Fare due fori, spellare i fili, preparare la superficie, posizionare l’estensimetro e serrare entrambe le viti le viti al valore di coppia specificato, quindi impostare il punto zero: a questo punto è possibile iniziare la misura della deformazione.
Se solo fosse così semplice! Ovviamente, la procedura descritta per la misura di forza con gli estensimetri funziona: Le sollecitazioni in atto vengono misurate subito dopo aver serrato le viti. Ma la vera domanda da porsi è se la misura nella posizione scelta abbia un senso. In alcune applicazioni, come i supporti di un silos, la scelta del punto di misura è, ovviamente, facile. In altre applicazioni, come i frantoi a urto, la determinazione dell’esatto punto di misura appare immediatamente più difficile.
Gli estensimetri: breve introduzione
Per riassumere, diamo innanzitutto una breve spiegazione del termine: i sensori di deformazione (o estensimetri) sono definiti anche come trasduttori di deformazione e rappresentano una versione speciale dei sensori di forza. Dal momento che sono avvitati all’applicazione dall’esterno, sono facili e veloci da montare ma la misura non avviene direttamente all’interno del flusso di forza, ma indirettamente. Tuttavia, l’utilizzo degli estensimetri consente di ottenere un’accuratezza elevata.
Gli estensimetri vengono utilizzati quando occorre rilevare le deformazioni dovute a forze esterne su elementi esistenti (per la maggior parte solidi). Come già descritto, il sensore è collegato al componente e regolato di conseguenza, quindi inizia a misurare. La deformazione viene trasferita dall’elemento solido al trasduttore di deformazione mediante collegamento per attrito. Le applicazioni per questi sensori sono diverse e di seguito descriviamo nel dettaglio un paio di esempi.
Esempio pratico 1: Pesatura di un silo con l’uso di estensimetri
Estensimetro ai piedi di un silos come sistema di pesatura
I sistemi di pesatura di un silo vengono generalmente utilizzati per determinare la quantità di materiale che deve essere svuotato in un camion. Spesso è anche importante sapere in qualsiasi momento quanto materiale è conservato nel silos. Se tali sistemi di pesatura vengono pianificati sin dall’inizio del progetto del silo, sarà possibile determinare il peso del contenuto con una precisione molto elevata. A tale scopo, alla base del silo è possibile utilizzare estensimetri e celle di carico a flessione.
Ma cosa succede se il silos o il serbatoio è già montato e il sistema di pesatura o di misura del livello deve essere installato in seguito? Una modifica che consenta l’installazione e l’uso di estensimetri e celle di carico a flessione per la misura di forza può quindi diventare rapidamente molto costosa, se non addirittura impossibile.
Gli estensimetri possono essere adattati a silos o serbatoi. Gli strumenti di misura vengono semplicemente avvitati ai supporti proprio perché, come descritto, sono progettati per applicazioni in cui deve essere misurata la deformazione da forze esterne che agiscono su un componente già esistente. Se si conosce la deformazione delle colonne, è facile stimare il livello del silos.
Esempio pratico 2: utilizzo degli estensimetri nei frantoi a urto
Un altro esempio di utilizzo degli estensimetri è nei frantoi a urto. Tali frantoi sono macchine utilizzate per schiacciare materiali solidi, come le pietre. Questi materiali vengono rotti in parti sempre più piccole tramite uno “schiacciamento a urto”. Di conseguenza, si verificano picchi di forza che a loro volta deformano il materiale del contenitore o della macchina. Un estensimetro consente di rilevare tali deformazioni. Se la deformazione diventa eccessiva, ad esempio se una pietra resta impigliata nel mandrino, è possibile utilizzare questo metodo per arrestare automaticamente il macchinario.
Anche in questo caso, non occorre riprogettare il frantoio a urto; l’estensimetro può essere semplicemente avvitato nel posto giusto e successivamente rileverà le sollecitazioni che si verificano. Nella maggior parte dei casi, la posizione migliore in cui l’estensimetro viene installato è determinata utilizzando il calcolo F.E.M. (in modo che la deformazione rientri nei limiti specificati).
Per determinare la forza e la deformazione è possibile ricorrere all’uso di metodi di calcolo matematici. In alcune strutture la divisione in porzioni elementari, facilmente schematizzabili, discende immediatamente dal disegno e dalla tecnologia utilizzata per la costruzione. Il “metodo degli elementi finiti” (F.E.M.: finite element method) è un metodo per risolvere numericamente equazioni alle derivate parziali, su un dominio complesso. Una struttura può essere divisa in un gran numero di porzioni elementari (un numero finito di elementi che non sono infinitamente piccoli) e consente di risolvere il problema della determinazione dello stato di sforzo e deformazione in elementi, in condizioni di carico per le quali non è reperibile o ricavabile la soluzione analitica. Il comportamento dei singoli elementi è, quindi, più facile da calcolare rispetto a quello dell’intero corpo complesso.
Conclusioni
In sintesi si può affermare che, pianificandolo fin dall’inizio, esistono tecniche di misura più precise dell’estensimetro, che misura solo indirettamente e non direttamente nel flusso della forza. Tuttavia, se il sistema esiste già, l’estensimetro rappresenta un’alternativa conveniente che può ancora dare valori di misurati affidabili. Nell’applicazione stessa, il sensore viene rapidamente integrato ed è adatto sia per attività statiche che dinamiche. Inoltre, i sensori hanno un’elevata resistenza agli urti e alle vibrazioni e una buona stabilità a lungo termine. Il segnale di uscita può essere fornito come 4-20 mA, 0-10 V, CAN o CANopen.
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