Il dispositivo di misurazione più universale per la misurazione elettrica di grandezze meccaniche è l'estensimetro. Diversi tipi di estensimetri dipendono dalla variazione proporzionale della resistenza elettrica alla deformazione: l'estensimetro piezoresistivo o a semiconduttore, l'estensimetro a resistenza di carbonio, il filo metallico incollato e gli estensimetri a resistenza a
foglio. L'estensimetro a resistenza incollato è di gran lunga il più utilizzato nell'analisi sperimentale delle sollecitazioni. Questi estensimetri sono costituiti da una griglia di filo o lamina molto sottile incollata al supporto o alla matrice portante. La resistenza elettrica della griglia varia linearmente con la deformazione. Durante l'uso, la matrice di supporto viene incollata alla superficie, viene applicata una forza e la deformazione viene rilevata misurando la variazione di resistenza. L'estensimetro a resistenza incollato ha un costo basso, può essere realizzato con una lunghezza ridotta, è solo moderatamente influenzato dalle variazioni di temperatura, ha dimensioni fisiche ridotte e
massa bassa e presenta una sensibilità
alla deformazione piuttosto elevata.< 1% dell'intervallo"> In un'applicazione con estensimetri , la matrice di supporto e l'adesivo devono lavorare insieme per trasmettere le deformazioni dal campione alla griglia. Inoltre, fungono da
isolante elettrico e dissipatore di calore. I tre fattori principali che influenzano la scelta dell'estensimetro sono la temperatura di esercizio, lo stato di deformazione (gradiente, entità
e dipendenza dal tempo) e la stabilità richiesta. Grazie alla sua eccezionale sensibilità, il circuito a ponte di Wheatstone è il circuito più utilizzato per le misurazioni statiche della deformazione. Idealmente, l'estensimetro è l'unico resistore nel circuito che varia e solo a causa di un cambiamento
nella deformazione sulla superficie. Esistono due metodi principali utilizzati per l'indicazione della variazione di resistenza causata dalla deformazione su un estensimetro in un ponte di Wheatstone. Spesso, un indicatore riequilibra il ponte, visualizzando la variazione di resistenza necessaria in micro-deformazione . Il secondo metodo prevede l'installazione di un indicatore, calibrato in micro-deformazione, che risponde all'uscita di tensione del ponte. Questo metodo presuppone una relazione lineare tra tensione in uscita e deformazione, un ponte inizialmente bilanciato e V in nota. In realtà, la relazione tra V in uscita e deformazione non è lineare, ma per deformazioni fino a
poche migliaia di
microdeformazioni l'errore non è significativo. Potenziali fonti di errore In un'applicazione di analisi delle sollecitazioni, l'intera installazione del misuratore non può essere calibrata come alcuni trasduttori di pressione. Pertanto, è
pertanto importante controllare la resistenza
importante esaminare le potenziali fonti di errore prima di acquisire i dati. Alcuni estensimetri potrebbero danneggiarsi durante l'installazione. È
configurazione Resistenza della griglia Lega sensibile alla deformazione Materiale di supporto Larghezza dell'estensimetro Tipo di linguetta di saldatura Configurazione della linguetta di saldatura Disponibilità Il rumore elettrico e le interferenze possono
alterare le letture. Cavi schermati e rivestimenti isolanti adeguati possono prevenire questi problemi. Un valore inferiore a 500 M ohm (misurato con un ohmmetro) indica solitamente una contaminazione della superficie. Le tensioni indotte termicamente sono causate dagli effetti termocoppia alla giunzione di metalli dissimili all'interno del circuito di misurazione. Le tensioni indotte magneticamente possono verificarsi
quando il cablaggio si trova in un campo magnetico variabile nel tempo. L'induzione magnetica può essere controllata utilizzando fili intrecciati e formando aree di loop minime ma uguali su ciascun lato del ponte. Anche gli effetti della temperatura sulla resistenza e sul fattore di misura devono essere compensati. Ciò può richiedere la misurazione della temperatura sul misuratore stesso, utilizzando
termocoppie, termistori o
RTD. La maggior parte delle leghe metalliche dei misuratori, tuttavia, presenta una variazione del fattore di misura quasi lineare con la temperatura su un ampio intervallo, inferiore a ±1% entro ±100 °C. Dimensioni dell'estensimetro La lunghezza attiva della griglia,
nel caso degli estensimetri
a foglio, è la lunghezza netta della griglia senza le linguette e comprende i circuiti di ritorno degli estensimetri a filo. Le dimensioni del supporto sono progettate da OMEGA per la funzione ottimale dell'estensimetro. Fattore di gauge (sensibilità alla deformazione) La sensibilità alla deformazione
k di un estensimetro è il fattore di
proporzionalità tra la variazione relativa della resistenza. La sensibilità alla deformazione è un valore senza dimensione ed è generalmente
chiamata fattore di gauge. Il fattore di misura di ogni lotto di produzione è determinato da
misurazioni campione ed è indicato su ogni confezione come valore nominale con la relativa tolleranza. Temperatura di riferimento La temperatura di riferimento è la temperatura ambiente per la quale sono validi i dati tecnici degli estensimetri, a meno che non siano indicati intervalli di temperatura. I dati tecnici riportati per gli estensimetri si basano su una temperatura di riferimento di 23 °C. Caratteristiche di temperatura Le variazioni dipendenti dalla
temperatura della resistenza specifica
della griglia dell'estensimetro si verificano nell'estensimetro applicato a causa dei coefficienti di espansione termica lineari della griglia e dei materiali del campione. Queste variazioni di resistenza appaiono come deformazioni meccaniche nel campione. La rappresentazione della deformazione apparente in funzione della temperatura è chiamata caratteristica termica dell'applicazione dell'estensimetro. Al fine di mantenere la deformazione apparente attraverso le variazioni di temperatura il più piccola possibile, ogni estensimetro viene abbinato durante la produzione a un determinato coefficiente di espansione termica lineare. OMEGA offre estensimetri con caratteristiche termiche abbinate all'acciaio ferritico e all'alluminio. Intervallo di temperatura di esercizio L'intervallo
di temperatura di
esercizio è l'intervallo di temperatura ambiente in cui è consentito l'uso degli estensimetri senza alterazioni permanenti delle proprietà di misurazione. Gli intervalli di temperatura di esercizio sono diversi a seconda che si debbano rilevare valori statici o dinamici. Tensione RMS massima consentita
per l'alimentazione del ponte I valori massimi indicati
sono consentiti solo per applicazioni appropriate su materiali con una buona conduzione termica (ad esempio, acciaio di spessore sufficiente) se la temperatura ambiente non viene superata. In altri casi, l'aumento della temperatura nell'area della griglia di misurazione può causare errori di misurazione. Le misurazioni su plastica e altri materiali con scarsa conduzione termica richiedono la riduzione della tensione di alimentazione o del ciclo di lavoro (funzionamento a impulsi). L'ESTENSOMETRO
È UNO DEGLI STRUMENTI PIÙ IMPORTANTI della tecnica
di misurazione elettrica applicata alla misurazione di grandezze meccaniche. Come indica il nome, viene utilizzato per la misurazione della deformazione. Come termine tecnico, "deformazione" comprende la deformazione da trazione e da compressione, contraddistinte da un segno positivo o negativo. Pertanto, gli estensimetri possono essere utilizzati per rilevare sia l'espansione che la contrazione. La deformazione di un corpo è sempre causata da un'influenza esterna o da un effetto interno. La deformazione può essere causata da forze, pressioni, momenti, calore, cambiamenti strutturali del materiale e simili. Se vengono soddisfatte determinate condizioni, la quantità o il valore della grandezza influente può essere ricavato dal valore di deformazione misurato. Nell'analisi sperimentale delle sollecitazioni questa caratteristica è ampiamente utilizzata. L'analisi sperimentale delle sollecitazioni utilizza i valori di deformazione misurati sulla superficie di un campione o di una parte strutturale per determinare la sollecitazione nel materiale e anche per prevederne la sicurezza e la resistenza. È possibile progettare trasduttori speciali per la misura di forze o altre quantità derivate, ad esempio momenti, pressioni, accelerazioni, spostamenti, vibrazioni e altro. Il trasduttore contiene generalmente un diaframma sensibile alla pressione con estensimetri incollati su di esso.
Registratori grafici Introduzione ai registratori grafici