AS 3/2017

Aprile 2017

Automazione e Strumentazione

OIL&GAS

applicazioni

pressione

, ad esempio nei trasduttori di pressione

con raccordo a boccola, oltre che nelle misurazioni

della pressione di liquidi e gas su dispositivi come

motori diesel, unità di alimentazione idrauliche

(HPU) e unità di pompaggio di azoto.

Diversamente da altri tipi di trasduttori, questi

dispositivi possono essere facilmente scalati per

fornire trasduttori di forza dell’ordine di mega-

newton (MN) e di meganewton metri (MNm) e

trasduttori a pressione ultra alta in gigapascal/kilo-

pound per pollice quadrato (GPa/KPSI). Questa

grande varietà di sensori consente agli ingegneri di

applicare una soluzione adeguata alle deformazioni

osservate nell’applicazione e soddisfare la necessità

aumentare il ciclo di vita

Deriva nella misura

Con la loro eccezionale

stabilità a lungo termine

questi dispositivi sono l’ideale per l’uso in svariate

operazioni negli ambienti difficili tipici del set-

tore oil & gas. Ciononostante, senza un’adeguata

attenzione durante la scelta e l’uso del dispositivo,

temperature ambiente troppo alte potrebbero com-

promettere le caratteristiche di questi dispositivi

con conseguente deriva di misurazione - soprattutto

nelle applicazioni oil & gas, dove le temperature

ambiente possono raggiungere i 400-500 °F.

La deriva dipendente dalla temperatura in questi

dispositivi può provenire da diverse fonti, tra cui

la natura stessa del materiale. La resistenza cambia

di pari passo con la temperatura secondo il coef-

ficiente di temperatura della resistenza ( ) di un

materiale. Di conseguenza, le alterazioni della tem-

peratura ambiente possono incidere direttamente

sulla resistenza del materiale conduttore. Eppure

sono poche le applicazioni con probabilità di escur-

sioni termiche rapide e sostenute in grado di provo-

care una notevole deriva per via di questo effetto.

Nella maggior parte delle applicazioni, tuttavia,

le alterazioni della temperatura ambiente possono

provocare un’alterazione termica e una contrazio-

ne nell’oggetto sottoposto a

prova e nell’estensimetro stes-

so. Dato che la resistenza della

griglia a pellicola dell’esten-

simetro cambierà in risposta a

questi cambiamenti meccanici

indotti termicamente, le misure

del sensore avranno una deriva

commisurata. Questo effetto

può essere ancora più evidente

nelle situazioni in cui l’oggetto

sottoposto a prova e l’estensi-

metro rispondono in modo op-

posto alla variazione della tem-

peratura ambiente, ovvero quando i coefficienti di

espansione termici di oggetto ed estensimetro sono

decisamente diversi.

I produttori affrontano questa fonte di deriva for-

nendo estensimetri ottimizzati per diversi mate-

riali target. Utilizzando leghe diverse, i produttori

possono combinare la reazione alla temperatura

degli estensimetri con quella del materiale target.

Con questo approccio, i produttori forniscono

dispositivi progettati per i materiali come acciaio

ferritico con coefficiente di espansione termica

Di fatto, gli ingegneri possono trovare gamme

di estensimetri ‘autocompensati’ che forniscono

geometrie e resistenza identiche ma compren-

dono dispositivi appositamente progettati per

essere combinati a diversi materiali target.

L’uso di adesivi inadatti e l’ancoraggio inadeguato

degli estensimetri agli oggetti target può inasprire il

problema. Nel settore oil & gas, ad esempio, l’uso

di adesivi adatti a temperature più basse può provo-

care deriva e persino rottura se l’ancoraggio stesso

non regge. Inoltre, l’uso di adesivi con coefficiente

di espansione termica non adeguato all’estensime-

tro e all’oggetto target può aggiungere la distor-

sione indotta termicamente e la deriva della misura.

Compensazione della deriva

L’uso di estensimetri

autocompensati

e di

ade-

guate tecniche di collegamento

aiuta a ridurre

gli effetti dipendenti dalla temperatura, ma non li

elimina completamente. Per ridurre ulteriormente i

loro effetti, i progettisti dei sensori possono usare

gli estensimetri montati con due o quattro griglie

su un singolo dispositivo (cfr.

figura 2

). Pro-

gettati per l’uso in configurazioni a half-bridge

o full-bridge, le griglie su questi dispositivi sono

montate sullo stesso materiale e subiscono le stesse

variazioni di temperatura. Dato che le variazioni di

resistenza dovute alla temperatura sono identiche

in tutte le griglie sul dispositivo,

il rapporto della

loro resistenza non varia con i cambiamenti

nella temperatura ambiente e il ponte ottiene un

risultato indipendente dalla temperatura

Oltre alla temperatura ambiente, ci sono altri

fattori che possono aumentare la deriva negli

estensimetri a pellicola. Questo tipo di trasduttore

basato sulla resistenza richiede l’applicazione di

una corrente esterna attraverso il dispositivo per

consentire la misurazione di una potenza di uscita

corrispondente. Applicando una corrente di ecci-

tazione maggiore, gli ingegneri possono generare

tensioni elettriche in uscita maggiori per le appli-

cazioni che richiedono maggiore sensibilità e un

rapporto segnale-disturbo superiore. Con una cor-

Figura 2 - Gli ingegneri possono configurare estensimetri a

pellicola progettati con due (a sinistra) o quattro (a destra)

griglie in configurazioni half-bridge o full-bridge in grado

di compensare gli effetti dipendenti dalla temperatura