Transductores Extensométricos
Figura P40. Figura P41.
La extensometría: Es una técnica que permite medir la tensión mecánica que hay en un punto cualquiera de una pieza que está sometida a una determinada carga.
La medida no se efectúa de una forma directa, es decir, no se mide tensión mecánica o esfuerzo (que se denotará φ) directamente. Lo que se mide es la deformación que sufre la pieza en un punto determinado cuando se le aplica una carga. Conociendo la deformación unitaria en un punto (ε), será como se podrá conocer la tensión, ya que ambas son directamente proporcionales estando relacionadas mediante el módulo elástico de Young (E).
Quedando:
y como (esfuerzo, τ):
τ = F/A (fuerza / área) se igualarán estas, quedando:
La ley que rige estas deformaciones es la Ley de Hook.
Que al despejar quedará
(P46)
(P47)
(P48)
Donde
E = Módulo de elasticidad de Young en [Kg /cm2]
τ = Esfuerzo de tracción o compresión [Kg / cm2]
ε = Deformación unitaria = (∆L/L) = L0 / L [adimensional]
La extensometría es una técnica muy poderosa, ya que la medida que se obtiene es una información real de lo que está pasando en una pieza en un determinado momento. Además tiene la ventaja de que tiene aplicación en cualquier tipo de material (acero, aluminio, materiales compuestos) y que se pueden hacer medidas tanto de fenómenos estáticos como dinámicos. Esta, permite tener una mejor idea del estado de tensión de la pieza que se está analizando lo que facilita el trabajo a la hora de mejorar el diseño.
Sin embargo, para medir un parámetro físico, obtener sus datos, almacenarlos para luego procesarlos y analizarlos, hace falta lo que se llama una cadena de medida, que esta compuesta básicamente de:
-
El parámetro físico que se quiere medir.
-
El transductor, que está compuesto por un elemento sensor y el elemento en el cual se va a colocar ese sensor. En la extensometría, el sensor es una banda extensométrica y el elemento en el cual se coloca habitualmente, es una pieza aparte, por ejemplo un diafragma metálico.
-
El acondicionador de señal, será el que normalmente consta de un amplificador y de un sistema de filtros para eliminar ruido.
-
El equipo para ver o almacenar la señal, que puede ser un osciloscopio, por ejemplo. Pero si se quiere guardar y procesar la señal, lo normal es que sea un computador.
Características de galgas extensométrica
Estos sensores, presentan dos características de deformación elástica que se utilizan en la transducción de fuerzas:
-
La deformación local
-
La deflexión.
Un valor máximo de cada una de ellas, se detectará en algún punto del elemento sensor, aunque no necesariamente en el mismo lugar, no obstante, este valor es el que da la magnitud transducida bien sea por deformación o deflexión.
Como parámetros básicos del diseño de los elementos sensores de fuerza, se tendrán:
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El Tamaño
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La Forma
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La densidad del material
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El módulo de elasticidad
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La sensibilidad a la deformación así como a la deflexión
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La respuesta dinámica.
De modo particular se tendrá que
(P49)
Donde
dR = diferencial de Resistencia [Ohmios]
dL = diferencial de longitud [m]
K = Factor de Calibración o factor de Galga [Ω/m]
Este coeficiente K, ("factor de calibración o factor de galga"), puede asumir valores comprendidos entre -11 y 4,5 según los materiales empleados (níquel, manganina, constantán, platino o tungsteno, entre otros). Un elevado factor de calibración de un material hace que este sea más sensible a la temperatura y menos estable que los materiales con factor de calibración menores.
A continuación se detalla el uso de los Strain Gauges en estos transductores:
Principios:
1) Aplicaciones de ley de Ohm (R = σ. L/A)
2) Debe trabajar dentro de la zona elástica.
Ley del Strain Gauges (S /G):
Enunciado:
Cualquiera sea el material, para una Temperatura constante, se tendrá que a todo aumento de longitud, corresponde una disminución de área, (Efecto Poisson) lo cual implica que se puede definir una relación:
Entre el cambio de resistencia unitaria: ∆R/R
y el cambio de longitud, llamado factor de galga: ∆L/L
Por lo tanto la ecuación quedará de tal forma una vez construida la celda.
(P50)
Ventajas y desventajas de los medidores extensométricos
Tabla P6.
La galga o banda extensométrica (figura P40), es simplemente un alambre conductor cuya resistencia varía en una pequeña cantidad cuando el alambre se alarga o se acorta, el cual se convierte en una señal eléctrica medible. Logrando así buenos y seguros resultados, todo ello gracias a la técnica de la medida extensométrica. En la figura P41 se puede observar la forma en que se realizan los pliegos de la celda extensométrica sobre un diafragma metálico.