El dispositivo de medición más universal para la medición eléctrica de los parámetros mecánicos es el medidor de tensión. Existen varios tipos de medidores de tensión que dependen de la variación proporcional de la resistencia eléctrica a la tensión: el medidor piezorresistivo o semiconductor, el medidor de resistencia de carbono, el medidor de alambre metálico adherido y los medidores de resistencia de lámina.
El medidor de tensión de resistencia adherido es, con diferencia, el más utilizado en el análisis experimental de tensiones. Estos medidores consisten en una rejilla de alambre o lámina muy fina adherida al soporte o matriz portadora. La resistencia eléctrica de la rejilla varía linealmente con la tensión. Durante su uso, la matriz portadora se adhiere a la superficie, se aplica fuerza y se determina la deformación midiendo el cambio en la resistencia. La galga extensométrica de resistencia adherida es de bajo coste, se puede fabricar con una longitud de galga corta, solo se ve moderadamente afectada por los cambios de temperatura, tiene un tamaño físico reducido y una masa baja, y presenta una sensibilidad bastante alta a la deformación.
Más información sobre los extensómetros
En una aplicación de galgas extensométricas, la matriz portadora y el adhesivo deben trabajar juntos para transmitir las deformaciones de la muestra a la rejilla. Además, sirven como aislante eléctrico y disipador de calor.
Los tres factores principales que influyen en la selección de la galga son la temperatura de funcionamiento, el estado de la deformación (gradiente, magnitud y dependencia del tiempo) y la estabilidad requerida.
Debido a su extraordinaria sensibilidad, el circuito de puente de Wheatstone es el más utilizado para mediciones de deformación estática. Lo ideal es que el medidor de deformación sea la única resistencia del circuito que varíe y que lo haga únicamente debido a un cambio en la deformación de la superficie.
Existen dos métodos principales para la indicación del cambio en la resistencia causado por la deformación en un medidor en un puente de Wheatstone. A menudo, un indicador reequilibra el puente, mostrando el cambio en la resistencia requerida en microdeformación. El segundo método instala un indicador, calibrado en microdeformación, que responde a la salida de tensión del puente. Este método asume una relación lineal entre la salida de voltaje y la tensión, un puente inicialmente equilibrado y un V in conocido. En realidad, la relación entre la salida de voltaje y la tensión no es lineal, pero para tensiones de hasta unos pocos miles de microtensiones, el error no es significativo.
Fuentes potenciales de error
En una aplicación de análisis de tensiones, no se puede realizar la calibración de toda la instalación del medidor como se puede hacer con algunos transductores de presión. Por lo tanto, es importante examinar las posibles fuentes de error antes de tomar los datos.
CONSIDERACIONES PRINCIPALES PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE DEFORMACIÓN
Algunos medidores pueden dañarse durante la instalación. Por lo tanto, es importante comprobar la resistencia del medidor de tensión antes de someterlo a tensión.
El ruido eléctrico y las interferencias pueden alterar las lecturas. Los cables blindados y los revestimientos aislantes adecuados pueden evitar estos problemas. Un valor inferior a 500 M ohmios (utilizando un ohmímetro) suele indicar contaminación de la superficie.
Los voltajes inducidos térmicamente son causados por efectos termopares en la unión de metales diferentes dentro del circuito de medición. Los voltajes inducidos magnéticamente pueden producirse cuando el cableado se encuentra en un campo magnético que varía con el tiempo. La inducción magnética se puede controlar utilizando cables trenzados y formando áreas de bucle mínimas pero iguales a cada lado del puente.
También deben compensarse los efectos de la temperatura sobre la resistencia y el factor de medición del medidor. Para ello, puede ser necesario medir la temperatura en el propio medidor, utilizando termopares, termistores o RTD. Sin embargo, la mayoría de las aleaciones metálicas de los medidores presentan una variación del factor de medición casi lineal con la temperatura en un amplio rango, inferior al ±1 % en ±100 °C.
Dimensiones de la galga extensométrica
La longitud activa de la rejilla, en el caso de las galgas de lámina, es la longitud neta de la rejilla sin las lengüetas y comprende los bucles de retorno de las galgas de alambre. Las dimensiones del soporte están diseñadas por OMEGA para la función óptima de la galga extensométrica.
Resistencia de la galga extensométrica
La resistencia de una galga extensométrica se define como la resistencia eléctrica medida entre las dos cintas metálicas o áreas de contacto destinadas a la conexión de los cables de medición. La gama comprende galgas extensométricas con una resistencia nominal de 120, 350, 600 y 700 ohmios.
Factor de medición (sensibilidad a la deformación)
La sensibilidad a la deformación k de una galga extensométrica es el factor de proporcionalidad entre el cambio relativo de la resistencia.
La sensibilidad a la deformación es una cifra sin dimensión y se denomina generalmente factor de medición.
El factor de medición de cada lote de producción se determina mediante mediciones de muestras y se indica en cada paquete como valor nominal con su tolerancia. Temperatura de referencia La temperatura de referencia es la temperatura ambiente para la que son válidos los datos técnicos de los extensómetros, a menos que se indiquen rangos de temperatura. Los datos técnicos citados para las galgas extensométricas se basan en una temperatura de referencia de 23 °C.
Característica de temperatura
Los cambios dependientes de la temperatura de la resistencia específica de la rejilla de la galga extensométrica se producen en la galga aplicada debido a los coeficientes de expansión térmica lineal de la rejilla y los materiales de la muestra. Estos cambios de resistencia parecen ser una deformación mecánica en la muestra. La representación de la deformación aparente en función de la temperatura se denomina característica de temperatura de la aplicación de la galga extensométrica. Para mantener la deformación aparente a través de los cambios de temperatura lo más pequeña posible, cada galga extensométrica se ajusta durante la producción a un determinado coeficiente de expansión térmica lineal. OMEGA ofrece galgas extensométricas con características de temperatura adaptadas al acero ferrítico y al Aluminio.
Rango de temperaturas de servicio
El rango de temperaturas de servicio es el rango de temperatura ambiente en el que se permite el uso de galgas extensométricas sin cambios permanentes en las propiedades de medición. Los rangos de temperaturas de servicio son diferentes según se vayan a detectar valores estáticos o dinámicos.
Tensión RMS máxima permitida para la alimentación del puente
Los valores máximos indicados solo están permitidos para aplicaciones adecuadas en materiales con buena conducción térmica (por ejemplo, acero de espesor suficiente) si no se supera la temperatura ambiente. En otros casos, el aumento de temperatura en la zona de la rejilla de medición puede dar lugar a errores de medición. Las mediciones en plásticos y otros materiales con mala conducción térmica requieren la reducción de la tensión de alimentación o del ciclo de trabajo (funcionamiento por impulsos).
LA GALGA DE DEFORMACIÓN ES UNA DE LAS HERRAMIENTAS MÁS IMPORTANTES
de la técnica de medición eléctrica aplicada a la medición de los parámetros mecánicos. Como su nombre indica, se utilizan para la medición de la deformación. Como término técnico, la «deformación» consiste en la deformación por tracción y compresión, que se distingue por un signo positivo o negativo. Por lo tanto, los extensómetros pueden utilizarse para detectar tanto la expansión como la contracción. La deformación de un cuerpo siempre es causada por una influencia externa o un efecto interno. La deformación puede ser causada por fuerzas, presiones, momentos, calor, cambios estructurales del material y similares. Si se cumplen determinadas condiciones, la cantidad o el valor de la magnitud influyente puede derivarse del valor de deformación medido. En el análisis experimental de tensiones, esta función se utiliza ampliamente. El análisis experimental de tensiones utiliza los valores de deformación medidos en la superficie de una muestra o pieza estructural para determinar la tensión en el material y también para predecir su seguridad y resistencia. Se pueden diseñar transductores especiales para la medición de fuerzas u otras magnitudes derivadas, por ejemplo, momentos, presiones, aceleraciones y desplazamientos, vibraciones y otras. El transductor contiene generalmente un diafragma sensible a la presión con galgas extensométricas adheridas a él.
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