 25 26 27 28

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20 21 22 23 24 25 26 27 28

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Verificació

Comparació

Directe

Indirecte

Temperatura

Temps

Massa

Elèctrica

Angles

Longitud

Forma de mesurament

Magnitud a mesurar

Instruments de mesura