Un extensómetro es un dispositivo que se utiliza para medir cambios en la longitud de un objeto. [1] Es útil para mediciones de tensión - deformación y ensayos de tracción. Su nombre proviene de "extensímetro". Fue inventado por Charles Huston, quien lo describió en un artículo en el Journal of the Franklin Institute en 1879. Posteriormente, Huston cedió los derechos a Fairbanks & Ewing, un importante fabricante de básculas y máquinas de prueba.
Hay dos tipos principales de extensómetros: de contacto y sin contacto .
Los extensómetros de contacto se utilizan desde hace 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 con clip han sido reemplazados en gran medida 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 tradicionales con clip. Están contrapesados y, por tanto, tienen un efecto insignificante sobre la muestra. Una mejor linealidad, un ruido de señal reducido y la sincronización con los datos de fuerza correspondientes son grandes ventajas debido a la falta de convertidores analógicos a digitales y filtros asociados que añaden retrasos de tiempo y suavizan los datos sin procesar. Además estos dispositivos pueden permanecer en la muestra hasta fallar 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 mayor calidad pueden leer valores tan bajos como 0,02 µm) y tienen suficiente precisión de medición para cumplir con las clases 1 y 0,5 de ISO 9513.
Para ciertas aplicaciones especiales, los extensómetros sin contacto están comenzando a aportar ventajas donde no es práctico utilizar un brazo calibrador o un extensómetro de contacto.
AEl 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 ensayo de tracción. El principio funciona iluminando la superficie de la muestra con unláser, los reflejos de la superficie de la muestra son recibidos por unacámara CCDy procesados mediante complejosalgoritmos. Cuando se utiliza un extensómetro láser, no es necesario colocar marcas en la muestra, lo que supone un importante ahorro de tiempo para los laboratorios de ensayo de materiales.
Se pueden lograr resoluciones inferiores a un micrómetro (normalmente 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 tradicional "con clip", o donde la masa del dispositivo con clip afecta las propiedades del material, debido a que está físicamente unido a la muestra.
Los extensómetros láser también se pueden utilizar para realizar pruebas a temperaturas elevadas o bajo cero.
AEl videoextensómetro es un dispositivo que es capaz de realizar mediciones de tensión/deformación de ciertos materiales, mediante la captura de imágenes continuas de la muestra durante la prueba, utilizando un capturador de cuadros o una cámara de video digital conectada a una PC.[2] La muestra del material bajo prueba generalmente se corta en una forma específica y se marca con marcadores especiales (generalmentepegatinaso con bolígrafos que distinguen el marcador del color y la textura de la muestra en la imagen capturada). Estos marcadores en la imagen capturada se rastrean constantemente en el video capturado, mientras la muestra bajo prueba se estira/comprime. Esta distancia de píxeles se puede medir en tiempo real y mapear con un valor de calibración para proporcionar una medición de deformación directa y controlar la máquina de prueba en 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, primero se capturan imágenes con la muestra de calibración en las mismas condiciones de prueba que se utilizarán para la nueva muestra.
Los videoextensómetros se utilizan principalmente para materiales que pueden dañar un extensómetro de contacto tradicional o digital de "brazo tanteador". En algunas aplicaciones, el videoextensómetro reemplaza a las unidades de medición mecánicas , pero se trata principalmente de dispositivos de clip.
Al medir el módulo de elasticidad en plásticos de 50 mm de longitud según ISO 527 se requiere una precisión de 1 µm. Algunos videoextensómetros no pueden lograr esto, mientras que para las pruebas de producción es mejor utilizar extensometría digital motorizada automatizada para evitar que los operadores coloquen manualmente marcas en la muestra y pierdan tiempo configurando y ajustando el sistema. Tenga en cuenta que algunos videoextensómetros tienen dificultades para lograr resultados aceptables cuando se usan para medir la tensión dentro de cámaras de temperatura.
Para aplicaciones que exigen una medición de deformación sin contacto y de alta precisión, los videoextensómetros son una solución comprobada. En determinadas 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 mediciones 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 el conjunto de iluminación como sobre la lente. Los sistemas con esta tecnología eliminan todos los efectos de las condiciones de iluminación ambiental.
En el entorno minero, los extensómetros se utilizan para medir los desplazamientos en taludes/paredes altas. Trazar el desplazamiento frente al tiempo permite a los ingenieros geotécnicos determinar si las fallas de los muros son inminentes. En caso de fallos complicados, se utilizan equipos adicionales, como radares o escáneres láser, que permiten realizar análisis tridimensionales y, en última instancia, tetradimensionales.
Los extensómetros se pueden utilizar para medir la compactación de los acuíferos así como la expansión de los mismos. [3] Los ergómetros pueden proporcionar datos significativos sobre la profundidad, la velocidad y el grado de compactación. Se pueden observar estos datos consistentes que recopilan una imagen clara del hundimiento en áreas.