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Trasduttori di deformazione Definizione e tecnologie Utilizzi comuni Tipi and modelli Taratura Effetti della temperatura Fissaggio e precauzioni Connessioni.

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Presentazione sul tema: "Trasduttori di deformazione Definizione e tecnologie Utilizzi comuni Tipi and modelli Taratura Effetti della temperatura Fissaggio e precauzioni Connessioni."— Transcript della presentazione:

1 Trasduttori di deformazione Definizione e tecnologie Utilizzi comuni Tipi and modelli Taratura Effetti della temperatura Fissaggio e precauzioni Connessioni a ponte

2 esistono diversi tipi di deformazione, qui si considererà la deformazione del continuo Deformazione e sforzo la deformazione media è espressa nel modo seguente: Lordine delle deformazioni di solito è il seguente: 1 = (m/m)

3 Principi di misura: Principali tipologie di trasduttore: meccanici ottici pneumatici acustici magnetici elettro-resistivi ATTIVOPASSIVO DEFLESSIONEAZZERAMENTO RELATIVAASSOLUTA CON CONTATTO SENZA CONTATTO

4

5 Utilizzi comuni Gli estensimetri vengono utilizzati da soli per prove sperimentali diagnostica monitoraggio Solitamente sono molto utilizzati come trasduttore primario nella realizzazione di un ulteriore traduttore Struttura elastica Estensimetri Forza Pressione Spostamento Accelerazione deformazione

6 A. La sensibilità statica dovrebbe essere stabile e non derivare nel tempo, a causa di effetti termici o ambientali; B. Il trasduttore dovrebbe essere sensibile a deformazioni locali più che alla deformazione media (perciò i punti di misura devono essere vicini fra loro se si vogliono le deformazioni in un punto); C. Le risposte in frequenza dovrebbero essere il più piatte possibili per misure dinamiche D. Il trasduttore dovrebbe essere economico per garantire un ampio utilizzo Proprietà desiderate

7 Estensimetri: principio resistivo FF Elemento sensibile Ipotesi: Estensimetro perfettamente incollato alla superficie del misurando Estensimetro elettricamente isolato Stato di deformazione piana R resistenza del sensore [ ] resistività del materiale [ m] L lunghezza del conduttore [m] A sezione del conduttore [m 2 ]

8 Valori comuni: Resistenza nominale: R 120, 350 tolleranza di produzione sulla resistenza nominale: ± 1% Lunghezza del supporto: mm Materiali: Costantana (lega Cu - Ni), Karma, leghe di Ni - Cr, semi-conduttori.... base Estensimetri: principio resistivo

9 Base di misura asse longitudinale asse trasversale fili di connessione terminali supporto griglia Segni di riferimento Estensimetri: principio resistivo direzione di misura

10 La resistenza degli estensimetri varia a causa di due effetti: variazioni delle dimensioni (L, A) dovute alla trazione; variazioni della resistività ( ) dovute a variazioni di volume (effetto piezoresistivo). Estensimetri: principio resistivo CAMPO ELASTICO

11 ELONGAZIONE PIEZORESISTIVITÁ Valore tipico: k=2 (per leghe metalliche). GAGE FACTOR o SENSIBILITÁ Estensimetri: principio resistivo CAMPO PLASTICO

12 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/120 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/120 Acciaio 3/350 6/350 10/350 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/120 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/120 Alluminio 3/350 6/350 10/350 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120Acciaio Modelli:

13 Estensimetri in configurazione monoassiale Modelli:

14 Estensimetri in configurazione biassiale Modelli:

15 Estensimetri in configurazione triassiale (rosette) Modelli:

16 Estensimetri in configurazione speciale Modelli:

17 Estensimetri allineati

18 Saldati, per lunga durata Incapsulati per impieghi in ambiente ostile Modelli:

19 Fin qui il modello utilizzato è il seguente: Ciò vale nel caso in cui lo stato di sforzo sia monoassiale. Quando lo sto di sforzo è più complesso è necessario considerare la sensibilità in tutte le direzioni: k s è solitamente trascurabile (stato di deformazione monoassiale) Perciò, se si utilizza il rapporto R/R per stimare la deformazione, la differenza fra la deformazione stimata e quella monoassiale è la seguente: (*) Sensibilità trasversale:

20 StSt Fattore di sensibilità trasversale:

21 Rimuovere eventuale vernice dal piano di incollaggio Incollaggio degli estensimetri:

22 Pulire il piano di incollaggio Incollaggio degli estensimetri :

23 Posizionare gli estensimetri Incollaggio degli estensimetri

24 Applicare ladesivo Incollaggio degli estensimetri

25 Incollare lestensimetro: ATTENZIONE A NON PIEGARLO! Incollaggio degli estensimetri

26 Fare pressione sul punto di applicazione (utilizzare uno strato di colla il più sottile possibile) Incollaggio degli estensimetri

27 Cablaggio Incollaggio degli estensimetri

28 Fissare i cavi in modo che non si possano strappare Incollaggio degli estensimetri

29 Applicare uno strato protettivo Incollaggio degli estensimetri

30 colle a presa rapida: (per misure di breve durata) colle cianoacriliche: polimerizzano in breve tempo temperatura ambiente colle a presa lenta: (per misure a lungo termine) colle epossidiche: è richiesto un catalizzatore le alte temperature accelerano la polimerizzazione colle fenoliche: alta temperatura alta pressione Adesivi da utilizzare:

31 Analisi statistica sul 2-3% provenienti dallo stesso lotto Analisi statistica sul 2-3% provenienti dallo stesso lotto ε misurata tramite un trasduttore ottico ε misurata tramite un trasduttore ottico Incertezza sulla deformazione: 1 m/m Incertezza sulla deformazione: 1 m/m Incertezza sulla sensibilità: % Incertezza sulla sensibilità: % K=R/R FF MfMfMfMf estensimetri 47 Taratura degli estensimetri:

32 La temperatura influisce sia sulla sensibilità, sia sul misurando, ossia ha sia un effetto interferente che modificante: ρ = f(T) (la resistività varia in funzione della temperatura) La lunghezza della griglia dellestensimetro varia in funzione della temperatura secondo la legge di dilatazione lineare: L e = e T La lunghezza della base dellestensimetro varia in funzione della temperatura secondo la legge di dilatazione lineare: L p = p T Effetto della temperatura:

33 Variazione della resistività: Deformazione del misurando: Deformazione dellestensimetro: Deformazione rilevata: Dalla definizione di sensibilità statica: perciò: La deformazione apparente risulta: Effetto della temperatura:

34 ESTENSIMETRI AUTOCOMPENSATI ESTENSIMETRI AUTOCOMPENSATI A)Estensimetro realizzato nello stesso materiale del misurando, in questo modo si deve tener conto solo delle variazioni di resistività B)La lega scelta per realizzare lestensimetro ha un coefficiente di espansione termica tale da compensare sia la deformazione del misurando, sia la variazione di resistività 5 Effetto della temperatura:

35

36 Effetto della temperatura: DUMMY GAGE

37 ER1: deformazione reale ed apparente ER2: solo deformazione measure I5I5I5I5 dummyE Effetto della temperatura: DUMMY GAGE

38 Trave di acciaio con E Mpa Trave di acciaio con E Mpa Sforzo applicato a =100 Mpa monoassiale Sforzo applicato a =100 Mpa monoassiale R=120 Gage factor: k=2 R=120 Gage factor: k=2 Variazione della resistenza: R=0.114 R=0.114 La misura di R/R richiede un accorgimento a a E mm4762./ 10m/m= R R k Misurare la variazione di resistenza

39 Ponte di Wheatstone: principio Introducendo variazioni di resistenza ed assumendo piccole variazioni di forma e la stessa resistenza nominale si ottiene:

40 u Segnali di rami opposti si sommano fra loro R 1 + R1 R 4 + R4 V R2R2R2R2 R3R3R3R3 E 21 Ponte di Wheatstone: principio Se il segnale è lo stesso si ha:

41 R 1 + R1 R4R4R4R4 V R2R2R2R2 R 3 + R3 E 22 u Segnali su rami adiacenti si sottraggono Wheatstone bridge: principle Se i segnali sono gli stessi si ha:

42 R 1, R 2, R 3, R 4 hanno la stessa resistenza nominale Come primo passo si introduce una resistenza variabile di bilanciamento, che viene alterata fino a che a deformazione nulla non corrisponde uscita nulla Ciò permette una compensazione delloffset e avvicina il ponte reale alla condizione ideale del modello R bal I5I5I5I E Ponte di Wheatstone: principio

43 QUARTO di PONTE E V Ponte di Wheatstone: configurazione

44 MEZZO PONTE E V Ponte di Wheatstone: configurazione

45 PONTE INTERO E V Ponte di Wheatstone: configurazione

46 La resistenza dei cavi con cui è connessa la R 4 non è compensata dal dummy ( R L ) La resistenza dei cavi con cui è connessa la R 4 non è compensata dal dummy ( R L ) dummy RLRLRLRL RLRLRLRL E Ponte di Wheatstone: connessione a 2 fili

47 Connessione a 3 fili e schermatura dummy E Ponte di Wheatstone: connessione a 3 fili

48 V+V- S+ S- Deve essere utilizzata con cavi di connessione corti Ponte di Wheatstone: connessione a 4 fili

49 V+ V- S+ S- SENS+ SENS- V I 0 Ponte di Wheatstone: connessione a 6 fili Adatto per cavi di connessione lunghi o: TELEMETRIA


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