Estensimetro

In Metrologia, l’estensimetria studia la misura della deformazione dei materiali, e di conseguenza, la determinazione della sollecitazione meccanica o termica dei corpi tramite la conoscenza del modulo elastico (Modulo di Young) del corpo sollecitato. I dispositivi utilizzati per tali misure si chiamano estensimetri (in inglese “strain gauges”), essi sono dei trasduttori o sensori resistivi, di cui esistono diverse tipologie e che lavorano secondo diversi principi di misura.

Nella sua forma più semplice un estensimetro è costituito da una resistenza (filamento di costantana) di piccole dimensioni che si sviluppa prevalentemente lungo la direzione di misura. In direzione trasversale a quella di interesse il filamento presenta sezioni maggiori per evitare variazioni di resistenza.

Esempio di estensimetro elettrico; in giallo è rappresentato il supporto del filamento, è un sottile foglio (20÷30 μm) di resina isolante (resina poliammidica, fenolica, acrilica o epossidica) che viene poi incollato alla superficie del corpo materiale con un adesivo mono o bicomponente (cianoacrilati, resine epossidiche o fenoliche).

Tra gli estensimetri elettrici vanno menzionati gli estensimetri elettrici a resistenza, i capacitivi e gli induttivi (questi ultimi due trovano applicazione generalmente nella realizzazione di trasduttori).

Nel campo dell’analisi tensionale il più diffuso è l’estensimetro elettrico a resistenza, in cui una griglia in lega particolare varia la sua resistenza elettrica proporzionalmente al suo allungamento. Questi estensimetri sono usati sia per l’analisi sperimentale delle sollecitazioni sulle strutture, come anche per realizzare altri trasduttori per la misura di grandezze meccaniche, quali trasduttori di pressione, celle di carico, sensori di spostamento.

L’estensimetro a fibra ottica sta attirando sempre più l’attenzione dei ricercatori per i vantaggi in alcune applicazioni in ambienti difficili. Esistono diversi metodi basati sulle proprietà specifiche della radiazione luminosa (intensità, fase, polarizzazione, spettro). Il più diffuso è quello del reticolo di Bragg (FBG), ma un altra tecnologia più interessante è quella interferometrica a luce bianca polarizzata (WLPI), che è insensibile alle variazioni di temperatura.

Principio di funzionamento degli estensimetri

Quando un corpo elastico è soggetto ad uno sforzo, ciascun punto del corpo si sposta dalla sua posizione per assumerne un’altra. Se isoliamo dal corpo in esame un parallelepipedo infinitesimale di lati \(dx, dy, dz\), questi, in conseguenza dello sforzo applicato, variano la loro lunghezza e gli angoli da essi formati, inizialmente retti, si deformano. La variazione di lunghezza (allungamento o accorciamento) dei lati prende il nome di deformazione, se è riferita alla lunghezza iniziale; la variazione degli angoli prende il nome di scorrimento, se è riferita all’angolo retto.