ונים ו ומח מכשירי מדידה : הנושא

‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית‪1985-2008 ,‬‬
‫הנושא‪ :‬מכשירי מדידה ומחוונים‬
‫באיור לשאלה מתוארת מערכת מדידה‪ .‬המערכת כוללת מכל ובתוכו צינור אנכי‪ ,‬פתוח בקצהו‬
‫התחתון‪ .‬בעת פעולתה הסדירה של המערכת יוצאות בועות אוויר‪ ,‬בקצב איטי ואחיד‪ ,‬מקצה‬
‫הצינור שבמכל‪) .‬א( מה מודדים באמצעות המערכת הזאת? )ב( הסבר את עקרון פעולתה של‬
‫המערכת‪] .‬קיץ ‪[2005‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1998‬‬
‫)א( מהו סוג החיישן המורכב בגלאי העשן המורכב בגשר הפיקוד של אנייה? )ב( תאר את סדר‬
‫הפעולות המתבצעות במערכת כיבוי האש עם הפעלתה על ידי גלאי העשן‪] .‬קיץ ‪[2003‬‬
‫א‪.‬‬
‫גלאי העשן בגשר מצויד בחיישן פוטו‪-‬אלקטרי‪ .‬מאוורר חשמלי יונק ברציפות דגימת אוויר מכל‬
‫אחד מהמדורים באונייה המחוברים למערכת ההתרעה ומעביר אותו על פני תא פוטו‪-‬אלקטרי‪.‬‬
‫נורה שולחת ברציפות קרן אור אל התא‪ ,‬ופגיעת הקרן מייצרת זרם חשמלי חלש‪ ,‬שעוצמתו‬
‫תלויה בעוצמת האור המצליח לעבור דרך דגימת האוויר‪ .‬אם האוויר מכיל עשן‪ ,‬יופרע מעבר‬
‫קרן האור‪ ,‬עוצמת הזרם החשמלי שתיוצר בתא הפוטו‪-‬אלקטרי תקטן ובערך מסוים שכוון‬
‫מראש תופעל התרעה‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכשירי מדידה ומחוונים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 1‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫באיור לשאלה מתואר מכשיר מדידה המכונה "תרמומטר מילוי"‪) .‬א( הסבר את אופן פעולתו של‬
‫המכשיר‪) .‬ב( מהם מצבי הצבירה האפשריים של החומרים שמשמשים למילוי המכל של‬
‫המכשיר? ]קיץ ‪[2003‬‬
‫א‪.‬‬
‫התרמומטרים מסוג זה כוללים בלונית חישה מלאה בגז או בנוזל‪ .‬שינוי בטמפרטורת הסביבה‬
‫של הבלונית גורם לשינוי נפח הנוזל‪/‬גז בתוכה ועקב כך לשינוי לחצו‪ .‬השפופרת מחוברת‬
‫באמצעות צינורית נימית לצינורית בורדון‪ ,‬לתופית או לדיאפרגמה‪ ,‬אשר מתרגמים את שינוי‬
‫הלחץ לתנועת מחוג‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫קיימים שלושה סוגי תרמומטרים‪ :‬מלא בנוזל‪ ,‬מלא בגז ומלא באדי נוזל‪.‬‬
‫‪ .1‬בתרמומטר מלא בנוזל‪ ,‬הצינורית הנימית והבלונית מלאים בנוזל בעל מקדם התפשטות‬
‫נפחית גבוה )כספית או אלכוהול בעיקר(‪ .‬המערכת אטומה לחלוטין‪ ,‬וכדי למנוע קריאה‬
‫שגויה עקב לחץ אדי נוזל )‪ (vapour pressure‬או הפרש גבהים בין השפופרת והמחוון‪,‬‬
‫נתון הנוזל כולו בלחץ‪.‬‬
‫‪ .2‬תרמומטר מלא בגז זהה מבחינת המבנה לתרמומטר מלא בנוזל‪ .‬המערכת מרוקנת‬
‫מאוויר וממולאת בחנקן או הליום תחת לחץ‪.‬‬
‫‪ .3‬תרמומטר מלא באדי נוזל דומה מבחינת מבנהו לתרמומטר נוזל וגז‪ .‬התרמומטר מרוקן‬
‫מאוויר וממולא חלקית בנוזל נדיף כמו אלכוהול‪.‬‬
‫)א( הסבר בעזרת שרטוט סכמתי את המבנה העקרוני של מד לחץ‪ ,‬שבו משמש "צינור בורדון"‬
‫כחיישן‪) .‬ב( תאר את אופן פעולתו של מד‪-‬הלחץ‪) .‬ג( מהו ההבדל בין "לחץ מנומטרי" לבין "לחץ‬
‫אבסולוטי"? ]קיץ ‪[2002‬‬
‫א‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1989‬‬
‫ב‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1989‬‬
‫ג‪.‬‬
‫לחץ מנומטרי הוא הלחץ הנמדד מנקודת הלחץ הברומטרי )‪ 1.03 bar‬בגובה פני הים = ‪1‬‬
‫אטמוספרה(‪ .‬לחץ אבסולוטי מביא בחשבון את הלחץ הברומטרי‪ ,‬והוא סכום הלחץ הברומטרי‬
‫ועוד הלחץ המנומטרי‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכשירי מדידה ומחוונים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 2‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫ציין את שם מכשיר המדידה המתואר בכל אחד מהסעיפים א' ו‪-‬ב' והסבר בעזרת שרטוט חתך‬
‫את מבנהו ואת אופן פעולתו‪) :‬א( מכשיר המודד את לחץ האוויר במכל של אוויר התנעה‪) .‬ב(‬
‫מכשיר המודד את טמפרטורת גזי הפליטה של המנוע‪] .‬קיץ ‪[1999‬‬
‫א‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1989‬‬
‫ב‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1991‬‬
‫הסבר בעזרת שרטוט את פעולתו של מכשיר לקריאה מרחוק של רמת דלק במכלים‪] .‬קיץ ‪[1998‬‬
‫המכשיר המתואר נקרא ‪ purge level gauge‬והוא דומה במבנהו לפניאומרקטור‪ .‬אוויר )או גז(‬
‫מוזרם דרך שסתום בורר אל צינור מדידה בתוך המכל‪ ,‬שקצהו התחתון פתוח‪ .‬ספיקת האוויר‬
‫המשתחרר מקצה הצינור נמוכה מאוד‪ ,‬כבועה אחת לשניה‪ .‬כדי שהאוויר יוכל לצאת מקצה צינור‬
‫המדידה‪ ,‬עליו להתגבר על הלחץ ההידרוסטטי השורר בתחתית המכל‪ .‬הלחץ החוזר הפועל על‬
‫האוויר ומורגש על ידי החיישן שווה ללחץ ההידרוסטטי‪ ,‬והוא מתורגם לתצוגה אנלוגית או דיגיטלית‬
‫של נפח הנוזל במכל‪.‬‬
‫הלחץ ההידרוסטטי )או העומד( משתנה בהתאם לגובה הנוזל במכל‪ ,‬והוא מחושב עפ"י הנוסחה‪:‬‬
‫‪P=ρxgxh‬‬
‫‪ = P‬לחץ הידרוסטטי ]‪[N/m2‬‬
‫‪ = ρ‬משקל סגולי של הנוזל ]‪[N/m3‬‬
‫‪ = g‬תאוצת הכובד ]‪[9.8 m/sec2‬‬
‫‪ = h‬גובה הנוזל במכל ]‪[m‬‬
‫מאחר שהלחץ ההידרוסטטי של הנוזל משתנה גם בהתאם למשקל הסגולי של הנוזל במכל‪ ,‬מכיילים‬
‫את מד המפלס בהתאם‪.‬‬
‫מד מפלס‬
‫אספקת אוויר דחוס‬
‫ניקוז לאטמוספרה‬
‫מכל‬
‫שרטוט סכמתי של מד מפלס נוזל פניאומטי‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכשירי מדידה ומחוונים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 3‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫שרטט מערכת "פנאומרקטור" והסבר את תפקידה ואת פעולתה‪] .‬קיץ ‪[1997‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1988‬‬
‫הסבר‪ ,‬בעזרת שרטוט‪ ,‬את מבנהו ואת פעולתו של מד לחץ‪ .‬איזה מחלקיו בנוי בצורה אליפטית‪,‬‬
‫ומדוע? ]קיץ ‪[1993‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1989‬‬
‫הסבר‪ ,‬בעזרת שרטוט‪ ,‬את מבנהו של אחד האבזרים הבאים‪) :‬א( מסנן לניקוי עצמי; )ב( מפריד‬
‫מי שיפוליים; )ג( מד לחץ; )ד( שסתום הצערה‪] .‬קיץ ‪[1992‬‬
‫ג‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1989‬‬
‫הסבר בעזרת שרטוט את המבנה והפעולה של מכשירי המדידה האלה‪) :‬א( מד לחץ )ב(‬
‫פנאומרקטור )ג( פירומטר‪] .‬קיץ ‪[1991‬‬
‫א‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1989‬‬
‫ב‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1988‬‬
‫ג‪.‬‬
‫פירומטר )‪ (pyrometer‬הוא מכשיר למדידת טמפרטורת גזי פליטה‪ .‬זהו למעשה צמד תרמי‪,‬‬
‫הבנוי משני מוליכים מתכתיים שונים שקצותיהם מחוברים‪ .‬כאשר שתי נקודות החיבור של‬
‫המוליכים נתונות בטמפרטורות שונות‪ ,‬אחת בטמפרטורה גבוהה והשניה בטמפרטורה נמוכה‪,‬‬
‫זורם במעגל זרם חשמלי‪ .‬עוצמת המתח תלויה בהפרש הטמפרטורות בין שתי נקודות החיבור‬
‫ובסוג המתכות מהן עשויים המוליכים‪ .‬מאחר שעוצמת המתח נמצאת ביחס כמעט ישר‬
‫להפרש הטמפרטורות‪ ,‬מנצלים תופעה זו למדידת טמפרטורה‪ .‬מודדים את המתח באמצעות‬
‫מיליוולטמטר ומתרגמים את הקריאה ליחידות טמפרטורה‪ .‬מדי טמפרטורה בעלי צמד‪-‬תרמי‬
‫משמשים למדידת תחום רחב של טמפרטורות‪ ,‬מ‪ –2000C -‬עד ‪.+17000C‬‬
‫מוליך א'‬
‫נקודת חיבור‪,‬‬
‫טמפרטורה‬
‫נמוכה‬
‫נקודת חיבור‪,‬‬
‫טמפרטורה‬
‫גבוהה‬
‫‪mV‬‬
‫מוליך ב'‬
‫בידוד קירמי‬
‫מוליך א'‬
‫מד טמפרטורה‬
‫שפופרת מתכת‬
‫מוליך ב'‬
‫שרטוט סכמתי של פירומטר צמד תרמי‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכשירי מדידה ומחוונים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 4‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫הסבר‪ ,‬בעזרת שרטוט‪ ,‬את מבנהו של אחד האביזרים הבאים ואת פעולתו‪) :‬א( מסנן לניקוי‬
‫עצמי‪) ,‬ב( מפריד מי שיפוליים‪) ,‬ג( מד לחץ‪) ,‬ד( שסתום הצערה‪] .‬קיץ ‪[1989‬‬
‫ג‪.‬‬
‫מד לחץ מסוג בורדון )‪ (Bourdon‬מורכב מצינורית בעלת שטח חתך אליפטי‪ ,‬המכופפת בצורת‬
‫קשת של כ‪ .2700-‬קצה אחד של הצינורית מתחבר אל המכל או הצינור שאת לחצו הפנימי יש‬
‫למדוד; הקצה השני של הצינורית אטום וחופשי‪ ,‬והוא קשור אל נגזרת משוננת ופיניון‪.‬‬
‫כשהלחץ בתוך הצינורית גדל‪ ,‬משנה הצינורית את צורתה מחתך אובאלי לחתך מעגלי‪,‬‬
‫וכתוצאה מכך מתיישרת וגורמת לקצה החופשי שלה לנוע‪ .‬תנועת הקצה החופשי מוגדלת‬
‫ומתורגמת לתנועת המחוג‪ .‬הצינורית עשויה מסגסוגת נחושת או מפלדה בלתי מחלידה‬
‫בהתאם ללחץ הנמדד ולסוג הנוזל או הגז‪ .‬יתר החלקים עשויים מברונזה או מפוספור ברונזה‪.‬‬
‫‪A‬‬
‫צינורית‬
‫‪A‬‬
‫פיניון‬
‫נגזרת‬
‫משוננת‬
‫חתך ‪A-A‬‬
‫זרוע‬
‫שרטוט סכמתי של מד לחץ מסוג בורדון‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכשירי מדידה ומחוונים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 5‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫הסבר בעזרת שרטוט את מבנהו ואת פעולתו של מכשיר המודד כמות דלק במכלים‪ .‬המכשיר‬
‫ניתן לקריאה מרחוק‪] .‬קיץ ‪[1988‬‬
‫מפלס הדלק‬
‫מנומטר כספית‬
‫ניקוז אוויר‬
‫אוויר דחוס‬
‫שסתום בורר‬
‫שסתום בורר‬
‫מכל ‪2‬‬
‫מכל ‪1‬‬
‫שרטוט סכמתי של פנאומרקטור‬
‫המכשיר המתואר הוא פנאומרקטור )‪ ,(pneumercator‬מחוון פניאומטי למדידה מרחוק של קיבולת‬
‫מכלי תחתית )‪ (double bottom tanks‬או מכלים עמוקים )‪ .(deep tanks‬זהו למעשה מנומטר‪ ,‬שבו‬
‫הלחץ בתחתית עמוד הנוזל במכל מועבר באמצעות אוויר אל מכל הכספית במנומטר‪.‬‬
‫בתחתית מכל הדלק‪ ,‬מעל מפלס המשקעים‪ ,‬מורכב פעמון‪ .‬צינור נחושת יוצא מן החלק העליון של‬
‫הפעמון ונמתח מעלה אל תקרת חדר המכונות ומשם מטה אל עמדת הבקרה‪ .‬הקצה השני של הצינור‬
‫מחובר אל מנומטר כספית דרך שסתום בורר‪ .‬תפקיד הלולאה הגבוהה של הצינור למנוע מעבר של‬
‫נוזל מן המכל אל המחוון במקרה ששורר במכל לחץ יתר‪ .‬המחוון מצויד במלכודת למניעת בריחה של‬
‫כספית במקרה של סתימה במערכת‪.‬‬
‫כדי למדוד את קיבולת המכל‪ ,‬יש לרוקן קודם את הצינור מדלק ולמלאו באוויר דחוס‪ ,‬פעולה הנעשית‬
‫באמצעות השסתום הבורר‪ .‬לחץ האוויר ישתחרר אל המכל‪ ,‬ועמוד הנוזל ילחץ על האוויר בצינור‬
‫ויגרום להתרוממות עמוד הכספית במחוון‪ .‬מאחר שהלחץ בתחתית עמוד הנוזל במכל משתנה‬
‫בהתאם לגובהו )כלומר בהתאם לקיבולת הדלק במכל(‪ ,‬ישתנה באותו יחס גם גובה עמוד הכספית‬
‫במחוון‪ .‬את צינורית הכספית של המחוון מכיילים ביחידות נפח‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכשירי מדידה ומחוונים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 6‬מתוך ‪6‬‬