Dinamometro estensimetrico a mensola. Taratura statica B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I M K C A F Estensimetro 1 F L=lunghezza H= altezza B=larghezza Estensimetro 2 Definizione parametri: • GF = K = 2.03 (gauge factor) DV0 - Offset ) × E × B × H 2 ( F= 3× GF ×Vi × d × G • Vi = 5 V (alimentazione ponte Wheatstone) • d = 0.142 m (distanza forza – estensimetro) • G = 1000 (guadagno amplificatore) • E = 64 Gpa (modulo Young AISI 304) Modello teorico dello strumento DV0 = 3× G ×Vi × d ×GF × F + Offset 2 E×B×H •Dati completi nel file “dati tesina estensimetri” B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 1. Formulazione del problema M K C A F La misura in condizioni statiche si ottiene mediante inversione della caratteristica statica dello strumento: uscita misurando Modello (statico) dello Uscita = y0 strumento y0 misurando Sono conosciuti: - caratteristica statica - uscita Si ricava: - stima del misurando M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Come si descrive l’operazione di misura? B M K C A F La taratura in condizioni statiche si ottiene mediante interpolazione della caratteristica statica dello strumento: uscita Misurando = m0 Modello (statico) dello strumento Uscita = y0 y0 m0 Sono conosciuti: - ingresso - uscita misurando Si ricava: - caratteristica statica M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Cosa è la taratura statica? B M K C A F Calcolo dell’incertezza teorica (tipo B) del dinamometro Valore atteso della funzione composta: p ì ¶f ü m = E {y}= E í f (x1 ,… , x p )+ å e i ý i =1 ¶xi î þ { p ì p ¶f ü ¶f + E í å e i ý = f (x1 ,… , x p )+ å E {e i } i =1 ¶xi î i =1 ¶xi þ } E f (x1 ,… , x p ) = f (x1 ,… , x p ) = funzione calcolata nei valori attesi dei parametri Nel nostro caso : y = DV 0 = f (F,E,B,H ,GF,...) B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 1. Incertezza teorica M K C A F varianza della funzione composta: { s y2 = E ( y - m ) 2 2 p üï ìïæ ö ¶f = E íç f (x1 ,… , x p )+ å e i - m ÷ ý = i =1 ¶xi ø ïþ ïîè } ìïæ p ¶f ö2 üï p æ ¶f ö 2 2 ei × e j } e E × E íç å e i ÷ ý = å ç { ÷ i }+ M E { ïîè i =1 ¶xi ø ïþ i =1 è ¶xi ø ) ( Il termine M indica i valori attesi di tutti i termini composti Nel caso in cui non vi sia correlazione tra i vari parametri il valore atteso del loro prodotto è nullo e quindi si ottiene la legge di propagazione delle incertezze standard: æ ¶f ö 2 s y = åçç ÷÷ × s i2 i =1 è ¶x i ø p 2 2 = s DV 0 Si calcola così l’incertezza dell’uscita prevista, propagando le incertezze del modello teorico della mensola incastrata, forza in ingresso, … M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termichedella I Esperienza dinamometro– 1. Incertezza teorica B M K C A F 2 æ ¶f ö s = å ç ÷ × s i2 i =1 è ¶xi ø p DV0 = 3× G ×Vi × 2 y æ ¶DV0 ö 2 æ ¶DV0 ö 2 = ç ÷ sE +ç ÷ s H +... è ¶E ø è ¶H ø 2 s DV 0 d ×GF × F + Offset 2 E×B×H 2 Calcolato per tutti i valori di F di riferimento in ingresso allo strumento per la taratura: DV0 Incertezza come intervallo 95% !! ±2s F1 F2 F3 F M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 1. Incertezza teorica B M K C A F Calcolo dell’incertezza con metodo Monte Carlo B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 2. Incertezza Monte Carlo M K C A F Calcolo Densità di Probabilità risultante per la variabile DV0 DV0 = 3× G ×Vi × d ×GF × F + Offset E×B×H2 DV0 Calcolo della moda come valore atteso della tensione B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 2. Incertezza Monte Carlo M K C A F Calcolo dell’intervallo di confidenza al 95% [0.0068 0.0156] 0.975 0.025 B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 2. Incertezza Monte Carlo M K C A F Riporto stavolta l’intervallo di confidenza al 95% calcolato con Monte Carlo DV0 F1 F2 F3 F B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 2. Incertezza Monte Carlo M K C A F Confronto delle due stime con intervallo di confidenza al 95% mediante Monte Carlo: mediante propagazione incertezza: s DV = [DV0,min .. DV0,max ] s DV = [DV0,min .. DV0,max ] 0 0 B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Confronto con la formula di propagazione linearizzata M K C A F Fitting dei dati sperimentali Si ricava la relazione lineare forza -> tensione Per confrontarla col modello teorico y • Retta ai minimi quadrati y ax b x parametri (a,b) N Dati sperimentali B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 3. Fitting sperimentale M K C A F • Soluzione a C xy C xx 1 N x xi N i 1 N b y ax 1 N y yi N i 1 N N N C xy xi x yi y xi yi nx y C xx xi x xi 2 nx 2 i 1 i 1 N sy 2 y ax b i i 2 i 1 sa i 1 sy C xx N i 1 N 2 M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I sb s y xi 2 i 1 NC xx Esperienza dinamometro– 3. Fitting sperimentale B M K C A F Confronto del modello teorico con la taratura statica sperimentale Modello teorico: d ×GF DV0 = 3× G ×Vi × × F + Offset 2 E×B×H Fitting sperimentale DV0 = a × F + b s DV 0 sa , sb DV0 = (a + ksa )× F + b + ksb DV0 DV0 = a × F + b DV0 = (a - ksa )× F + b - ksb k : fattore di copertura (=2) = punto e incertezza teorici (95% l.c.) = punto e incertezza sperimentali (95% l.c.) F1 F2 F3 M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 4. Validazione modello F B M K C A F Confronto del modello teorico con la taratura statica sperimentale Modello teorico con propagazione incertezza linearizzata e/o con MC Sono compatibili? Fitting sperimentale DV0 = punto e incertezza teorici (95% l.c.) = punto e incertezza sperimentali (95% l.c.) F1 F2 F3 M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 4. Validazione modello F B M K C A F Obiettivi della relazione tecnica • Introduzione teorica sul principio estensimetrico utilizzato • Costruzione del modello teorico • Calcolo dell’incertezza con propagazione linearizzata • Calcolo dell’incertezza con Monte Carlo • Fitting sperimentale dei dati e sua incertezza (carico e scarico formano un unico set di dati) • Confronto del modello sperimentale con quello teorico • Stima dell’incertezza sulla forza dato un valore di lettura di tensione B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 5. Sintesi M K C A F Dati e contatti Dati nel file : dati tesina estensimetri.rtf in materiale didattico esse3 Contatto : [email protected] [email protected] B M. De Cecco - Lucidi del corso di Misure Meccaniche e Termiche I Esperienza dinamometro– 5. Sintesi M K C A F