6.2 Descrizione dell’apparecchiatura di prova
6.2.3 Sistema di misura
Il sistema di misura è costituito da due parti fondamentali: la sezione hardware e la sezione software.
Della sezione hardware fanno parte sia vari tipi di trasduttori sia il sistema di acquisizione dati vero e proprio. I primi trasformano la grandezza fisica misurata in segnale elettrico, men- tre il sistema di acquisizione dati (DAQ) trasforma i segnali elettrici provenienti dai trasduttori, in segnali digitali gestibili da un software.
Lo schema di acquisizione adottato è rappresentato in Figura 6.6.
I trasduttori
I trasduttori di pressione. I trasduttori di pressione collegati alla cella elettrosmotica, sono del tipo SETRA model 206.
Sono trasduttori a membrana, a spostamento volumetrico infinitesimo, le cui caratteristi- che vengono riassunte in Tabella 6.2.
I trasduttori sono in grado di misurare pressioni nel campo tra0e 1600kP acon una precisione di1.6kP a.
La Figura 6.7 mostra il collegamento dei trasduttori al sistema di sfiato, che consente di eliminare l’aria eventualmente contenuta all’interno del circuito idraulico.
6.2 Descrizione dell’apparecchiatura di prova
Tabella 6.2: Caratteristiche tecniche trasduttori di pressione.
Accuratezza (a temperatura costante) ±0.13%F S
Non linearità ±0.1%F S Isteresi 0.08%F S Non ripetibilità 0.02%F S Tempo di risposta[s] 0.005 Pressione max[kP a] 1621 Eccitazione[V ]in DC 2-28 Output[V ]in DC 0.1 ÷ 5.1
Impedenza Output[ohm] 100
Temperatura di esercizio[C] -40/+125
(a) Misuratore di volume (b) Invertitore di flusso
Figura 6.8: Sistema di misura del volume.
Il sistema di misura del volume. Il sistema di misura del volume d’acqua in uscita dalla cella è costituito da due parti: un misuratore di volume (volumometro) e un invertitore di flusso.
Il misuratore di volume è sostanzialmente un accoppiamento cilindro pistone a doppio effetto, in cui l’ingresso dell’acqua in una delle due camere del cilindro, fa traslare il pistone in essa contenuto. Un trasduttore di spostamento misura la traslazione che risulta essere proporzionale al volume di fluido che lo attraversa.
Il sistema di inversione del flusso è un circuito idraulico al cui interno sono disposte alcune valvole. La sua funzione è quella di far funzionare il misuratore di volume in continuo, invertendo il verso di percorrenza del flusso di liquido all’interno del volumometro, senza perdita di volume.
In Figura 6.8 vengono mostrati il misuratore di volume e l’invertitore di flusso.
La cella di carico. Il sistema di misura della forza applicata dal pistone pneumatico alla parte mobile della cella elettrosmotica, è una cella AEP, le cui caratteristiche vengono ripor-
6. Consolidazione indotta dai processi elettrosmotici
Tabella 6.3: Caratteristiche tecniche cella di carico.
carico nominale (Emax)[kN ] 9.8
errore combinato ≤ ±0.045% non ripetibilità ≤ ±0.015% sensibilità nominale[mV /V ] 2 alimentazione di riferimento[V ] 10 alimentazione nominale[V ] 1-15 alimentazione max.[V ] 18
freccia massima al carico nominale[mm] ∼ 0.06
temperatura di riferimento[C] +23
temperatura di esercizio[C] -20/+70
classe di protezione (EN 60529) IP68
materiale della cella Acciaio Inox
Tabella 6.4: Caratteristiche tecniche trasduttore di spostamento.
Campo di misura[mm] ±10 Linearità ±0.15%F S Frequenza di eccitazione[kHz] 2 Eccitazione[V ] 5 Tensione in uscita[V ] 2 ÷ 10 Sensibilità[mV V − 1mm − 1] 44 Campo di temperatura[C] -20/80
tate in Tabella 6.3. La cella misura forze nel campo tra0e9.8kNcon un errore massimo di
4.5N.
Il trasduttore di spostamento. Il trasduttore di spostamento misura lo spostamento re- lativo tra il pistone e il cilindro, misura quindi la variazione di lunghezza del campione di terreno all’interno della cella elettrosmotica. E’ stato impiegato un trasduttore LVDT fornito dalla micro-epsilon, illustrato in Figura 6.9, capace di misurare un intervallo di±10mmcon una precisione del centesimo di millimetro. Le caratteristiche dei trasduttori utilizzati sono riportate in Tabella 6.4.
Il sistema di acquisizione dati
Il sistema di acquisizione dati utilizzato è formato da due schede di acquisizione (DAQ), collegate ad un unico Personal Computer.
6.2 Descrizione dell’apparecchiatura di prova
Figura 6.9: Sistema di misura degli spostamenti e delle forze.
E’ stato necessario dotare il sistema di misura di due diverse schede di acquisizione, perché il numero di canali disponibili in ciascuna scheda non era sufficiente.
La prima scheda utilizzata è una ”NI DAQCard-6036E” della ”National Instruments”, do- tata di velocità di campionamento pari a200kS/ssu singolo canale e 16 canali analogici in ingresso. E’ collegata al PC tramite un connettore PCMCIA.
La seconda scheda, sempre ”National Instruments” è il modello ”NI USB-6218”, con collegamento USB. La scheda ha una velocità di campionamento pari a125kS/ssu singolo canale ed è dotata di 8 canali analogici.
Il software di acquisizione
Il software di interfaccia tra il Personal Computer ed i segnali in arrivo dai trasduttori è stato realizzato e compilato con LabVIEW, un software proprietario, che permette la progettazione, la realizzazione e la compilazione dell’applicazione realizzata.
I programmi di LabVIEW sono chiamati strumenti virtuali o VI (virtual instrument), poi- ché nell’aspetto e nel funzionamento sono simili a strumenti fisici, come oscilloscopi e te- ster. LabVIEW contiene un ampio set di strumenti per acquisire, analizzare, visualizzare e memorizzare i dati, ed altri che aiutano nella risoluzione dei problemi del codice.
6. Consolidazione indotta dai processi elettrosmotici
controlli e indicatori. I controlli sono le manopole (knob), i pulsanti da premere (push button), i selettori (dial) e altri dispositivi di input. Gli indicatori sono i grafici, i LED e altri display.
Una volta creata l’interfaccia utente, è possibile aggiungere il codice utilizzando VI e strutture che controllino gli oggetti del pannello frontale. Lo schema a blocchi contiene questo codice.
Il software LabVIEW permette la progettazione di sistemi di acquisizione complessi, co- me quello realizzato per la sperimentazione, attraverso l’utilizzo di un’interfaccia di progetta- zione a blocchi.
La gestione delle due schede di acquisizione, da parte del software avviene attraverso l’utilizzo di appositi driver, che consentono l’interfaccia del software con l’hardware.
L’acquisizione su ogni singolo canale avviene attraverso la creazione di apposite task di lavoro, che consentono l’inizializzazione della scheda, il settaggio dei parametri di accesso alla scheda (velocità di campionamento, tensione minima e massima, parametri specifici per la cella di carico), il numero di campioni (samples) che la scheda legge ad ogni singolo accesso, l’accesso alla scheda e quindi la lettura dei campioni, la disconnessione della task di lavoro.
Ogni singola task che viene creata, viene reiterata per tutta la durata del campionamento ad intervalli di tempo standard oppure fissati dall’operatore, come in questo caso, dove il tempo del ciclo di accesso viene fissato pari a due secondi.
Una volta acquisiti i dati, questi vengono elaborati dal software applicando le trasforma- zioni necessarie ad ottenere il valore scalato del parametro fisico acquisito.
Il software è in grado sia di visualizzare in tempo reale i dati acquisiti ed elaborati, sia di memorizzare su file i valori numerici.
Vista e considerata la durata di ciascuna prova, che è stata di diversi giorni, è impossi- bile gestire una cosi elevata mole di dati, ovvero uno ogni due secondi. Per questo motivo si è scelto di effettuare una media mobile dei modi, per ridurne il numero e consentire di poterli visualizzare in grafici. La media mobile è stata effettuata in base ad uno progressione geometrica in modo da mettere in risalto i dati iniziali in cui il fenomeno è in pieno regime transitorio, rispetto a quelli della fine delle prova in cui si sta raggiungendo lo stato stazionario e i dati sono caratterizzati da una variabilità minima.