Gli estensimetri a foglio metallico sono largamente impiegati come principio di rilevazione nelle misurazioni di forze, coppie e pressioni. La stragrande maggioranza dei trasduttori di forza e di celle di carico, torsiometri e trasduttori per alte pressioni si basano su questo principio di misura e sono disponibili con un'enorme varietà di forme del corpo di misura.
Tutti gli estensimetri a foglio utilizzano un principio comune: essi impiegano la deformazione positiva o negativa per convertire le variazioni meccaniche in segnali elettrici. In specifiche zone del corpo elastico in cui si concentrano le deformazioni quando si applica il carico, si installano almeno quattro estensimetri – due soggetti a deformazione positiva e due a deformazione negativa – che vengono collegati come circuito a ponte di Wheatstone. Questo genere di „doppio divisore di tensione“ in cui variano le resistenze contrapposte, la tensione di uscita è approssimativamente proporzionale alla deformazione del corpo di misura.
Fig. 1. Gli estensimetri vengono collegati con circuito a ponte di Wheatstone per generare un tensione di uscita che consente di misurare facilmente quasiasi tipo di deformazione.
Il segnale di uscita è dato come rapporto fra la tensione di alimentazione e tensione di uscita. Esso si calcola come segue:
I trasduttori con estensimetri a foglio consentono la maggior accuratezza per determinare le grandezze meccaniche. Nel contempo, essi sono la scelta migliore per ottenere la minore incertezza di misura.
Volendo garantire anche l'elevata dinamicità, le zone di concentrazione della deformazione devono essere progettate le più piccole possibili per garantire la massima rigidità (4)(5)(6).
I principi di funzionamento degli estensimetri sono così ben consolidati da permettere di focalizzare tutta l'attenzione unicamente al compito di misura.
A differenza che con altri principi di rilevazione, con gli estensimetri a foglio si possono ottenere quasi senza limiti alti carichi nominali, semplicemente dimensionando opportunamente il corpo di misura. Esempi ne sono i trasduttori di forza nel campo dei MN, i torsiometri nel campo dei MNm ed i trasduttori di ultra pressione nel campo dei GPa (7).
In altre applicazioni, ad esempio coi trasduttori per la misurazione di pressioni idrostatiche, si ha una scelta più ampia del principio di misura che per le altre grandezze meccaniche. Nelle applicazioni per le pressioni più basse, che rappresentano il segmento maggiore di questo mercato, si usano solitamente soluzioni capacitive o piezoresistive MEMS, specialmente per la misurazione di basse pressioni dell'ordine di pochi bar. La resistenza ai sovraccarichi è particolarmente importante per la misurazione di pressioni elevate, il che esclude in effetti le soluzioni capacitive e piezoresistive MEMS – nonostante alcuni progressi effettuati con i nuovi modelli negli ultimi anni.
La Figura 2 mostra il confronto fra diversi tipi di tecnologie estensimetriche e la loro idoneità alla misurazione di pressioni da diversi punti di vista.
Figura 2: Confronto fra diverse tecnologie di misura della pressione (8)
L'esame di questa tabella rivela che i trasduttori per ultra pressione basati sugli estensimetri risultano la scelta primaria allorché siano necessarie altissime accuratezza e stabilità a lungo termine. Ciò è particolarmente rilevante quando si confrontano i risultati dei vari Istituti Nazionali di Metrologia di diverse nazioni (9).
È possibile intraprendere un'analisi simile sui diversi principi di misura per ogni altra grandezza misurabile. È meglio effettuarla quando si desidera progettare una catena di misura ottimizzata per un particolare compito di misura, poiché il principio di funzionamento è una importante interfaccia per il processo od il fenomeno oggetto di indagine.
