Extensômetros

Um extensômetro deve ser usado sempre que for necessária uma medição precisa de deformação que não possa ser inferida de forma confiável apenas pelo deslocamento da travessa. O deslocamento da travessa inclui contribuições da conformidade da máquina, assentamento das garras e deflexão do trem de carga — tudo isso pode superestimar significativamente a deformação real do corpo de prova, particularmente em materiais rígidos ou em valores baixos de deformação. Os extensômetros são essenciais para determinar o módulo de elasticidade, limite de escoamento e outras propriedades dependentes da deformação, e são exigidos pela maioria das normas de ensaio de materiais, incluindo ISO 6892-1, ASTM E8/E8M e ISO 527. Como regra geral, se o resultado do seu ensaio depender de uma curva tensão-deformação precisa, um extensômetro deve ser usado.

O comprimento de base é a distância de referência definida entre os dois pontos de contato de um extensômetro em um corpo de prova não deformado. A deformação é calculada como a mudança nesse comprimento dividida pelo comprimento de base original. Muitas normas de ensaio especificam um comprimento de base exigido em relação às dimensões do corpo de prova — por exemplo, a ISO 6892-1 normalmente usa um comprimento de base proporcional de 5,65√S₀. Selecionar o comprimento de base correto para o seu corpo de prova e norma é essencial para produzir resultados conformes e comparáveis.

A decisão de remover um extensômetro antes da fratura depende do material e de como ele falha. Para materiais dúcteis com falha gradual, o extensômetro geralmente pode permanecer até a fratura. Para materiais frágeis ou de alta resistência que falham de forma explosiva, a energia liberada na ruptura pode danificar o dispositivo — nesses casos, recomenda-se a remoção antes da falha. Com extensômetros clip-on padrão, isso normalmente exige pausar o ensaio para remover o dispositivo manualmente antes de prosseguir. O AutoX750 e o AutoXBiax podem ser configurados para retrair automaticamente em um limite definido, eliminando a necessidade de interromper o ensaio, e os extensômetros de vídeo não requerem remoção, pois não mantêm contato físico com o corpo de prova.

A borracha e os elastômeros sofrem deformações muito grandes — frequentemente de 500 a 1000% de deformação — o que exclui a maioria dos extensômetros clip-on padrão devido à sua faixa de curso limitada. Para esses materiais, o extensômetro de vídeo é uma escolha popular, rastreando opticamente dois pontos aplicados na superfície do corpo de prova sem contato físico, sem influência no comportamento do material e sem risco de danos ao sensor até a fratura. O extensômetro XL de longo curso da Instron também é uma opção viável, oferecendo até 750 mm de curso mecânico, embora seja uma solução mais simples em comparação com a flexibilidade e a faixa de medição que um extensômetro de vídeo oferece. Ambas as abordagens estão em conformidade com os requisitos das normas ISO 37 e ASTM D412 para ensaios de tração de borracha vulcanizada e elastômeros.

Os extensômetros são calibrados e classificados de acordo com a ISO 9513 (internacionalmente) ou ASTM E83 (EUA), que definem classes de precisão — como Classe 0,5, Classe 1 e Classe 2 — especificando erros admissíveis em toda a faixa de medição. A classe exigida para o seu ensaio é normalmente especificada pela norma de ensaio de material relevante. Por exemplo, a ISO 6892-1 exige Classe 1 ou superior para a maioria das aplicações. Os extensômetros da Instron são fornecidos com certificados de calibração rastreáveis a normas nacionais, com serviços de recalibração disponíveis para manter a conformidade contínua.

Um extensômetro axial mede a deformação ao longo do eixo de carga — a direção primária de deformação em um ensaio de tração ou compressão. Um extensômetro transversal mede a deformação perpendicular ao eixo de carga, capturando a redução na largura ou no diâmetro à medida que o corpo de prova é alongado. Usadas juntas, as medições axiais e transversais permitem o cálculo do coeficiente de Poisson — a razão entre a deformação lateral e a axial. A Instron oferece várias maneiras de capturar ambas simultaneamente em um único ensaio: extensômetros clip-on transversais dedicados combinados com um dispositivo axial, configurações biaxiais e clip-on de média, o extensômetro de contato automático AutoXBiax e o extensômetro de vídeo AVE3, que pode medir a deformação axial e transversal opticamente sem qualquer contato físico com o corpo de prova.

Um extensômetro de contato automático acopla-se e desacopla-se do corpo de prova automaticamente sob controle de software, eliminando o manuseio manual entre os ensaios. É a escolha ideal para ambientes de ensaio de produção de alta produtividade e células de ensaio automatizadas onde minimizar o tempo de ciclo, reduzir a variabilidade do operador e manter o posicionamento consistente do comprimento de base são prioridades. O AutoX750 e o AutoXBiax da Instron são compatíveis com uma ampla gama de sistemas de ensaio universais e hidráulicos estáticos e integram-se totalmente ao software Bluehill para um controle de ensaio perfeito.

Depende do tipo de extensômetro. Os extensômetros clip-on são normalmente fixados a um comprimento de base específico — laboratórios que realizam ensaios seguindo várias normas ou geometrias de corpos de prova geralmente precisarão de dispositivos separados para cada comprimento de base. Os extensômetros de vídeo são a opção mais flexível, capazes de medir em uma ampla gama de comprimentos de base, elongações e tipos de materiais sem quaisquer alterações de hardware — o dispositivo rastreia opticamente dois pontos aplicados diretamente na superfície do corpo de prova, portanto, o comprimento de base é determinado simplesmente pelo posicionamento dos pontos. O AutoX750 suporta o posicionamento automático do comprimento de base dentro de sua faixa de curso, tornando-o bem adequado para laboratórios que ensaiam uma variedade de dimensões de corpos de prova sem ajuste manual entre os ensaios.

Ambos os dispositivos medem a deformação, mas funcionam de maneiras fundamentalmente diferentes. Um strain gauge (extensômetro de resistência elétrica) é um pequeno elemento resistivo colado diretamente na superfície do corpo de prova — à medida que o material se deforma, o medidor se deforma com ele, alterando sua resistência elétrica proporcionalmente à deformação. A instalação adequada requer um técnico qualificado: a preparação da superfície, a aplicação precisa do adesivo e a fiação correta são críticas para obter dados confiáveis. Um extensômetro é um instrumento separado que mede a mudança na distância entre dois pontos definidos no corpo de prova, seja por contato mecânico ou rastreamento óptico.

Os strain gauges são bem adequados para medir a deformação em um ponto específico de uma estrutura ou geometria complexa. Os extensômetros, no entanto, são a escolha padrão para ensaios de materiais onde são necessários um comprimento de base definido, configuração fácil entre os ensaios e conformidade com normas de ensaio como ISO 9513 e ASTM E83 — sem o tempo de preparação ou a experiência especializada que os strain gauges exigem.

As fontes mais comuns de erro em extensômetros incluem a configuração incorreta do comprimento de base, o posicionamento inconsistente das facas no corpo de prova e o deslizamento dos pontos de contato durante o ensaio — tudo isso introduz variabilidade nas medições de deformação. Para extensômetros clip-on, uma força de fixação insuficiente ou excessiva pode fazer com que o dispositivo deslize ou influencie o comportamento do corpo de prova. O desalinhamento entre o extensômetro e o eixo de carga pode introduzir erros de flexão, particularmente em ensaios de compressão — os extensômetros de média são projetados especificamente para compensar isso. Condições ambientais, particularmente flutuações de temperatura e fluxo de ar nas proximidades do corpo de prova, podem afetar a estabilidade da imagem e introduzir erros nas medições de extensômetros de vídeo. O extensômetro de vídeo AVE3 da Instron incorpora tecnologia integrada de iluminação e gerenciamento de fluxo de ar projetada para reduzir o impacto dessas variáveis na precisão da medição. A calibração regular conforme ISO 9513 ou ASTM E83 é a maneira mais eficaz de identificar e corrigir erros sistemáticos.

Os extensômetros medem a deformação de engenharia — a mudança no comprimento de base dividida pelo comprimento de base original. A deformação de engenharia é o resultado padrão exigido pela maioria das normas de ensaio de materiais, incluindo ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M, e é suficiente para a maioria das aplicações de ensaios de materiais onde as deformações são relativamente pequenas. A deformação real, que leva em conta o comprimento de base em mudança contínua à medida que o corpo de prova se deforma, pode ser calculada a partir dos valores de deformação de engenharia no pós-processamento, se necessário. Para ensaios de grande deformação — como elastômeros ou metais altamente dúcteis — a diferença entre a deformação de engenharia e a real torna-se mais significativa e deve ser considerada ao interpretar os resultados.