計測工学15 質量・力・圧力の測定 • 精密天秤：質量の測定 質量・力・圧力の測定 • 万能試験機：力の測定 圧力の単位 • SI単位 Pa（N/m2） • 従来、いろいろな表現があった – – – – 1 bar 1 mmH2O 1 mmHg 1 kgf/m2 : : : : 105 Pa 9.80665 Pa 133.322 Pa（1 Torr） 9.80665 Pa 圧力の測定 • U字マノメータ – U字管に入れた液体で測定 • 傾斜マノメータ – 傾斜角θのとき、圧力差にた いする液面の移動量が（１／ sinθ）倍に拡大される 流速・流量の測定 • ものの生産・製造過程では物質やエネル ギーは流体であるものが多く、流量測定の 精度や信頼性への要求は強い。 • 要求事項 – – – – 流体の種類によらず正確で測定範囲が広い 流体の条件（温度、圧力、粘土）に依存しない 測定による流体エネルギーに損失を与えない 流量積算が容易 流速と流量の単位 • 流速 ｍ／ｓ • 流量 – 体積流量 ｍ３／ｓ – 質量流量 ｋｇ／ｓ ピトー管：流速の測定 • ベルヌーイの定理 1 1 2 2 全圧力 v A p A vB p B 2 2 • 右図では 黄色い部分には静圧が、白 い部分には全圧がかかっ ており、その差圧を赤色の センサ部（ダイヤフラム等） で検出する ダイヤフラム • ダイヤフラム： ゴム（あるいはゴムと布）の 薄い隔膜である。圧力の検 知や流体の圧力差を駆動 力に変える機能部品。ダイ ヤフラムは圧力センサーや アクチュエーター，ＯＮ－Ｏ ＦＦスイッチなどとして自動 車や制御機器，さらには家 庭用ガス器具や家電製品 に幅広く使用されている。 ピトー管：流速の測定 • 管を流れに平行にして測定 vB 2 p A pB 流量測定：容積流量計 • 例）楕円歯車 – 歯車の回転数から流量を計算 流量測定：オリフィス • 管内径D1[m],流路断面積A1[m2] の直管内に中央に径D0[m],円孔 断面積A0[m2]の穴を開けたオリ フィス板をはさむ。管内を流れる 流体はこの円孔を通過するさい、 流路の断面積が縮小して流速が 増大し、下流での静圧が低下す る。この静圧低下は流量にほぼ 比例するため、オリフィス板前後 の圧力差（差圧）を測定すること で流量を知ることができる。 流速測定：ベンチュリ管 • 流体損失が 小さくなるよう に、テーパ管 で絞ったもの ベルヌーイの定理の応用。動圧が上がれば静圧が低下。 粘度とは • ねばりの程度 • 単位 Pa・S（パスカル秒） – 1パスカル秒は、流体内に1メートル(m)につき 1メートル毎秒(m/s)の速度勾配があるとき、そ の速度勾配の方向に垂直な面において速度 の方向に1パスカル(Pa)の応力が生ずる粘度 と定義。（WikiPediaより） 動粘度 • 粘度ηを流体密度ρで割った値 • 単位 ｍ２／ｓ – 空気 –水 1.5×10-5 1.0×10-6 • 粘度の測定は、工業用オイル、エンジンオイル、 ガソリンなどの品質管理に欠かせない 一次温度計と二次温度計 • 一次温度計 式から導き出される温度(T)。 PV = nRT 圧力、体積、物質量が判明すれば一意に決定。 • 二次温度計 別の物理現象を用いて視覚的に確認できるよう にしたもの。温度計全般。 温度の測定 • 液柱温度計 – 水銀温度計 －３５℃ ～ ３６０℃ – アルコール ー１００℃ ～ １００℃ • 温度センサ – 白金測温抵抗体(サーミスタ) – 熱伝対 サーミスタ • 温度変化に対して電気抵抗の変化の大き い抵抗体。 サーミスタとして使用される抵抗体(特に白 金類)は温度と抵抗値が比例関係 抵抗値の測定：温度を間接的に測定 熱伝対 • 2種類の金属を接合する。 金属間には熱電能*の差があるため、 温度に応じた電圧差が発生。 電圧差が発生する現象：ゼーベック効果 * 導電性の物質の両端に温度差をつけた 時の、1K あたりの熱起電力[μV / K]。 材料の硬さ • ビッカース硬度計 – ダイヤモンドの正四角錐を材料に押付け、荷 重とクボミ表面積の関係から硬度とする 材料の硬さ • ロックウェル硬さ試験法 ダイヤモンド円錐圧子、鉄球圧子を組み替え、3段 階の荷重試験を行い、くぼみの深さを測定 • ショアの硬さ試験法 ダイヤモンドを埋め込んだハンマーヘッドを試料面 に落下。跳ね返りの高さを測定 • ブリネル硬さ試験法 直径10mmの鋼球を3000kgfの油圧力で押し付け、 出来たくぼみの面積から硬さを測定
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