Trasduttori di deformazione Definizione e tecnologie Utilizzi comuni Tipi and modelli Taratura Effetti della temperatura

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

2. 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

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 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. Elemento sensibile F F Estensimetri: principio resistivo • 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. base Estensimetri: principio resistivo • 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....

9. Segni di riferimento griglia asse trasversale Base di misura fili di connessione terminali asse longitudinale supporto Estensimetri: principio resistivo 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. ELONGAZIONE PIEZORESISTIVITÁ Estensimetri: principio resistivo GAGE FACTORo SENSIBILITÁ CAMPO PLASTICO Valore tipico: k=2 (per leghe metalliche).

12. 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/120 Acciaio3/350 6/350 10/350 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 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) (*) ksè solitamente trascurabile Perciò, se si utilizza il rapporto ∆R/Rper stimare la deformazione, la differenza fra la deformazione stimata e quella monoassiale è la seguente:

20. St Fattore di sensibilità trasversale:

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

22. Incollaggio degli estensimetri : Pulire il piano di incollaggio

23. Incollaggio degli estensimetri Posizionare gli estensimetri

24. Incollaggio degli estensimetri Applicare l’adesivo

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

29. 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. F Mf F estensimetri  R / R K =  Taratura degli estensimetri: • 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

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

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

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

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

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

42. 2 1 I5 3 4 E Ponte di Wheatstone: principio • 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. 1 2 V 4 3 E Ponte di Wheatstone: configurazione QUARTO di PONTE

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

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

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

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

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

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