Argomenti del corso Parte II Strumenti di misura

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1 Argomenti del corso Parte II Strumenti di misura 2. Misure di massa e forza Campioni di riferimento Misure di massa Bilance: analitica, a piattaforma Celle di carico estensimetriche Celle di carico piezoelettriche Taratura

2 Campioni di riferimento Massa e accelerazione Massa Campione: cilindro di platino-iridio (chilogrammo internazionale), conservato a Sevres, Francia. Campioni primari (nazionali) tarati per confronto con incertezza di 1 parte su 109 Accelerazione Derivata da l e t. g campione utile che può essere determinato con incertezza di 1 parte su 106 (da periodo di oscillazione e lunghezza pendolo/variazione della velocità nel tempo di un corpo in caduta libera) g (livello del mare e 45 di latitudine) = m/s2 g = ( sin sin22 ) [cm/s2] Correzione per h = -( cos 2 )h (h/1000)2 [cm/s2]

3 Campioni di riferimento Taratura

4 Misure di massa Bilancia analitica Caratteristiche Baricentro di poco sotto (centesimi di mm) il fulcro a coltello Azzeramento/deflessione Descrizione Cause di incertezza Metodo a deflessione: deformazione coltelli Forza di galleggiamento Temperatura Intervallo, g Risoluzione, g Semimicro analitica Micro analitica Micro bilancia meno di meno di Macro analitica Bilancia ultramicro

5 Misure di massa Bilancia a piattaforma Funzionamento Masse elevate misurate tramite piccoli campioni di massa Se a/b=c/d lettura indpendente da punto di applicazione di Fi Applicazioni Misura di masse, misura di forza e potenza (es. motori)

6 Modello ideale Fi K s xo Bx o M x o xo K ( D) 2 2 D / n 2 D / n 1 xi n Ks M K 1 Ks B 2 KsM

7 Celle di carico estensimetriche Tipologie principali Sforzo normale (carichi alti) Flessione (carichi bassi) Taglio (carichi medi) Deformazione al posto di xo

8 Celle di carico estensimetriche Caratteristiche principali dell elemento elastico Frequenza di risonanza - sufficientemente elevata, bassa cedevolezza Livello di deformazione - garantire massimo livello nella zona strumentata ( ) Protezione per carico di punta - progettazione di scaricare all esterno la sovrasollecitazione (per sopportare fino a % carico nominale senza danneggiamenti) Uniformità deformazioni intorno agli estensimetri - massimizzazione del segnale d uscita del ponte Comportamento termico - capacità di dissipare calore in maniera efficace e unforme

9 Celle di carico estensimetriche Cella con elemento elastico a colonna eo G eo G Ea 4 eo G E 1 a 2 AE Fi FS: 1500, materiali: acciai e leghe di Al Misure Meccaniche e Termiche A.A. 2014/15

10 Celle di carico estensimetriche Cella a lamina incastrata M i 6 Fi x Ebh 2 Ebh 2 eo G 6 Fi x 4 4 Ebh 2 Ea eo F xe 6 i 2a Fi Ebh Deformazione maggiore rispetto a celle a colonna, maggior sensibilità Se x L, sensibilità massima, minima estensione campo di utilizzo cella di carico

11 Celle di carico estensimetriche Celle di carico a flessione - Esempio Campi di misura: da 0 a Kg FS (compressione). da 0 a ± Kg FS (trazione e compressione). Uscite analogiche: 2mV/V (tip.). Errore: < ±1% FS. Applicazioni: uso generale, pesatura, automazione, macchine utensili, macchine tessili, macchine da stampa, macchine per la carta, macchine alimentari, veicoli etc.

12 Fi w Celle di carico estensimetriche Celle di carico ad anello - Estensimetri elettrici LVDT t 2 1 2R 3 Fi R Ewt 3 Per LVDT: Eo=S Ea SFi R 3 Ea Eo 1.79 Ewt 3 Fi Eo SR 3 Ea 1.79 Fi Ewt 3 4

13 Celle di carico estensimetriche Celle di carico ad anello Esempio Campi di misura (compressione): da 0 a Kg FS. Uscite analogiche: 2mV/V (tip.), +5V, +10V, 4-20mA (2 fili). Errore: < ±1%FS Utilizzo corretto, forza: - ben distribuita sulla corona circolare sulla parte superiore della cella, attorno al foro centrale - ben allineata lungo l'asse di misura Applicazioni attuatori, controllo tensionamento tiranti, controllo su macchine prova materiali, presse, controllo qualità, macchine per ceramica, marmomacchine, macchine di montaggio automatico, macchine da stampa, apparecchiature elettro-medicali, su veicoli, sistemi di pesatura, gru, macchine utensili, macchine per lavorazione di metalli / gomma / plastica / carta etc.

14 Celle di carico piezoelettriche Risposta in frequenza sistemi del II ordine Forze dinamiche (in certi casi abbastanza alta da consentire misure quasi-statiche) Con o senza microelettronica incorporata (basse o alte temperature) Alta frequenza naturale ( khz) Elevata rigidezza Non linearità tipica: 1% Misure Meccaniche e Termiche A.A. 2014/15

15 Celle di carico piezoelettriche - Esempi Celle monoassiali - quarzo Misure Meccaniche e Termiche 2014/15

16 Celle di carico piezoelettriche - Esempi Celle triassiali Misure Meccaniche e Termiche A.A. 2014/15

17 Celle di carico piezoelettriche - Esempi Celle miniaturizzate Misure Meccaniche e Termiche 2014/15

18 Celle di carico piezoelettriche - Esempi Piattaforme multicomponenti Misure Meccaniche e Termiche 2014/15

19 Taratura Campo di misura limite inferiore 0 limite superiore max campo di misura campo di misura carico massimo accuratezza al di sotto di un limite prefissato

20 Taratura Celle di carico estensimetriche Taratura per confronto con un dinamometro campione Serie fra dinamometro campione e da tarare Relazione non lineare dovuta a isteresi dell elemento elastico, eccentricità carico applicato Misure Meccaniche e Termiche A.A. 2014/15

21 Misure Meccaniche e Termiche 2008/09

22 Misure Meccaniche e Termiche 2008/09

23 Taratura Celle di carico piezoelettriche accelerometro fili eccitatore mea Sa m x E f S f CA m Ea Sf m Ea Sa Ef Ef CA cella di carico La prova viene effettuata con uno sweep in frequenza o un segnale random Sf( )

24 Taratura Celle di carico piezoelettriche martello dinamometrico accelerometro f(t) m mt CA Ef Ea CA