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Estensimetri

Dispositivi di misurazione della deformazione per le prove materiali - una competenza ZwickRoell fondamentale

Un estensimetro è un dispositivo di misurazione della deformazione usato per misurare l'estensione di un provino sotto carico. La misurazione dell’estensione è una delle competenze principali di ZwickRoell

Panoramica Estensimetri a contatto Estensimetri ottici Criteri di scelta Richiedi una consulenza

Esistono principalmente due categorie di estensimetri: quelli a contatto e quelli non a contatto o ottici. Gli estensimetri a contatto possono essere ulteriormente suddivisi in estensimetri a clip-on ed estensimetri con braccetto. Gli estensimetri non a contatto o ottici comprendono l'estensimetro video e l'estensimetro laser.

Estensimetri a contatto

Estensimetri ottici

Estensimetri clip-onEstensimetri a contattoEstensimetri videoEstensimetri laser
ApplicazioniSoluzione economica per applicazioni standard con base di misura iniziale impostata e basso rendimento dei campioniFacilmente adattabile a diverse applicazioni di test

Facilmente adattabile a diverse applicazioni di test

Basato su telecamera: le immagini possono essere utilizzate per ulteriori scopi di valutazione, come il DIC 2D

Tecnologia speciale per la misurazione ad alta temperatura
Materiale provino:Campioni intrinsecamente rigidiTuttiTutti; compresi i campioni altamente sensibili e quelli con elevata energia di rotturaMetalli, ceramiche, materiali refrattari, grafite, vetro
TemperaturaFino a max 200 °CFino a max 360 °CFino a max 360 °CFino a max 2000 °C
FunzionamentoManualeConfigurabile da manuale ad automaticoAutomatico:
nessuna influenza dell'operatore, elevata riproducibilità dei risultati del test
Automatico:
nessuna influenza dell'operatore, elevata riproducibilità dei risultati del test
Categorie degli estensimetri

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Che cos’è un estensimetro?

Un estensimetro è un dispositivo di misurazione della deformazione usato per misurare l'estensione di un provino sotto carico.

  • L'estensione di un materiale è una deformazione fisica che si verifica quando è sottoposto a un carico, come la forza di trazione associata alle prove di trazione. Oltre alla deformazione causata dai carichi di trazione, gli estensimetri aiutano anche a determinare la deformazione di compressione o la deflessione sotto diversi tipi di di carico, tra cui le prove cicliche (incluse le prove di fatica), le prove di compressione e le prove di flessione.
  • Gli estensimetri misurano la deformazione direttamente sul campione. Ciò esclude le influenze di misura di altri componenti di prova e ne aumenta l'accuratezza.
  • La misurazione della deformazione è necessaria per determinare i valori caratteristici di un materiale. Il modulo di trazione, il modulo di Young, il punto di snervamento, la deformazione a rottura, il valore r e il rapporto di Poisson sono valori tipici determinati con un estensimetro. Queste informazioni sono essenziali quando si confrontano i materiali e aiutano i produttori a determinare se sono in grado di sopportare i carichi a cui sono sottoposti quando vengono utilizzati per lo scopo previsto.
  • Gli estensimetri sono utilizzati in un'ampia varietà di settori e in una gamma ancora più vasta di materiali. Ne sono un esempio i metalli, le materie plastiche, i materiali compositi rinforzati con fibre, gli elastomeri, i film, i tessuti, le corde, la carta e il legno.

Estensimetri a contatto

Gli estensimetri a contatto per la misurazione delle deformazioni possono essere ulteriormente classificati in estensimetri con braccetti ed estensimetri clip-on.

Estensimetri con braccetti Estensimetri clip-on

Estensimetri a contatto

Gli estensimetri con braccetti sono fissati direttamente al provino tramite bordi di coltello montati sui bracci del sensore. La deformazione viene misurata valutando la variazione dell'angolo o della distanza di spostamento dei braccetti. La tecnologia degli estensimetri con braccetti è collaudata e di facile comprensione. Questi estensimetri offrono un elevato livello di modularità, che consente di adattarli e gestirli facilmente per diversi compiti di prova: da estensimetri manuali a costi contenuti a sistemi completamente automatici, senza l'intervento dell'operatore e con la massima riproducibilità dei risultati di prova.

Estensimetri clip-on

Gli estensimetri clip-on sono una soluzione economica per le attività di prova standard con un basso rendimento dei campioni. Vengono fissati direttamente al provino. La trasmissione del valore di misura dal provino al sensore è breve e rigorosa, con conseguente elevata accuratezza di misura.

Questi estensimetri, tuttavia, mancano di flessibilità: Dal punto di vista della progettazione, la maggior parte di essi ha una base di misura iniziale settata e una distanza di spostamento limitata.

Estensimetri ottici/ non a contatto

Gli estensimetri ottici videoXtens e laserXtens sono basati su telecamere e quindi senza alcun contatto. Non hanno quindi alcuna influenza sulla determinazione delle caratteristiche del materiale. Un ulteriore vantaggio offerto dagli estensimetri non a contatto è che possono essere utilizzati anche su campioni critici fino al punto di rottura senza il rischio di danni. La base di misura iniziale degli estensimetri ottici è indicata da segni di marcatura. Gli estensimetri video e laser ZwickRoell possono essere utilizzati anche senza la necessità di aggiungere manualmente i segni di marcatura.

L'estensimetro ottico lightXtens funziona sulla base di diodi luminosi. Questo estensimetro è stato progettato appositamente per la misura completamente automatica su materiali altamente duttili (elastomeri, corde, lamine) o su campioni con un’estesa base di misura iniziale (corde d'acciaio e trefoli).

Estensimetri video Estensimetri laserlightXtens

Perché scegliere un estensimetro ZwickRoell?

  • Gli estensimetri sono una delle nostre competenze principali, frutto di decenni di esperienza nelle tecnologie applicative.
  • I nostri estensimetri sono sviluppati e prodotti internamente insieme agli altri componenti di prova, garantendo la piena compatibilità del sistema di prova.
  • Gli estensimetri ZwickRoell sono progettati per superare i requisiti standard, poiché l'accuratezza degli estensimetri è essenziale per ottenere risultati di prova riproducibili e affidabili.

Criteri di selezione

Quasi tutti gli standard per le prove di trazione come ASTM e ISO richiedono la misurazione della deformazione. L'estensimetro più adatto per un'applicazione varia dai requisiti stabiliti dalla normativa e dalle proprietà del materiale del provino.

La determinazione dell'estensimetro ideale si basa su sei criteri principali. Questi includono proprietà che devono essere soddisfatte, come l'accuratezza dell'estensimetro, la risoluzione, il campo di misura, i valori misurati richiesti e la temperatura di prova a cui l'estensimetro verrà utilizzato. Ma il valore aggiunto principale è dato da caratteristiche quali la facilità d'uso, la curva di apprendimento ridotta, la portata delle funzionalità, il costo per prova e le ulteriori informazioni fornite da opzioni aggiuntive.

Materiale & forma del provino
Sequenza di prova & normativa
Ambiente di prova
Funzionalità
Gestione
Budget e costi

Materiale & forma del provino

Il processo di selezione dell'estensimetro ottimale inizia con i criteri relativi al materiale e alla forma del provino.

  • Estensione massima: importante per calcolare il campo di misura richiesto. Inoltre, i materiali con un'estensione minore richiedono solitamente un livello di precisione più elevato.
  • Sensibilità al contatto: quando si testano materiali sottili o sensibili al contatto, l'influenza sul provino può essere ridotta al minimo utilizzando estensimetri con braccetti con speciali coltelli. Gli estensimetri ottici rappresentano la soluzione ideale, poiché non hanno alcuna influenza sul provino.
  • Comportamento alla frattura: importante per le prove fino alla rottura del provino, per assicurarsi che l'estensimetro non venga danneggiato. Per energie di rottura elevate, è necessario utilizzare estensimetri ottici o estensimetri con braccetti e meccanismo di sicurezza corrispondente.
  • Dimensioni del provino: alcune dimensioni del provino limitano la scelta dell'estensimetro per la relativa larghezza o spessore.
  • Forma del provino: può presentare sfide particolari. Ad esempio, componenti con forme irregolari che limitano l'accessibilità al provino.

Sequenza di prova & normativa

Che si tratti di prove secondo gli standard industriali o aziendali: la sequenza di prova e i valori di misura richiesti specificano chiaramente le caratteristiche fondamentali dell'estensimetro.

  • Tipo di carico: per cosa viene utilizzato l'estensimetro: trazione, compressione, flessione o prove cicliche? Alcuni estensimetri possono essere utilizzati per tutti e quattro i tipi di carico e sono progettati per passare rapidamente da un tipo di prova all'altro.
  • Base di misura iniziale: di solito è specificata dalla norma. L'intervallo di misura coperto dall'estensimetro si basa sulla base di misura iniziale e sull'estensione massima del provino.
  • Accuratezza: quando si parla di accuratezza dell'estensimetro, le norme fanno normalmente riferimento a classi o gradi di accuratezza. Questi sono definiti negli standard di taratura degli estensimetri sulla base delle deviazioni e delle risoluzioni misurate (ISO 9513, ASTM E83).
  • Valori di misura richiesti: quali valori di misura devono essere determinati con un particolare test e quali sono i vostri requisiti? Ad esempio, i moduli vengono determinati proprio all'inizio del test, quindi deve essere già stabilito un livello di accuratezza corrispondente. Questo livello di accuratezza può essere garantito con una taratura appropriata.
  • Controllo della velocità di deformazione in closed loop secondo ISO 6892-1 Metodo A1: questo tipo di controllo della deformazione impone requisiti speciali all'estensimetro. Per garantire la regolazione automatica della velocità di prova, l'estensimetro trasmette continuamente all'elettronica i valori di deformazione attuali (per ZwickRoell si tratta di 2000 volte al secondo).

Ambiente di prova

Qual è l'ambiente di prova e come influisce l'estensimetro?

  • Temperatura di prova: è necessario utilizzare un estensimetro adeguato quando si eseguono prove a temperatura condizionata. Esistono estensimetri appositamente progettati per l'uso in una camera climatica o in un forno ad alta temperatura, in grado di fornire un livello di accuratezza molto elevato in questo ambiente.
  • L’influenza della luce o della convezione, ad esempio da un impianto di condizionamento, possono limitare l'accuratezza di un estensimetro ottico non a contatto.
  • La polvere, la sporcizia e le vibrazioni che influenzano i test negli ambienti di produzione richiedono un estensimetro robusto e a bassa sensibilità.

Funzionalità

Funzionalità e valore aggiunto vanno di pari passo, anche nel caso degli estensimetri.

  • Flessibilità: un estensimetro, altamente flessibile in termini di applicazioni, tipi di campioni o funzioni elimina la necessità di estensimetri multipli.
  • Influenza dell'operatore: quanto è importante eliminare l'influenza dell'operatore per ottenere risultati di prova affidabili? L'influenza dell'operatore può portare a deviazioni e dispersioni nei risultati delle prove.
  • Funzioni automatizzate: grazie all'automazione delle funzioni, l'influenza dell'operatore può essere notevolmente ridotta o addirittura eliminata. Ciò aumenta notevolmente la ripetibilità e la riproducibilità dei risultati dei test. Le funzioni automatiche rendono superflui gli interventi: dalla misurazione automatica dell’area di prova e la centratura dei punti di misura, all'impostazione automatica della base di misura iniziale fino all'apertura e chiusura automatica dei braccetti.
  • Valore aggiunto grazie alle opzioni: gli estensimetri ottici acquisiscono gran parte del campione tramite telecamere e possono quindi raccogliere più informazioni sulle misurazioni. È possibile effettuare misure su più punti di misurazione, valutare la deformazione di un intero piano tramite la correlazione di immagini 2D o determinare automaticamente la posizione della rottura per evitare il rigetto.
  • Opzioni di retrofitting: garantiscono la sicurezza dell'investimento per il futuro. Alcuni estensimetri sono adatti a un'ampia gamma di applicazioni fin dall'inizio. Altri, attraverso i retrofit, possono essere successivamente adattati per ulteriori applicazioni.

Gestione

La facilità di utilizzo pone l'utente in primo piano.

  • Profilo dell'utente: chi lavora con la macchina? Si tratta di lavoratori della produzione che eseguono anche test senza essere stati addestrati e/o senza una procedura di test adattata? Oppure si tratta di specialisti che desiderano controllare in modo flessibile ogni fase della sequenza di test con un'ampia gamma di funzioni? L'estensimetro e il software possono essere adattati al tipo di utilizzatore.
  • Requisiti di formazione: le funzioni automatizzate riducono la necessità di formazione. Ciò implica un programma software dal funzionamento intuitivo, dalla struttura chiara e adattabile alle vostre procedure.
  • Attività di modifica: se passi spesso da un'applicazione all'altra, è necessario considerare anche l'impegno necessario per farlo: quanto tempo richiede la conversione? Può essere eseguita da una sola persona? Possono verificarsi errori durante la procedura?
  • Marcatura dei campioni: a seconda del campione, l’estensimetro ottico richiede la marcatura. Oltre a diverse opzioni di marcatura, adattate al campione e al test, i sistemi ottici possono misurare anche senza marcatura. In questo caso si sfrutta la rugosità del campione e le marcature di misura virtuali vengono applicate sul campione tramite software.

Budget e costi

Per quanto l’aspetto economico, è importante concentrarsi sugli anni successivi all'acquisto.

  • Costo di acquisto: sebbene inizialmente molto importante, i bassi costi per il funzionamento di un estensimetro (e del sistema nel suo complesso) possono compensare rapidamente un costo di acquisizione elevato.
  • Il costo della formazione dipende dalla formazione richiesta e dal numero di operatori del sistema.
  • Costo per test e possibile numero di campioni: più tempo l'operatore passa nella gestione del sistema, più tempo è necessario per eseguire un test.
  • Tempo per la conversione o la modifica del sistema: adattare il sistema ad altre applicazioni richiede molto tempo. Un buon esempio è la conversione necessaria per l'utilizzo di una camera climatica. In questo caso, si può risparmiare molto tempo se una sola persona è in grado di effettuare la conversione.
  • Costi di follow-up: costi aggiuntivi possono derivare dalla mancanza di accuratezza e riproducibilità del sistema. Se lo scarto dei risultati è troppo elevato, sono necessari ulteriori test. Oltre ai costi del personale, possono sorgere anche costi per nuovi materiali. Ecco perché i risultati affidabili dei test sono così importanti.
  • Costi di manutenzione: infine, anche i costi di manutenzione regolare sono importanti. Questi possono essere ridotti grazie a componenti non soggetti a usura o a una speciale configurazione di prova da utilizzare in ambienti di produzione polverosi.
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