Serie di articoli: La precisione della misura nell'analisi sperimentale delle sollecitazioni - Parte 1

La tecnologia degli estensimetri, con le sue vaste opportunità di compensazione degli errori, è stata oggetto di ottimizzazione per decenni. Eppure nelle estensimetrie, le fonti di disturbo continuano a essere numerose. Lo scopo del presente articolo è quello di individuare le svariate (e spesso evitabili) fonti d'errore durante l'uso degli estensimetri nell'analisi sperimentale delle sollecitazioni e fornire un'assistenza che consenta di individuare l’incertezza di misura già in fase di progettazione.

Domande fondamentali

Prima di effettuare le misurazioni nell'analisi sperimentale delle sollecitazioni con estensimetro può essere utile riflettere sulle seguenti osservazioni, che riassumono le esperienze dell'autore. Le seguenti domande sono fondamentali per individuare gli interventi necessari (ad es. la protezione del punto di misura) e l'incertezza di misura ottenibile:

  • Quando si raggiunge il termine della vita utile del punto di misura?
  • Quanto saranno alti i valori di sollecitazione?
  • Ci saranno variazioni di temperatura? Se sì, di che entità e a quale velocità?
  • Le condizioni ambientali (acqua, umidità, ecc.) influiscono sul punto di misura?
  • Su quali materiali è installato l'estensimetro (disomogenei, anisotropi, altamente igroscopici, ecc.)?
  • Esiste la possibilità di tarare il punto zero, se necessario?

Un ingegnere esperto cercherà le risposte già in fase di analisi del compito di misura (molto prima di installare il primo estensimetro). La risposta all'ultima domanda è determinante per stabilire se la misurazione è riferita al punto zero oppure non riferita al punto zero.

Misurazioni riferite al punto zero

Le misurazioni riferite al punto zero sono normalmente intese come misurazioni che implicano un confronto dei valori attualmente misurati con i valori misurati all'inizio della misurazione, nel corso di più settimane, mesi o anni. In questo arco di tempo non si prevede alcun "bilanciamento del punto zero" della catena di misura. Le misurazioni riferite al punto zero presentano molte più criticità rispetto a quelle non riferite al punto zero, in quanto le derive dello zero (per via della temperatura e altri fattori ambientali) sono comprese integralmente nel risultato della misurazione

Gli errori di taratura sono particolarmente rischiosi quando i valori di sollecitazione sono ridotti, in quanto comportano derivemolto grandi rispetto al valore misurato. Le sollecitazioni nei componenti e nelle strutture di macchinari spesso non arrivano a 100 µm/m, in quanto hanno un fattore di sicurezza "integrato". In questo caso, con uno scostamento dello zero di 100 µm/m, si avrebbe un errore di misurazione pari al 100 %.

Dato che la misurazione continua per il monitoraggio strutturale è quasi sempre una misurazione riferita al punto zero, occorre prestare particolare attenzione a proteggere gli estensimetri dai fattori ambientali. È fondamentale che il punto di misurazione offra una stabilità sufficiente a lungo termine. Prevedendo ampie variazioni di temperatura, i coefficienti della temperatura devono essere contenuti. Le ampiezze di segnale ridotte nelle misurazioni su componenti di grandi dimensioni probabilmente saranno sovrapposte dagli effetti derivanti da un'errata installazione dell'estensimetro. L'elettronica di misurazione risponde ad ogni variazione di resistenza con un cambiamento sul display.

Ciò può essere dovuto ad una variazione delle quantità da misurare, oppure all'ingresso di molecole di acqua. Il valore effettivamente misurato, come il segnale aggregato di tutte le misure della sollecitazione sull'estensimetro, non consente di distinguere le misure desiderate da quelle indesiderate.

Misurazioni non riferite al punto zero

Le misurazioni non riferite al punto zero sono considerate compiti di misura che consentono il bilanciamento dello zero senza perdite di informazioni in determinati punti nel tempo. In questo caso è rilevante soltanto la variazione della quantità misurata dopo il "bilanciamento dello zero". (Le moderne bilance pesapersone vengono tarate automaticamente ad ogni accensione, senza perdite d'informazione). Il "bilanciamento dello zero" spesso è possibile con le prove di carico one-off (spesso in forma di misurazioni a breve termine), mentre la deriva dello zero è del tutto insignificante.

È nelle prove distruttive che si verificano sollecitazioni fortissime, pertanto è necessario impiegare estensimetri con intervalli di misurazione adeguati. Sarebbe infatti imbarazzante, oltre che costoso, accorgersi dopo settimane di preparativi che gli estensimetri installati sui componenti non eseguano correttamente il lavoro.

Le misurazioni in laboratorio e celle di prova sono considerate piuttosto affidabili, in quanto le condizioni ambientali (temperatura, umidità) sono moderate.

Le misurazioni in campo e in camere ambientali con elevata umidità e ampi gradienti termici presentano invece criticità.

 

 

Leggete ulteriori approfondimenti su questo argomento, nella Parte 2 della nostra serie di articoli sul "La precisione della misura nell'analisi sperimentale delle sollecitazioni".

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