I punti di misura, p.es. sui ponti o sulle ali degli aerei, sono spesso situati a grandi distanze dagli strumenti di misura. Se i punti di misura non sono direttamente accessibili, gli strumenti di misura dovranno essere collegati usando cavi molto lunghi. Lo svantaggio: la resistenza dei conduttori del cavo può ammontare a parecchi Ohm ed influenzare negativamente la misurazione. Particolarmente le variazioni della resistenza elettrica del cavo durante la misurazione, dovuta per esempio alle variazioni di temperatura, comporta degli effetti negativi. 

Per i conduttori in serie agli estensimetri (ER) nel medesimo ramo del ponte, la risposta termica dovuta al riscaldamento del cavo si calcola come segue: 

 

 Q     =  Conduttività del materiale conduttore 

Esempio:

Un filo di rame lungo 1 m (0,5 m il filo di andata e 0,5 m il filo di ritorno), di sezione 0,15 mm2, in serie ad un estensimetro da 120 Ohm, causa 20 µm/m di risposta termica per 10 K di variazione della temperatura. Restando eguali tutte le altre condizioni, la risposta termica per un estensimetro da 350 Ohm è di solo 7 µm/m.

Svariati tipi di circuiti per estensimetri consentono di compensare la resistenza dei conduttori. Questo articolo presenta tre tipi di circuito basati sul ponte di Wheatstone, spiegandone vantaggi e svantaggi. 

Circuito a 2 fili

Col circuito a 2 fili, gli estensimetri vengono collegati direttamente all'amplificatore mediante due fili (vedere Fig. 1). Lo schema elettrico mostra che la resistenza del cavo viene aggiunta due volte (andata e ritorno) alla resistenza dell'estensimetro. 

Ciò influenza sia il punto zero del ponte che la sua sensibilità. Perfino con cavi lunghi pochi centimetri si deve prendere in considerazione la resistenza del cavo. Il circuito a 2 fili è particolarmente sensibile alle variazioni di temperatura durante la misurazione, dato che la variazione di resistenza influenza immediatamente il valore misurato. 

La stabilità termica del circuito a 2 fili è stata provata utilizzando degli estensimetri applicati e l'amplificatore di misura per ponti di estensimetri  QuantumX MX1615.  

Risultato della prova: Il risultato di misura ottenuto con il circuito a 2 fili non è significativo. La variazione di resistenza del cavo, dovuta p.es. alla variazione di temperatura, ha pieno impatto sul risultato di misura

Anche variazioni asimmetriche della resistenza nel circuito dell'estensimetro provocano errori di misura. Le variazioni di resistenza non vengono corrette.  

 

Fig. 1: Collegamento dell'estensimetro in configurazione a 2 fili 

Circuito regolato a 3 fili

Col circuito a 3 fili, viene collegato un filo addizionale ad uno dei capi della resistenza da misurare, costituendo così un secondo circuito di misura da usare come riferimento. Il circuito a 3 fili controllato misura la tensione ai capi della resistenza del cavo superiore ed aumenta la tensione di alimentazione del doppio dell'entità misurata. Quale risultato, la tensione ai capi dell'estensimetro è identica sia con che senza cavo, pertanto il cavo non ha influenza sulla sensibilità.

Il circuito a 3 fili controllato richiede che i due fili conduttori della corrente abbiano la medesima resistenza, dato che la tensione viene misurata solo su un conduttore, ma che per la correzione viene applicato il doppio del suo valore. Quindi, con un cavo a quattro conduttori, sarebbe completamente errato collegare due fili in parallelo per ridurre la resistenza del cavo. Ciò comporterebbe un significativo errore del punto zero. D'altra parte, con rosette e catene di estensimetri è essenziale assicurarsi che il resistore RKab1 corrisponda a tutti i resistori RKab2 collegati in parallelo. 

Inoltre, la nostra prova mostra che le variazioni della resistenza vengono corrette solo in un conduttore del cavo. Le variazioni asimmetriche della resistenza, p.es. le interferenze nei punti di contatto, hanno pieno impatto sul risultato di misura. Le variazioni simmetriche della resistenza, p.es. le variazioni della temperatura durante la misurazione, vengono compensate dal filo sensore. 

Fig. 2: Collegamento dell'estensimetro in configurazione a 3 fili 

Circuito regolato a 4 fili

Solo il circuito a 4 fili, od il circuito di Kreuzer brevettato dalla HBM, consente di compensare differenti resistenze del cavo. Una corrente elettrica nota fluisce lungo il resistore mediante due conduttori. La tensione che cade su resistore RKab1 viene controllata e corretta (ad alta impedenza) mediante due fili aggiuntivi. 

Il circuito di Kreuzer misura la tensione ai capi del resistore RKab2 e la aggiunge a quella di alimentazione. La tensione, e perciò la corrente che attraversa il resistore di competamento Rerg, sono indipendenti dalla resistenza del cavo. Gli errori sul punto zero e sulla sensibilità provocati dalle influenze del cavo vengono così compensati elettronicamente.  

Nota: i tre grafici mostrano la misurazione di un estensimetro collegato con circuiti a 2, a 3 ed a 4 fili. Qui sembra che tutte le tre tecniche offrano la medesima stabilità. In realtà, si notano dei gradini nei grafici con circuito a 2 e 3 fili, mentre il grafico con circuito a 4 fili resta del tutto stabile.

La nostra prova dimostra che il circuito di Kreuzer brevettato consente risultati di misura precisi dovuti

  • all'alta stabilità in temperatura, ed 
  • alla correzione delle variazioni della resistenza in ambedue i conduttori del cavo. 

Sia le variazioni asimmetriche della resistenza, p.es. sui connettori, che le variazioni simmetriche della resistenza, dovute p.es. alle variazioni di temperatura, vengono corrette e non influenzano il risultato di misura. 

Fig. 3: Collegamento dell'estensimetro usando il circuito di Kreuzer brevettato della HBM 

Compensazione della resistenza dei conduttori - col QuantumX MX1615

Contatti Prego, contattateci se desiderate conoscere cosa può offrirvi la HBM.