Extensómetro - Extensometer

No debe confundirse con el tensiómetro , tensiómetro , o medidor de tensión .
Un extensómetro alámbrico que monitorea el desplazamiento de la pendiente y transmite datos de forma remota por radio o Wi-Fi

Un extensómetro es un dispositivo que se utiliza para medir cambios en la longitud de un objeto. Es útil para mediciones de tensión - deformación y ensayos de tracción. Su nombre proviene de "extensión-metro". Fue inventado por Charles Huston, quien lo describió en un artículo en el Journal of the Franklin Institute en 1879. Huston luego cedió los derechos a Fairbanks & Ewing, un importante fabricante de máquinas de prueba y básculas.

Tipos

Hay dos tipos principales de extensómetros: de contacto y sin contacto .

Contacto

Los extensómetros de contacto se han utilizado durante muchos años y también se subdividen en dos categorías más. El primer tipo de extensómetro de contacto se llama extensómetro de clip . Estos dispositivos se utilizan para aplicaciones donde se requiere una medición de deformación de alta precisión (la mayoría de las pruebas basadas en ASTM). Vienen en muchas configuraciones y pueden medir desplazamientos desde muy pequeños hasta relativamente grandes (menos de un mm hasta más de 100 mm). Tienen la ventaja de un menor costo y facilidad de uso, sin embargo, pueden influir en muestras pequeñas / delicadas.

Para las pruebas automatizadas, los dispositivos de clip han sido reemplazados en gran parte por extensómetros digitales de "brazo sensor". Estos se pueden aplicar a la muestra automáticamente mediante un sistema motorizado y producen resultados mucho más repetibles que los dispositivos de clip tradicionales. Están compensados ​​y, por lo tanto, tienen un efecto insignificante en la muestra. Una mejor linealidad, ruido de señal reducido y sincronización con los datos de fuerza correspondientes son grandes ventajas debido a la falta de convertidores analógicos a digitales y filtros asociados que agregan retrasos y suavizan los datos brutos. Además, estos dispositivos pueden permanecer en la muestra hasta la falla y medir extensiones muy altas (hasta 1000 mm) sin perder precisión. Estos dispositivos suelen tener resoluciones de 0,3 µm o mejores (los dispositivos de la más alta calidad pueden leer valores tan bajos como 0,02 µm) y tienen una precisión de medición suficiente para cumplir con las clases 1 y 0,5 de ISO 9513.

Sin contacto

Extensómetro sin contacto para ensayos de tracción

Para ciertas aplicaciones especiales, los extensómetros sin contacto están comenzando a ofrecer ventajas donde no es práctico utilizar un brazo palpador o un extensómetro de contacto.

Láser

Un extensómetro láser es un extensómetro capaz de realizar mediciones de deformación o alargamiento en ciertos materiales cuando se someten a carga en una máquina de prueba de tracción. El principio funciona iluminando la superficie de la muestra con un láser , los reflejos de la superficie de la muestra son luego recibidos por una cámara CCD y procesados ​​por algoritmos complejos . Cuando se utiliza un extensómetro láser, no es necesario colocar marcas en la muestra, lo que supone un ahorro sustancial de tiempo para los laboratorios de ensayo de materiales.

Se pueden lograr resoluciones de menos de un micrómetro (típicamente 0,1 μm ) y alargamientos de hasta 900 mm, lo que hace que estos dispositivos sean adecuados para las pruebas más complejas.

Los extensómetros láser se utilizan principalmente para materiales que pueden dañar un extensómetro de "clip" tradicional, o cuando la masa del dispositivo de clip afecta las propiedades del material, debido a que están unidos físicamente a la muestra.

Los extensómetros láser también se pueden utilizar para realizar pruebas a temperaturas elevadas o bajo cero.

Vídeo

Imagen de la cámara de un extensiómetro de video que mide dos marcadores de línea

Un extensómetro de video es un dispositivo que es capaz de realizar mediciones de tensión / deformación de ciertos materiales, capturando imágenes continuas de la muestra durante la prueba, utilizando un capturador de fotogramas o una cámara de video digital conectada a una PC. La muestra del material bajo prueba generalmente se corta en una forma específica y se marca con marcadores especiales (generalmente pegatinas especiales o con bolígrafos que distinguen el marcador del color y la textura de la muestra en la imagen capturada) .La distancia de píxeles entre estos marcadores en la imagen capturada se rastrea constantemente en el video capturado, mientras que la muestra bajo prueba se estira / comprime. Esta distancia de píxeles se puede medir en tiempo real y mapear contra un valor de calibración para dar una medición de deformación directa y para controlar la máquina de prueba en el control de deformación, si es necesario.

Con un valor de calibración adecuado y buenos algoritmos de procesamiento de imágenes, se puede lograr una resolución de mucho menos de un micrómetro (μm). El valor de calibración adecuado también depende de la muestra de calibración, que suele ser un material especialmente grabado con gran precisión. Para calibrar, las imágenes se capturan primero con la muestra de calibración en las mismas condiciones de prueba que se utilizarán para la nueva muestra.

Los extensómetros de video se utilizan principalmente para materiales que pueden dañar un extensómetro de contacto tradicional o un "brazo palpador" digital. En algunas aplicaciones, el extensómetro de video está reemplazando a las unidades de medición mecánicas , pero se trata principalmente de dispositivos de clip.

Cuando se mide el módulo de elasticidad en plásticos de 50 mm de longitud de calibre según ISO 527, se requiere una precisión de 1 µm. Algunos extensómetros de video no pueden lograr esto, mientras que para las pruebas de producción es mejor usar extensometría digital motorizada automatizada para evitar que los operadores coloquen marcas manualmente en la muestra y pierdan tiempo configurando y ajustando el sistema. Tenga en cuenta que algunos extensómetros de vídeo tienen dificultades para lograr resultados aceptables cuando se utilizan para medir la deformación en cámaras de temperatura.

Para aplicaciones que exigen una medición de deformación sin contacto de alta precisión, los extensómetros de video son una solución probada. En ciertas aplicaciones de prueba, son superiores a otras tecnologías, como el moteado láser debido a la capacidad de medir la deformación en un amplio rango. Esto permite determinar medidas como el módulo y la deformación en caso de falla.

El cambio de las condiciones de luz ambiental durante la prueba puede afectar los resultados de la prueba si el extensómetro de video no utiliza filtros apropiados tanto sobre la matriz de iluminación como sobre la lente. Los sistemas con esta tecnología eliminan todos los efectos de las condiciones de iluminación ambiental.

Minería

En el entorno de la minería, los extensómetros se utilizan para medir los desplazamientos en los talones / paredes altas. Trazar el desplazamiento en función del tiempo permite a los ingenieros geotécnicos determinar si las fallas de la pared son inminentes. Para fallas complicadas, se utilizan equipos adicionales como radares o escaneos láser que permiten un análisis tridimensional y, en última instancia, 4 dimensiones.

Estándares

  • Práctica estándar ASTM E83 para la verificación y clasificación de extensómetros
  • Práctica estándar ASTM D4403 para extensómetros usados ​​en roca

Ver también

Referencias

  • Huston, Charles. "El efecto de la tensión continua y progresivamente creciente sobre el hierro", Revista del Instituto Franklin , vol. 107, núm. 1, enero de 1879, págs. 41–44.

Otras lecturas