Laboratorní práce č.22
Název: Vliv teploty na přesnost měření Integrovaná Střední škola technická Mělník ( K učilišti 2566
Datum 11. 4. 2013 Vypracoval: Matěj Kos
276 01 Mělník )
Třída: 4. M Hodnocení:
Zadání Zjistěte vliv teploty na přesnost měření při měření průměru pístu spalovacího motoru posuvným měřítkem s noniem.
Pomůcky: Posuvné měřidlo rozsah 0-120mm,přesnost 0,02 mm (Vernier Calipper) Infračervený teploměr (Wurth – 50 - 300⁰C) Píst ze vznětového motoru ø120 mm
Obrázek 1- Použitá měřidla a píst vznětového motoru
Vliv teploty na měření pístu ze vznětového motoru posuvným měřidlem Posuvné měřítko bylo udržováno na teplotě 25 0C. Píst byl měřen po 5°C od teploty -15°C do +100°C. Délková roztažnost hliníku je α = 23x 10-6 mm (ST 1, str. 83).
Teoretická hodnota změny průměru pístu (D) D= D0[1+ α (t2- t1)]
(ST 1, str. 83)
D0= původní průměr tělesa α= teplotní součinitel délkové roztažnosti t1= podmínky při měření = konstantních 20°C t2= teplota měřeného tělesa Jmenovitý průměr pístu = Ø120 mm D= 120 [1+ 0,000023(20-20)] D= 120 mm při 20°C
T [°C]
Do [mm]
T (20°C)
119,9034
-15
119,9172
-10
119,931
-5
119,9448
0
Teoretika při 25 °C meřidla
119,9724
10
120
20
Teoretika při 20 °C měřidla
120,0276
30
120,0552
40
120,0828
50
120,1104
60
120,138
70
120,1656
80
120,1932
90
120,2208
100
Teoretický průměr pístu při konstantní teplotě posuvného měřítka 25 ⁰C
110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10119,8 -20 -30
119,9
120
120,1
120,2
Naměřené hodnoty průměru pístu [mm]
120,3
Teplota pístu 0C
Praktická změna průměru pístu měření Naměřené hodnoty (mm)
Průměr pístu z praktického měření při konstantní teplotě t = 25°C posuvného měřítka
110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10119,7
119,8
119,9
120
120,1
120,2
-20 -30
Naměřené hodnoty průměru pístu [mm]
Obrázek 2 teplota posuvného měřítka 25°C
Obrázek 3 teplota pístu od -15 do +100 °C
119,8 119,82 119,84 119,86 119,88 119,9 119,92 119,94 119,96 119,98 120 120,02 120,04 120,06 120,08 120,1 120,12 120,14 120,16 120,18
Teplota °C -15 -7,5 0 7,5 15 22,5 30 35 40 45 50 55 60 65 75 80 85 90 95 100
Porovnání hodnot teoretického a praktického měření
Teplota [°C] 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10119,7 -20 -30
Porovnání praktického a teoretického měření průměru pístu při konstantní teplotě t=25⁰C posuvného měřítka
Praktické měření Teoretika při 20°C měřidla Teoretika při 25°C měřidla 119,8
119,9
120
120,1
120,2
120,3
Naměřené hodnoty průměru pístu [mm]
Při teoretickém výpočtu bylo dosazováno do teplotního součinitele délkové roztažnosti hodnoty hliníku. Měřený píst je slitina zejména hliníku, niklu a křemíku. Křemík snižuje tepelnou roztažnost slitiny. Výrobce neudává tepelnou roztažnost této slitiny.
Vliv teploty na měření průměru pístu ze vznětového motoru s rozdílnými teplotami posuvného měřidla Píst ze vznětového motoru ze slitiny hliníku a křemíku byl udržován na teplotě 25 0C. Posuvné ocelové měřítko bylo zahříváno po 5°C od teploty -15°C do +50°C. Délková roztažnost oceli je α= 11x 10-6 mm (ST 1, str. 83).
Teoretická hodnota změny průměru pístu (L) L= L0[1+ α (t2- t1)]
(ST 1, str. 83)
L0= původní délka tělesa α= teplotní součinitel délkové roztažnosti t1= podmínky při měření konstantních 20°C t2= teplota měřeného tělesa Délka posuvného měřítka = 120 mm L= 120 [1+ 0,000011(20-20)] L=120 mm při 20°C Teplota [°C]
Teoretická závislost průměru pístu na rozdílu teplot pístu a posuvného měřítka
60 50 40 30 20
Teoretika při 20°C pístu
10 0 119,94 -10 -20
119,96
119,98
120
120,02
120,04
Naměřené hodnoty průměru pístu [mm]
120,06
Teoretika při 25°C pístu
Ø pístu
[mm] T [20°C] 120,0462 -15 120,0396 -10 120,033 -5 120,0264 0 120,0198 5 120,0132 10 120,0066 15 120 20 119,9934 25 119,9868 30 119,9802 35 119,9736 40 119,967 45 119,9604 50
Praktická hodnota změny průměru pístu při měření: Rozměr pístu [mm] 120,06 120,04 120,02 120 119,98 119,96 119,94 119,92 119,9 119,88 119,86 119,84 119,82
Výsledný graf průměru pístu 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5119,8 119,84 119,88 119,92 119,96 -10 -15 -20
120
120,04 120,08
Teplota °C -15 -12,5 -10 -7,5 -5 -2,5 0 15 30 35 40 45 50
Porovnání hodnot teoretického a praktického měření Teplota [°C]
Výsledný graf změny průměru pístu
60 50 40
Teoretika při 20°C pístu
30 20
Teoretika při 25°C pístu
10
Praktické měření
0 119,8 -10 -20
119,85
119,9
119,95
120
120,05
120,1
Naměřené hodnoty průměru pístu [mm]
Nezjištěné procento uhlíku v oceli a legujících prvků posuvného měřidla byl důvod, proč se grafy od sebe liší. Teoretické výpočty počítají se stejnou tepelnou roztažností při všech teplotách, proto jsou grafy lineární. Ale při praktické ukázce je možno vidět, kde je tepelná roztažnost posuvného měřidla malá a kde velká.
Závěr Při měření pístu vznětového motoru posuvným měřítkem (teplota posuvného měřítka byla při všech měření 25 0C) se průměr pístu měnil od hodnoty 119, 8 mm do 120,18 mm. Změna rozměru při teplotách od -15 0C až do 100 0C vzrostla o 0,38 mm na daném průměru pístu 120mm. Měření pístu vznětového motoru (teplota pístu byla při všech měření 25 0C) při vzrůstající teplotě posuvného měřidla se průměr pístu s teplotou od -15 do 50 0C měnil od 120,06 mm do 119,82 mm. Změna rozměru průměru pístu činila 0,24 mm na průměru pístu 120mm.
Teplota °C
110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10119,7 -20 -30
Stálá teplota posuvného měřítka Stálá teplota pístu 119,8
119,9
120
120,1
120,2
Naměřené hodnoty [mm]
Grafy se střetly v rozměru 119,91 mm při teplotě 25°C.
