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 do travessão. O deslocamento do travessão inclui contribuições da complacência da máquina, do assentamento das garras e da deflexão do trem de carga — fatores que podem superestimar significativamente a deformação real do corpo de prova, especialmente em materiais rígidos ou em baixos níveis de deformação. Extensômetros são essenciais para determinar módulo de elasticidade, limite de escoamento e outras propriedades dependentes de 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 depende de uma curva tensão-deformação precisa, deve-se usar um extensômetro.

Base de medida é a distância de referência definida entre os dois pontos de contato de um extensômetro em um corpo de prova sem deformação. A deformação é calculada como a variação desse comprimento dividida pelo comprimento original da base de medida. Muitas normas de ensaio especificam uma base de medida exigida em relação às dimensões do corpo de prova — por exemplo, a ISO 6892-1 normalmente usa uma base de medida proporcional de 5,65√S₀. Selecionar a base de medida correta para o seu corpo de prova e norma é essencial para produzir resultados conformes e comparáveis.

A necessidade de remover um extensômetro antes da fratura depende do material e do modo de falha. Para materiais dúcteis com falha gradual, em geral o extensômetro 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 remover antes da falha. Com extensômetros por clipe 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 limiar definido, eliminando a necessidade de interromper o ensaio, e extensômetros de vídeo não exigem remoção, pois não mantêm contato físico com o corpo de prova.

Borracha e elastômeros sofrem deformações muito grandes — frequentemente 500–1000% — o que inviabiliza a maioria dos extensômetros por clipe padrão devido ao curso limitado. Para esses materiais, um 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 dano ao sensor até a fratura. O extensômetro XL Long Travel 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 são consistentes com os requisitos das normas ISO 37 e ASTM D412 para ensaios de tração de borracha vulcanizada e elastômeros.

Extensômetros são calibrados e classificados conforme ISO 9513 (internacionalmente) ou ASTM E83 (EUA), que definem classes de exatidão — como Classe 0,5, Classe 1 e Classe 2 — especificando erros permissíveis ao longo da faixa de medição. A classe exigida para o seu ensaio normalmente é especificada pela norma de ensaio de materiais aplicável. Por exemplo, a ISO 6892-1 exige Classe 1 ou melhor para a maioria das aplicações. Extensômetros Instron são fornecidos com certificados de calibração rastreáveis a padrões nacionais, com serviços de recalibração disponíveis para manter a conformidade contínua.

Um extensômetro axial mede a deformação ao longo do eixo de carga — a principal direção de deformação em um ensaio de tração ou ensaio de compressão. Um extensômetro transversal mede a deformação perpendicular ao eixo de carga, capturando a redução de largura ou diâmetro à medida que o corpo de prova é tracionado. Usadas em conjunto, as medições axial e transversal permitem calcular o coeficiente de Poisson — a razão entre deformação lateral e axial. A Instron oferece várias formas de capturar ambas simultaneamente em um único ensaio: extensômetros por clipe transversais dedicados combinados com um dispositivo axial, configurações por clipe biaxiais e de média, o extensômetro de contato automático AutoXBiax e o extensômetro de vídeo AVE3, que pode medir deformação axial e transversal opticamente sem qualquer contato físico com o corpo de prova.

Um extensômetro de contato automático se fixa e se solta do corpo de prova automaticamente sob controle do software, eliminando o manuseio manual entre ensaios. É a escolha ideal para ambientes de ensaio de produção de alto rendimento e células de ensaio automatizadas, em que minimizar o tempo de ciclo, reduzir a variabilidade do operador e manter o posicionamento consistente do comprimento de base de medida são prioridades. Os AutoX750 e AutoXBiax da Instron são compatíveis com uma ampla gama de sistemas universais e hidráulicos estáticos e integram-se totalmente ao software Bluehill® para controle de ensaio contínuo.

Depende do tipo de extensômetro. Extensômetros por clipe normalmente são fixos para um comprimento de base de medida específico — laboratórios que ensaiam conforme múltiplas normas ou geometrias de corpo de prova geralmente precisarão de dispositivos separados para cada base de medida. Extensômetros de vídeo são a opção mais flexível, capazes de medir em uma ampla faixa de comprimentos de base de medida, elongações e tipos de material sem qualquer alteração de hardware — o dispositivo rastreia opticamente dois pontos aplicados diretamente na superfície do corpo de prova, portanto a base de medida é determinada simplesmente pela posição dos pontos. O AutoX750 suporta posicionamento automático do comprimento de base de medida dentro de sua faixa de curso, sendo muito adequado para laboratórios que ensaiam uma variedade de dimensões de corpo de prova sem ajuste manual entre ensaios.

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

Strain gauges são adequados para medir deformação em um ponto específico de uma estrutura ou geometria complexa. Extensômetros, porém, são a escolha padrão para ensaios de materiais em que se exige uma base de medida definida, configuração fácil entre ensaios e conformidade com normas como ISO 9513 e ASTM E83 — sem o tempo de preparação ou a expertise especializada que strain gauges exigem.

As fontes mais comuns de erro em extensometria incluem configuração incorreta do comprimento de base de medida, posicionamento inconsistente das arestas de faca no corpo de prova e deslizamento dos pontos de contato durante o ensaio — todos introduzindo variabilidade nas medições de deformação. Para extensômetros por clipe, força de fixação insuficiente ou excessiva pode fazer o dispositivo escorregar ou influenciar o comportamento do corpo de prova. O desalinhamento entre o extensômetro e o eixo de carga pode introduzir erros de flexão, especialmente em ensaios de compressão — extensômetros de média são projetados especificamente para compensar isso. Condições ambientais, especialmente flutuação de temperatura e fluxo de ar nas proximidades do corpo de prova, podem afetar a estabilidade da imagem e introduzir erro em medições com extensômetro 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 forma mais eficaz de identificar e corrigir erros sistemáticos.

Extensômetros medem deformação de engenharia — a variação do comprimento de base de medida dividida pelo comprimento original da base de medida. A deformação de engenharia é a saída padrão exigida 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 ensaio de materiais em que as deformações são relativamente pequenas. A deformação verdadeira, que considera a base de medida continuamente variável à medida que o corpo de prova se deforma, pode ser calculada a partir de valores de deformação de engenharia no pós-processamento, se necessário. Em ensaios de grande deformação — como elastômeros ou metais altamente dúcteis — a diferença entre deformação de engenharia e verdadeira torna-se mais significativa e deve ser considerada ao interpretar os resultados.