Trasduttori di deformazione

Presentazione sul tema: "Trasduttori di deformazione"— 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 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)

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

4

5 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

6 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

7 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]

8 Estensimetri: principio resistivo
base 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....

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

10 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

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

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

13 Modelli: Estensimetri in configurazione monoassiale

14 Modelli: Estensimetri in configurazione biassiale

15 Modelli: Estensimetri in configurazione triassiale (rosette)

16 Modelli: Estensimetri in configurazione speciale

17 Modelli: Estensimetri allineati

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

19 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:

20 Fattore di sensibilità trasversale:
St

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

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

23 Posizionare gli estensimetri
Incollaggio degli estensimetri Posizionare gli estensimetri

24 Incollaggio degli estensimetri
Applicare l’adesivo

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

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

27 Incollaggio degli estensimetri
Cablaggio

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

29 Applicare uno strato protettivo
Incollaggio degli estensimetri Applicare uno strato protettivo

30 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

31 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: % 47

32 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

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

34 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

35 Effetto della temperatura:

36 Effetto della temperatura: DUMMY GAGE

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

38 Misurare la variazione di resistenza
Trave di acciaio con E  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

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

40 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

41 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

42 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

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

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

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

46 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)

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

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

49 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