計測工学 15

1. 計測工学15

2. 質量・力・圧力の測定 精密天秤：質量の測定

3. 質量・力・圧力の測定 万能試験機：力の測定

4. 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 : 105 Pa • 1 mmH2O : 9.80665 Pa • 1 mmHg : 133.322 Pa（1 Torr） • 1 kgf/m2 : 9.80665 Pa

5. 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

6. 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

7. 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

8. ピトー管：流速の測定 • ベルヌーイの定理 • 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

9. 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－ＯＦＦ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。

10. ピトー管：流速の測定 • 管を流れに平行にして測定

11. 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

12. 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。

13. 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。

14. 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）

15. 動粘度 • 粘度ηを流体密度ρで割った値 • 単位　　ｍ２／ｓ • 空気　 1.5×10-5 • 水　　 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

16. 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。

17. 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

18. 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

19. 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]。

20. 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

21. 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