Un estensimetro è stato inventato da Edward E. Simmons e Arthur C. Ruge, nel 1938. Questa invenzione ha portato alla misurazione di una quantità significativa di deformazione su varie strutture. Un estensimetro è un tipo di sensore utilizzato in un'ampia varietà di applicazioni per misurare la deformazione di un oggetto. È uno strumento geotecnico essenziale che determina la deformazione in una serie di strutture come gallerie, cavità sotterranee, edifici, ponti, calcestruzzi, dighe in muratura, incastonature nel suolo / calcestruzzo, ecc. Ecco tutto ciò che un lettore può sapere sull'Estensimetro, incluso principio di funzionamento, caratteristiche e applicazioni.
Cos'è un estensimetro?
Definizione: Un estensimetro è uno dei dispositivi imperativi utilizzati nel campo dell'ingegneria geotecnica per misurare la deformazione su diverse strutture. Applicando una forza esterna, ci sarebbe un cambiamento nella resistenza di un estensimetro.
estensimetro
La costruzione di base di un misuratore ha un supporto flessibile isolante per supportare una struttura in lamina metallica. Questa bobina metallica è incollata a un sottile supporto chiamato supporto e l'intera configurazione è fissata a un oggetto utilizzando un adesivo adatto. Poiché l'oggetto si deforma a causa di forza, pressione, peso, tensione, ecc., Il resistenza elettrica di cambi di lamina. UN Ponte di Wheatstone misura la variazione di resistività, che è correlata alla deformazione attraverso una quantità nota come Gauge Factor.
diagramma-campione-estensimetro
Le piccole variazioni di resistenza di un misuratore vengono misurate utilizzando il concetto di ponte di Wheatstone. La figura seguente illustra il ponte di Wheatstone generale, che ha quattro bracci resistivi e una tensione di eccitazione, VEX.
Ponte di Wheatstone
Il ponte di Wheatstone ha due paralleli divisore di tensione circuiti. R1 e R2 formano un circuito divisore di tensione, R3 e R4 formano un secondo circuito divisore di tensione. La tensione di uscita VO è data da:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VEX
Se R1 / R2 = R4 / R3, la tensione di uscita è zero e si dice che il ponte sia un ponte bilanciato.
Un piccolo cambiamento nella resistenza porta a una tensione di uscita diversa da zero. Se 'R4' viene sostituito con un estensimetro e qualsiasi cambiamento nella resistenza dell'estensimetro sbilancia il ponte e produce una tensione diversa da zero.
Fattore di misura dell'estensimetro
Il fattore di gauge GF è dato come
GF = (∆R⁄RG) / ∈
Dove,
'ΔR' è la variazione di resistenza dovuta allo sforzo
'RG' è la resistenza del misuratore non deformato
'Ε' è il ceppo
Il fattore di misura delle comuni lamine metalliche è intorno a 2. La tensione del sensore di uscita SV di un ponte di Wheatstone è data da,
SV = EV (GF.∈) / 4
Dove EV è la tensione di eccitazione del ponte
Strain Gauge Working
Il funzionamento di un estensimetro dipende interamente dalla resistività elettrica di un oggetto / conduttore. Quando un oggetto viene allungato entro i suoi limiti di elasticità e non si rompe o si deforma in modo permanente, diventa più sottile e più lungo, con conseguente elevata resistenza elettrica. Se un oggetto è compresso e non si deforma, ma, si allarga e si accorcia, provoca una diminuzione della resistenza elettrica. I valori ottenuti dopo aver misurato la resistenza elettrica di un misuratore aiutano a capire la quantità di stress indotta.
La tensione di eccitazione viene applicata ai terminali di ingresso di una rete di misuratori, mentre l'uscita viene letta ai terminali di uscita. Normalmente, questi sono collegati a un carico ed è probabile che rimangano stabili per periodi più lunghi, a volte decenni. La colla utilizzata per i misuratori dipende dalla durata di un sistema di misurazione: la colla cianoacrilica è adatta per misurazioni a breve termine e la colla epossidica per misurazioni a lungo termine.
Principio di funzionamento degli estensimetri
Come sappiamo che la resistenza dipende direttamente dalla lunghezza e dall'area della sezione trasversale di un conduttore, che è data da R = L / A
Dove,
'R' = Resistenza
'L' = Lunghezza
'A' = area della sezione trasversale
Chiaramente, la lunghezza di un conduttore viene alterata con il cambiamento delle dimensioni e della forma di un conduttore, alterando eventualmente l'area della sezione trasversale e la resistenza.
Qualsiasi calibro normale ha una striscia conduttiva lunga e sottile, disposta a zig-zag di linee parallele. Lo scopo di questo allineamento a zig-zag è elaborare con molta precisione la piccola quantità di stress che si verifica tra le linee parallele. Lo stress è definito come la forza di resistenza di un oggetto.
Rosette per estensimetri
Due o più misuratori posizionati strettamente in una struttura a rosetta per misurare il numero di componenti per valutare la deformazione precisa sulla superficie sono noti come rosette estensimetriche. L'illustrazione è mostrata nella figura seguente.
rosette estensimetriche
Celle di carico estensimetriche
Queste celle di carico si trovano più comunemente nelle applicazioni industriali. È estremamente preciso ed economico. Fondamentalmente, una cella di carico è costituita da un corpo metallico su cui sono fissati gli estensimetri. Affinché il corpo metallico sia robusto e meno elastico, per la progettazione vengono utilizzati acciaio legato, alluminio o acciaio inossidabile.
Quando una forza esterna viene applicata su una cella di carico, la cella di carico si deforma leggermente e, se non sovraccaricata, ritorna alla sua forma originale.
Se la cella di carico si deforma, il misuratore cambia di forma, provocando la variazione della resistenza elettrica del misuratore, che a sua volta misura la tensione.
Esistono tipi comuni di celle di carico estensimetriche, che includono trave di flessione, pancake, cella di carico con trave di taglio a punto singolo, trave di taglio a doppia estremità, morsetti per funi metalliche e così via.
Caratteristiche degli estensimetri
Le caratteristiche importanti degli estensimetri sono:
- Questi sono appropriati per periodi più lunghi con alcune precauzioni
- Forniscono valori precisi con una variazione di temperatura e altri fattori
- Questi sono facili da produrre grazie ai componenti semplici
- Sono di facile manutenzione e hanno una lunga vita operativa
- Questo è completamente incapsulato per proteggere da danni come la manipolazione e l'installazione
Applicazioni degli estensimetri
Le caratteristiche eccezionali consentono di utilizzare questi calibri nel campo dell'ingegneria geotecnica per monitorare costantemente strutture come dighe, gallerie, ecc. E per evitare incidenti con largo anticipo. Alcune delle applicazioni degli estensimetri includono:
- Monitoraggio ferroviario
- Ponti per cavi
- Aerospaziale
- Centrali nucleari
Domande frequenti
1). Qual è la sensibilità dell'estensimetro?
La sollecitazione del flusso differisce rispetto alla velocità di deformazione. Inoltre, la velocità di deformazione dipende dalla dimensione dei grani di un oggetto o di un materiale di lavoro. È definito come il rapporto tra la variazione della tensione di flusso e la variazione della deformazione.
2). Qual è l'unità di deformazione?
La tensione è una quantità adimensionale. Tuttavia, la velocità di deformazione è il reciproco del tempo e l'unità SI è reciproca dei secondi (s-1).
3). Come scelgo un estensimetro?
Viene selezionato in base al tipo di applicazioni e ad altri elementi correlati. Ad esempio -
- Basato sulla lunghezza e sulla resistenza del calibro
- Basato sul risparmio di manodopera
- Basato sul materiale e sull'ambiente di misurazione
4). Perché il ponte di Wheatstone viene utilizzato per gli estensimetri?
Il ponte di Wheatstone è in grado di misurare le tensioni di uscita in millivolt. Per un estensimetro incollato, è possibile misurare una variazione di resistenza quando è collegato a un circuito elettrico (ponte di Wheatstone) che misura la variazione minima della resistenza. Quando la tensione di uscita sul ponte di Wheatstone diventa diversa da zero, il circuito perde il suo equilibrio e aiuta a determinare la tensione sull'oggetto.
5). Come si installano gli estensimetri?
Ecco i passaggi per installare gli estensimetri
Quindi, un ampia descrizione dell'estensimetro , il principio di funzionamento, il fattore di misura, le caratteristiche e le applicazioni sono forniti in questo articolo. Oltre a questo, la correlazione dell'immagine digitale (DIC) è una tecnica utilizzata oggigiorno per misurare la deformazione. Viene utilizzato in molti settori per la sua precisione e come sostituto dei sensori convenzionali come accelerometri, potenziometri, LVDT e molti altri. Ecco una domanda per te, qual è la funzione principale dell'estensimetro?
