Determinação do coeficiente de dilatação de um material usando strain gauges

Determinar o coeficiente de dilatação

Neste artigo, você aprenderá como o coeficiente de dilatação do alumínio pode ser determinado usando strain gauges "incompatíveis".

Quando há uma mudança de temperatura, cada quarto de ponte do strain gauge registra um sinal de medição, a "deformação aparente". A deformação aparente de um ponto de medição do strain gauge exposto a uma diferença de temperatura Δϑ pode ser descrita da seguinte forma:

O seguinte se aplica aqui:

ε _s Deformação aparente do strain gauge
α _r Coeficiente de temperatura da resistência elétrica
α _b Coeficiente de dilatação do objeto de medição
α _m coeficiente de dilatação do material da grade de medição
k fator K do strain gauge
Δ Diferença de temperatura que desencadeia a deformação aparente

Em todas as embalagens de strain gauge, a HBM mostra a deformação aparente em função da temperatura em um gráfico e também como um polinômio. Certamente, esses dados sempre fornecem resultados úteis se o coeficiente térmico de expansão linear do material a ser testado corresponder aos dados no pacote de strain gauge.

Aplica-se o seguinte:

Determinação do coeficiente térmico de expansão linear α

Mas a deformação aparente também pode ser usada perfeitamente para fins de medição, se for necessário determinar o coeficiente de dilatação térmica αm. Nesta situação, a seguinte fórmula pode ser usada:

Transposto, isso produz:

ε_a Deformação indicada no amplificador
ε_m A deformação desencadeada pela carga mecânica
α_DMS Coeficiente térmico de expansão linear conforme o pacote de strain gauge

Em um teste prático, quatro strain gauges HBM do tipo LG11-6/350, adaptados ao aço (α = 10,8 10-6/K), foram instalados em uma peça de alumínio. Um circuito de quatro fios foi usado para eliminar as influências dos cabos. De acordo com os dados fornecidos pelo fabricante para o material, α = 23,00 * 10-6/K para T = 0 a 100 °C.

ϑ (°C)	*εa(10^-6)**	*εs(10^-6)**	*εa-εs(10-6)**	*αb(^10-6)/K**
-10	-396,9	-38,0	-358,9
0	-254,4	-16,9	-237,5	22,9
10	-122,5	-5.0	-117,5	22,8
20	0	-1,1	1.1	22,7
30	118,8	-3,9	122,7	23,0
40	232,4	-12,2	244,6	23,0
50	344.3	-24,8	369.1	23,2
60	453,3	-40,3	493.6	23,3
70	562.1	-57,7	619.8	23,4
80	671,6	-75,6	747,2	23,5
90	781,8	-92,7	874,5	23,5
100	894.1	-107,9	1002.0	23,5
110	1010,5	-119,9	1130,3	23,6
120	1132.3	-127,4	1259,8	23,7

Aba. 1 Resultados da medição para um strain gauge adaptado para aço ferrítico, instalado em alumínio

Se você calcular αm para o intervalo especificado, obtém 23,19 * ^10-6/K, o que corresponde a um desvio do valor teórico de 0,19 * ^10-6/K (0,84%).
Para executar o experimento, primeiro é necessário instalar vários strain gauge no objeto sob investigação (para obter confiabilidade experimental). A amostra deve estar plana na direção da grade de medição.

No próximo passo, as deformações são determinadas de acordo com a temperatura. Cuidados devem ser tomados para garantir que o equilíbrio térmico seja estabelecido.
O primeiro εa-εs é calculado. Para determinar o coeficiente térmico de expansão linear, subtraia os dois valores calculados (εa-εs) um do outro e divida-o pelo intervalo de temperatura correspondente. O coeficiente de expansão térmica α _DMS, conforme os dados do pacote, deve ser adicionado a isso.

Exemplo: No intervalo de 20 a 40 graus, o coeficiente de coeficiente de dilatação é calculado da seguinte forma (usando o cálculo mostrado na Fórmula 4):

Durante essa medição, a fluência do strain gauge é um efeito indesejável. Portanto, no interesse da máxima precisão, é aconselhável usar os strain gauges HBM da série K, que possuem três ajustes diferentes de fluência como padrão e, destes, usar o strain gauge com o maior comprimento do loop final.
Além disso, quando as temperaturas de medição estão acima de 60 °C, é aconselhável usar adesivos de cura a quente para a instalação.

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Nota: Sujeito a modificações. Todas as descrições de produtos são apenas para informação geral. Elas não devem ser entendidas como garantia de qualidade ou durabilidade.

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