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

L’ordine delle deformazioni di solito è il seguente: 1 = 10-6 (m/m) Deformazione e sforzo esistono diversi tipi di deformazione, qui si considererà la deformazione del continuo la deformazione media è espressa nel modo seguente: L’ordine delle deformazioni di solito è il seguente: 1 = 10-6 (m/m)

Principi di misura: Principali tipologie di trasduttore: meccanici ottici pneumatici acustici magnetici elettro-resistivi ATTIVO PASSIVO DEFLESSIONE AZZERAMENTO RELATIVA ASSOLUTA CON CONTATTO SENZA CONTATTO

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

Proprietà desiderate La sensibilità statica dovrebbe essere stabile e non derivare nel tempo, a causa di effetti termici o ambientali; 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); Le risposte in frequenza dovrebbero essere il più piatte possibili per misure dinamiche Il trasduttore dovrebbe essere economico per garantire un ampio utilizzo

Estensimetri: principio resistivo F 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 [m2]

Estensimetri: principio resistivo base Valori comuni: Resistenza nominale: R  120 , 350  tolleranza di produzione sulla resistenza nominale: ± 1% Lunghezza del supporto: 0.6 - 200 mm Materiali: Costantana (lega Cu - Ni), Karma, leghe di Ni - Cr, semi-conduttori....

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

Estensimetri: principio resistivo 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). CAMPO ELASTICO

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

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

Modelli: Estensimetri in configurazione monoassiale

Modelli: Estensimetri in configurazione biassiale

Modelli: Estensimetri in configurazione triassiale (rosette)

Modelli: Estensimetri in configurazione speciale

Modelli: Estensimetri allineati

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

Sensibilità trasversale: 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: (stato di deformazione monoassiale) (*) ks è solitamente trascurabile Perciò, se si utilizza il rapporto ∆R/R per stimare la deformazione, la differenza fra la deformazione stimata e quella monoassiale è la seguente:

Fattore di sensibilità trasversale: St

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

Pulire il piano di incollaggio Incollaggio degli estensimetri : Pulire il piano di incollaggio

Posizionare gli estensimetri Incollaggio degli estensimetri Posizionare gli estensimetri

Incollaggio degli estensimetri Applicare l’adesivo

Incollare l’estensimetro: ATTENZIONE A NON PIEGARLO! Incollaggio degli estensimetri Incollare l’estensimetro: ATTENZIONE A NON PIEGARLO!

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

Incollaggio degli estensimetri Cablaggio

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

Applicare uno strato protettivo Incollaggio degli estensimetri Applicare uno strato protettivo

Adesivi da utilizzare: 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

Taratura degli estensimetri: F Mf estensimetri K = R /   Analisi statistica sul 2-3% provenienti dallo stesso lotto ε misurata tramite un trasduttore ottico Incertezza sulla deformazione: 1 m/m Incertezza sulla sensibilità: 0.1-0.2 % 47

Effetto della temperatura: 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 dell’estensimetro varia in funzione della temperatura secondo la legge di dilatazione lineare: Le = eT La lunghezza della base dell’estensimetro varia in funzione della temperatura secondo la legge di dilatazione lineare: Lp = pT

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

Effetto della temperatura: 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 l’estensimetro ha un coefficiente di espansione termica tale da compensare sia la deformazione del misurando, sia la variazione di resistività 5

Effetto della temperatura:

Effetto della temperatura: DUMMY GAGE

Effetto della temperatura: DUMMY GAGE measure 1 2 3 4 5 I5 dummy E ER1: deformazione reale ed apparente ER2: solo deformazione

Misurare la variazione di resistenza Trave di acciaio con E  210000 Mpa Sforzo applicato a=100 Mpa monoassiale R=120  Gage factor: k=2 Variazione della resistenza: R=0.114  La misura di R/R richiede un accorgimento a a   E m 4 762 . / 10 = 476 -4  R k   9 5 . 10 -4 1

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

Ponte di Wheatstone: principio R1+R1 R4+R4 V R2 R3 E Se il segnale è lo stesso si ha: Segnali di rami opposti si sommano fra loro 21

Wheatstone bridge: principle R1+R1 R4 V R2 R3+R3 E Se i segnali sono gli stessi si ha: Segnali su rami adiacenti si sottraggono 22

Ponte di Wheatstone: principio 1 2 3 4 E R1, R2, R3, R4 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 dell’offset e avvicina il ponte reale alla condizione ideale del modello Rbal

Ponte di Wheatstone: configurazione 1 2 3 4 E V QUARTO di PONTE

Ponte di Wheatstone: configurazione 1 2 3 4 E V MEZZO PONTE

Ponte di Wheatstone: configurazione 1 2 3 4 E V PONTE INTERO

Ponte di Wheatstone: connessione a 2 fili 1 2 3 4 dummy RL E La resistenza dei cavi con cui è connessa la R4 non è compensata dal dummy (RL)

Ponte di Wheatstone: connessione a 3 fili dummy E 1 2 4 3 Connessione a 3 fili e schermatura

Ponte di Wheatstone: connessione a 4 fili 1 2 3 4 V+ V- S+ S- Deve essere utilizzata con cavi di connessione corti

Ponte di Wheatstone: connessione a 6 fili o: TELEMETRIA I  0 V+ SENS+ I  0 1 2 S+ V S- 3 4 SENS- V- Adatto per cavi di connessione lunghi