Strain Gauge: Principio di funzionamento & Diagramma

Cosa è un Misuratore di Deformazione

Un misuratore di deformazione è un resistore utilizzato per misurare la deformazione su un oggetto. Quando una forza esterna viene applicata a un oggetto, si verifica una deformazione nella forma dell'oggetto. Questa deformazione, sia compressiva che tensile, è chiamata deformazione e viene misurata dal misuratore di deformazione. Quando un oggetto si deforma entro il limite di elasticità, diventa più stretto e lungo o più corto e largo. Di conseguenza, c'è un cambiamento nella resistenza da un'estremità all'altra.

Il misuratore di deformazione è sensibile ai piccoli cambiamenti che si verificano nella geometria di un oggetto. Misurando il cambiamento di resistenza di un oggetto, è possibile calcolare l'ammontare dello stress indotto.

Il cambiamento di resistenza ha normalmente un valore molto piccolo, e per rilevare quel piccolo cambiamento, il misuratore di deformazione ha una striscia metallica sottile e lunga disposta in un pattern a zig-zag su un materiale non conduttivo chiamato supporto, come mostrato di seguito, in modo da poter amplificare la piccola quantità di stress in un gruppo di linee parallele e poterlo misurare con alta precisione. Il misuratore viene letteralmente incollato sul dispositivo tramite un adesivo.

Quando un oggetto mostra una deformazione fisica, la sua resistenza elettrica cambia e quel cambiamento viene poi misurato dal misuratore.

Circuito Ponte del Misuratore di Deformazione

Il circuito ponte del misuratore di deformazione mostra lo stress misurato attraverso il grado di discrepanza, e utilizza un voltmetro al centro del ponte per fornire una misurazione accurata di tale squilibrio:

In questo circuito, R1 e R3 sono bracci di rapporto uguali tra loro, e R2 è il braccio reostatico che ha un valore uguale alla resistenza del misuratore di deformazione. Quando il misuratore non è sotto deformazione, il ponte è bilanciato e il voltmetro mostra un valore zero. Con un cambiamento nella resistenza del misuratore di deformazione, il ponte si sbilancia e produce un indicazione sul voltmetro. La tensione di uscita dal ponte può essere ulteriormente amplificata da un amplificatore differenziale.

Variazione della Temperatura del Misuratore di Deformazione

Un altro fattore che influenza la resistenza del misuratore è la temperatura. Se la temperatura è maggiore, la resistenza sarà maggiore, e se la temperatura è minore, la resistenza sarà minore. Questa è una proprietà comune a tutti i conduttori. Possiamo superare questo problema utilizzando misuratori di deformazione che sono autocompensati termicamente o mediante la tecnica del misuratore di deformazione fittizio.

La maggior parte dei misuratori di deformazione sono realizzati in lega costantan, che annulla l'effetto della temperatura sulla resistenza. Tuttavia, alcuni misuratori di deformazione non sono di lega isoelastica. In tali casi, viene utilizzato un misuratore di deformazione fittizio al posto di R2 nel circuito a ponte quartino, che agisce come dispositivo di compensazione termica.

Ogni volta che la temperatura cambia, la resistenza cambia nella stessa proporzione in entrambi i bracci del reostato, e il ponte rimane in uno stato di equilibrio. L'effetto della temperatura viene annullato. È consigliabile mantenere la tensione bassa in modo che il riscaldamento autonomo del misuratore di deformazione possa essere evitato. Il riscaldamento autonomo del misuratore dipende dal suo comportamento meccanico.

Questo schema è considerato come un ponte quartino. Esistono altre due configurazioni, mezzo ponte e ponte completo, che offrono una maggiore sensibilità rispetto al circuito a ponte quartino. Tuttavia, il circuito a ponte quartino è ampiamente utilizzato nei sistemi di misura della deformazione.

Utilizzo del Misuratore di Deformazione

• Nel campo dello sviluppo ingegneristico meccanico.

• Per misurare lo stress generato dalle macchine.

• Nel campo dei test di componenti di aeromobili, come: collegamenti, danni strutturali, ecc.

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