09- galgas extentiometricas
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7/23/2019 09- galgas extentiometricas
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Galgasextensométricas
Ing. David Loza
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Principios Físicos
A l
R × = p – R: Resistencia
– : Resistividad
A dS
l dl d
R dR - + =
r r
l dl t dt
- = m
V dV
C d × =
r r
– l: Longitud
– S: Sección (área)
• Resistencia de un conductor recto
•
Resistencia al aplicar una fuerza F
• Ley de Poisson
• Efecto Bridgman
–
: Coficiente de Poisson (0 a 0,5)
– t: Dimensión transversal (diámetro d)
– C: Cte. De Bridgman
– V: Volumen (d2l/4) -Efecto piezorresitivo-
l
S
lS F
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Diagrama tensión-deformación del
Acero
s
e0
P
EF F
’
R
D’
D
a
a’
tg a = E (Módulo de Young)
e = s/E Ley de Hooke
eFl
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Ley de Hooke: Proporcionalidad entre las acciones y las deformaciones.
s
e0
P
EF F
’
R
D’
D
a
a’
eFl
•Ensayo a tracción,cuasiestáticamente, en
máquina universal
z
ona de fluencia o de relajamiento
zona de robustecimiento o fortalecimiento
Límite de
proporcionalida
d
RoturaRotura aparente
–Módulo de elasticidad = a
–Módulo de endurecimiento = a
’
Zona de Trabajo
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Película de protección
Soporte
Hilo de medida(adherido al soporte)
Terminales de conexión Afecta al hilo
F Y F
FX
(a) (b)
Galgas de hilo metálico
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Galgas de película metálica
Película de protección
Soporte
Zonas más anchas parareducir el efecto de
tensiones transversales
Pad de conexiónSección
A Y
F Y F
FX
Sección Ax
(a) (b) R
X<<R
Y
AX>>A
Y
Y
Y Y
X
XX
Y
Y Y
EAFRK
EAFRK
EAFRKR
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GALGA
Silicio
Pad de
conexión
Galgassemiconductoras
2
0 4 5 119
R dR e e × + × = ,
2
0 10 110
R dR e e × + × - =
– Material tipo p
– Material tipo n
Predominael efecto
piezorresistivo
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Valores típicosMetálicas Semiconductoras
Margen medidae
Factor sensibilidad K
Resistencia R0 ( )
Tolerancia %
Temp. máximaPotencia máxima
Variación con T
0,1 a 40000 0,001 a 3000 1,8 a 2,35 50 a 200
120, 350, 600,1000 1000 a 5000
0,1 a 0,2 1 a 2120ºC 100ºC
Hasta 50e
/ºC Muy elevada
0,15 a 0,77W/cm2 250mW
De filamento De película
Metálicas Semiconductoras
Semic.
Terminales
Tiempo respuesta 1
s 1
s
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Materiales para galgas
Materiales metálicos sensores
Material Características Aplicaciones
Constantán -Medidas estáticas
- No usar en aplicaciones extremas
- Selección compleja (pocos criterios)
- Material más usado y muy barato
- Autocompensación térmica sencilla
- Grandes elongaciones
(estado plástico de
deformación)
Isoelastic - Gran relación S/N
- Precisan control de temperatura
- Medidas dinámicas
- Medida de fatiga
Karma - Autocompensación térmica sencilla
- La soldadura de terminales es
compleja
- Medida a temperaturas bajas
- Medida con temperaturas
variables o no controladas
Aleación Pt - Coste alto - Medida a altas temperaturas
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Materiales para el soporte
Material Características Aplicaciones
Poliamida - Es el soporte estándar
- No soporta condiciones extremas detrabajo
- Espesor habitual de 0,025mm
- Medidas estáticas
- Aplicaciones habituales
Epoxy - Minimiza el error introducido por el
soporte
- Instalación delicada
- Requiere mano de obra especializada
- Medidas precisas
Fibra de vidrio
reforzada con
epoxy
- Soporta temperaturas moderadas
- Soporta muy bien el trabajo a fatiga
- Medidas cíclicas y de
fatiga
Materiales para galgasMateriales para galgas
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Características de las galgas
extensiométricas
Tipo GF TCR
(×10-6/K)
TCGF
(×10-
6
/K)
Deriva
Temporal
Metálica 2 10 100 Muy baja
Híbridas de capa
fina
3 a 20 50 300 Baja
Semiconductor
30 a 120
1500
2000
Media
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Preparación de la medida
1º Abrasión de la superficie2º Limpieza cuidadosa
3º Neutralización (pH 7 a 7,5)
4º Alineación y pegado (adhesivos especiales)
Sustrato
Adhesivo
Galga
Terminales
Soldadura CableProtección
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Marcas de alineación
F Y
F
FX
a
a
a
cos1
cosKFKFR
y
Utilización de las galgas
SENSIBLES A F Y
SENSIBLES A FX
(a) (b)
F Y
FX
2
Y
2
X FFF
a
a = arctg F
X
F Y
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GALGA
PEGAMENTO
HILOS
SOLDADURA
MATERIAL PASIVO
Utilización de las galgas
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Otras formas constructivas
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Circuitos de medida
VAB
AB
R1 RG
R3
R2
E
21
2
G3
3
ABR R
R
R R
R Ev
E
2
ΔR R
1
4
ΔR vAB
E4
K εE
2
K ε1
1
4
K εvAB
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Circuitos de medida
a
b
VAB
ABE
RR
VAB
AB
R
R3
E
RR
RR
RR
RR
RR
E2
k εvAB Ek εvAB
Sensibilidad creciente
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Circuitos de medida
-9,38.10-11
-6,25.10-11
-3,12.10-11
0
-1,25.10-10 k=10k=50 k=2
8,75.10-8 1,75.10-7 2,62.10-7 3,5.10-7
error
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E+
-
+
-
+-
Amplificador de instrumentación
Circuitos de medida
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+10 V
5 V
160 RR
126
INA 118
Vo
-10 V
160 160
+10 V
LM136
Tensión
estable Amplificación
Circuitos de medida
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Acondicionamiento
U
kR 1
R 1
kR 0
R 0 (1+x)
A U s
( ) ( ) x 1 k 1 k
x k U U s ×
×
×
( ) 2 s
1 k
x k U U
× × Si k+1>>x:
U
kR 1
R 1
kR 0
R 0 (1+x)
U s
R a R b
Puente con ajuste de cero
U
R 0
R 0
R 0
R 0 (1+x)
U s
R w
R w
R w
Medida a tres hilos
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Acondicionamiento
R 0
R 0 R 0
R 0 (1+x)
U s
U
U
R 0
R 0
R 0
U s
a
b
c
d R 0
(1+x)
U
R 0
R 0
R 0
U s
a
b
c
d
Medida a cuatro hilos1er paso 2º paso
2 x
U U s ×
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Acondicionamiento
UR0
R0
R0
R0(1+x)
Us
Compensa la Temp.
4 x U U s × »
U
R0
R0
R0(1+x)
Us
R0(1+x)
U
R0(1+x)
Us
R0(1+x) R0(1-x)
R0(1-x)
2 x
U U s × »
X U U s × =
Compensa la Temp.
Sometida a esfuerzo
F
F
Compensa la Temp.
F
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• La utilización de los puentes de medida congalgas no es tan sencilla como pueda aparecer.Hay que tener en cuenta diversas circunstanciasque permitan hacer que la medida sea correcta.
– El equilibrio del puente que permite fijar su valor acero en un punto concreto de medida.
– La calibración del puente que permite obtener otropunto de la curva de medida y que permitirá fijar laganancia del sistema para que se ajuste a las
necesidades. – El cableado del sistema para reducir efectos no
deseados y llevar a cabo una medida correcta, ajena(en la medida de lo posible) a interferencias externas.
Circuitos de medida
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VAB
E
A B
E
RG
RG
RG
GG RR
ACTUACIÓN DELSISTEMA
RSH
( )SH G
G
R R K R
e
Circuitos de medida
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(a)
E B A
VAB
RC
RC
RR
(b)
EB
A
VAB
RC
RC
RR
RC
RC+ R + R
R+RC
Circuitos de medida
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Consideraciones generales
• La alimentación del puente debe de ser muy estable
– Se emplean referencias estables de tensión
– Ej. LM399 (6,95V)
• No se debe de sobrepasar la zona elástica
•
Deben de evitarse esfuerzos perpendicales al plano de la galga• Adhesivos especiales
• Potencia máxima
• Autocalentamiento
• Es posible la alimentación del puente en corriente
•
La alimentación del puente puede realizarse en alterna