Estensimetri

Un estensimetro deve essere utilizzato ogni volta che è richiesta una misurazione accurata della deformazione che non può essere dedotta in modo affidabile dal solo spostamento della traversa. Lo spostamento della traversa include i contributi della cedevolezza della macchina, dell'assestamento delle afferraggi e della deflessione della linea di carico, tutti fattori che possono sovrastimare significativamente la deformazione reale del provino, in particolare nei materiali rigidi o a bassi valori di deformazione. Gli estensimetri sono essenziali per determinare il modulo di elasticità, lo snervamento e altre proprietà dipendenti dalla deformazione, e sono richiesti dalla maggior parte degli standard di prova dei materiali, tra cui ISO 6892-1, ASTM E8/E8M e ISO 527. Come regola generale, se il risultato del test dipende da una curva sforzo-deformazione accurata, è necessario utilizzare un estensimetro.

La lunghezza utile (gauge length) è la distanza di riferimento definita tra i due punti di contatto di un estensimetro su un provino non deformato. La deformazione è calcolata come la variazione di tale lunghezza divisa per la lunghezza utile originale. Molti standard di prova specificano una lunghezza utile richiesta in relazione alle dimensioni del provino; ad esempio, la ISO 6892-1 utilizza tipicamente una lunghezza utile proporzionale di 5,65√S₀. La scelta della lunghezza utile corretta per il provino e lo standard è essenziale per produrre risultati conformi e comparabili.

La scelta se rimuovere un estensimetro prima della rottura dipende dal materiale e dal tipo di cedimento. Per i materiali duttili con cedimento graduale, l'estensimetro può generalmente rimanere montato fino alla rottura. Per i materiali fragili o ad alta resistenza che cedono in modo esplosivo, l'energia rilasciata alla rottura può danneggiare il dispositivo; in questi casi si raccomanda la rimozione prima del cedimento. Con i normali estensimetri a clip, ciò richiede solitamente la pausa del test per rimuovere manualmente il dispositivo prima di procedere. L'AutoX750 e l'AutoXBiax possono essere configurati per ritrarsi automaticamente a una soglia definita, eliminando la necessità di interrompere il test, mentre gli estensimetri video non richiedono alcuna rimozione poiché non mantengono alcun contatto fisico con il provino.

La gomma e gli elastomeri subiscono deformazioni molto elevate, spesso del 500-1000%, il che esclude la maggior parte degli estensimetri a clip standard a causa del loro intervallo di corsa limitato. Per questi materiali, l'estensimetro video è una scelta popolare, in quanto traccia otticamente due punti applicati sulla superficie del provino senza contatto fisico, senza alcuna influenza sul comportamento del materiale e senza rischio di danni al sensore fino alla rottura. L'estensimetro XL Long Travel di Instron è un'altra opzione valida, che offre fino a 750 mm di corsa meccanica, sebbene sia una soluzione più semplice rispetto alla flessibilità e al campo di misura offerti da un estensimetro video. Entrambi gli approcci sono conformi ai requisiti ISO 37 e ASTM D412 per le prove di trazione di gomma vulcanizzata ed elastomeri.

Gli estensimetri sono calibrati e classificati secondo la norma ISO 9513 (a livello internazionale) o ASTM E83 (USA), che definiscono le classi di precisione, come Classe 0,5, Classe 1 e Classe 2, specificando gli errori ammissibili nell'intervallo di misurazione. La classe richiesta per il test è solitamente specificata dallo standard di prova del materiale pertinente. Ad esempio, la ISO 6892-1 richiede la Classe 1 o superiore per la maggior parte delle applicazioni. Gli estensimetri Instron sono forniti con certificati di calibrazione riferibili agli standard nazionali, con servizi di ricalibrazione disponibili per mantenere la conformità nel tempo.

Un estensimetro assiale misura la deformazione lungo l'asse di carico, la direzione primaria della deformazione in una prova di trazione o compressione. Un estensimetro trasversale misura la deformazione perpendicolare all'asse di carico, rilevando la riduzione della larghezza o del diametro durante l'allungamento del provino. Utilizzate insieme, le misurazioni assiali e trasversali consentono il calcolo del coefficiente di Poisson, ovvero il rapporto tra deformazione laterale e assiale. Instron offre diversi modi per acquisire entrambi simultaneamente in un unico test: estensimetri a clip trasversali dedicati abbinati a un dispositivo assiale, configurazioni biassiali e a clip con media, l'estensimetro a contatto automatico AutoXBiax e l'estensimetro video AVE3, in grado di misurare la deformazione assiale e trasversale otticamente senza alcun contatto fisico con il provino.

Un estensimetro a contatto automatico si aggancia e si sgancia dal provino automaticamente sotto il controllo del software, eliminando la manipolazione manuale tra i test. È la scelta ideale per ambienti di prova di produzione ad alta produttività e celle di prova automatizzate dove la riduzione dei tempi di ciclo, la riduzione della variabilità dell'operatore e il mantenimento di un posizionamento costante della lunghezza utile sono priorità. Gli AutoX750 e AutoXBiax di Instron sono compatibili con un'ampia gamma di sistemi di prova idraulici statici e universali e si integrano completamente con il software Bluehill per un controllo continuo del test.

Dipende dal tipo di estensimetro. Gli estensimetri a clip sono solitamente fissati a una specifica lunghezza utile; i laboratori che eseguono test secondo più standard o geometrie di provini avranno generalmente bisogno di dispositivi separati per ogni lunghezza utile. Gli estensimetri video sono l'opzione più flessibile, in grado di misurare un'ampia gamma di lunghezze utili, allungamenti e tipi di materiali senza modifiche all'hardware: il dispositivo traccia otticamente due punti applicati direttamente sulla superficie del provino, quindi la lunghezza utile è determinata semplicemente dal posizionamento dei punti. L'AutoX750 supporta il posizionamento automatico della lunghezza utile all'interno del suo intervallo di corsa, rendendolo adatto ai laboratori che testano una varietà di dimensioni di provini senza regolazioni manuali tra i test.

Entrambi i dispositivi misurano la deformazione, ma funzionano in modi fondamentalmente diversi. Uno strain gauge è un piccolo elemento resistivo incollato direttamente sulla superficie del provino: quando il materiale si deforma, lo strain gauge si deforma con esso, cambiando la sua resistenza elettrica in proporzione alla deformazione. L'installazione corretta richiede un tecnico esperto: la preparazione della superficie, l'applicazione precisa dell'adesivo e il cablaggio corretto sono tutti fondamentali per ottenere dati affidabili. Un estensimetro è uno strumento separato che misura la variazione di distanza tra due punti definiti sul provino, sia attraverso il contatto meccanico che il tracciamento ottico.

Gli strain gauge sono adatti a misurare la deformazione in un punto specifico di una struttura o di una geometria complessa. Gli estensimetri, tuttavia, sono la scelta standard per le prove sui materiali in cui sono richiesti una lunghezza utile definita, una facile configurazione tra i test e la conformità agli standard di prova come ISO 9513 e ASTM E83, senza i tempi di preparazione o le competenze specialistiche richieste dagli strain gauge.

Le fonti più comuni di errore dell'estensimetro includono l'impostazione errata della lunghezza utile, il posizionamento incoerente dei coltelli sul provino e lo slittamento dei punti di contatto durante il test, tutti fattori che introducono variabilità nelle misurazioni della deformazione. Per gli estensimetri a clip, una forza di serraggio insufficiente o eccessiva può causare lo slittamento del dispositivo o influenzare il comportamento del provino. Il disallineamento tra l'estensimetro e l'asse di carico può introdurre errori di flessione, in particolare nelle prove di compressione; gli estensimetri a media sono progettati specificamente per compensare questo fenomeno. Le condizioni ambientali, in particolare le fluttuazioni di temperatura e il flusso d'aria in prossimità del provino, possono influenzare la stabilità dell'immagine e introdurre errori nelle misurazioni degli estensimetri video. L'estensimetro video AVE3 di Instron incorpora una tecnologia integrata di gestione dell'illuminazione e del flusso d'aria progettata per ridurre l'impatto di queste variabili sulla precisione della misurazione. La calibrazione regolare secondo ISO 9513 o ASTM E83 è il modo più efficace per identificare e correggere gli errori sistematici.

Gli estensimetri misurano la deformazione ingegneristica, ovvero la variazione della lunghezza utile divisa per la lunghezza utile originale. La deformazione ingegneristica è l'output standard richiesto dalla maggior parte degli standard di prova dei materiali, inclusi ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M, ed è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni di prova dei materiali in cui le deformazioni sono relativamente piccole. La deformazione reale, che tiene conto della lunghezza utile in continua variazione durante la deformazione del provino, può essere calcolata dai valori di deformazione ingegneristica in post-elaborazione, se necessario. Per i test su grandi deformazioni, come elastomeri o metalli altamente duttili, la differenza tra deformazione ingegneristica e reale diventa più significativa e deve essere considerata nell'interpretazione dei risultati.