Deformaciones

Scientia et Technica Año XIII, No 34, Mayo de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701

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MEDIDORES DE DEFORMACION POR RESISTENCIA: GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS
RESUMEN Este documento describe el principio de funcionamiento de un transductor para la medición de fuerza basado en la deformación causada por esfuerzos mecánicos: Las galgas extensiométricas. Además se establecen lasformas de acondicionamiento, usando diferentes configuraciones del circuito denominado puente de Wheatstone. Como aplicación se presentan los resultados de una balanza básica construida con una viga en voladizo a la cual se le han instalado 4 galgas extensiométricas. PALABRAS CLAVES: transductor, fuerza, galgas extensiométricas, acondicionamiento, puente Wheatstone, balanza. ABSTRACT This documentdescribes the operation’s principle of a transducer for force-measurement based on deformation caused by mechanic stress: The extensiometric gauges. Also some forms of signal conditioning using different configurations of the denominated Wheatstone Bridge Circuit are presented. As an application of the results, a basic scale constructed with a beam in projection has been modified installing 4strain gauges. KEYWORDS: transducer, strain gauges, force, preparation, Wheatstone bridge, synchronous demodulation, balance, conditioned. EDWIN JHOVANY ALZATE RODRÍGUEZ Químico Industrial. Profesor Auxiliar Universidad Tecnológica de Pereira. jhovalz@utp.edu.co JOSE WILLIAM MONTES OCAMPO Ingeniero Mecánico Profesor Auxiliar Universidad Tecnológica de Pereira. wizac@utp.edu.co CARLOS ARMANDO SILVAORTEGA Ingeniero Mecánico Profesor Auxiliar Universidad Tecnológica de Pereira. silva53@utp.edu.co

1. INTRODUCCIÓN En 1856 Lord Kelvin descubrió que al aplicar una fuerza sobre un hilo conductor o un semiconductor se presenta una variación en su resistencia eléctrica. Este principio permite realizar mediciones de fuerzas muy tenues que provoquen pequeñas deformaciones en el conductor. La utilidadde este principio se manifiesta en la construcción de las galgas extensiométricos. Estos dispositivos son transductores pasivos, que aplicados sobre un espécimen, permiten medir la fuerza ejercida sobre él a partir de la deformación resultante. Así, fuerzas de compresión, tracción o torsión, aplicadas sobre materiales elásticos, generan deformaciones que son transmitidas a la galga, respondiendoésta con una variación de su propia resistencia eléctrica. Las galgas se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones a nivel industrial, de investigación en ingeniería y en todos los campos donde se requieran mediciones precisas de fuerza. Esas mediciones pueden ser de tres tipos: • Estáticas: las referidas a soportes y estructuras resistentes sometidas a cargas fijas.

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Mixtas: cuando serealizan sobre soportes y estructuras sometidas a la acción de cargas de variación rápida. Dinámicas: realizadas sobre acciones de variación rápida: fenómenos de vibración. impacto, etc.

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2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Su principio de funcionamiento se basa en el efecto piezorresistivo de metales y semiconductores, según el cual, su resistividad varía en función de la deformación a la queestán sometidos, el material de que esta hecho y el diseño adoptado. [2] Si se considera un hilo metálico de longitud l, sección transversal A y resistividad ρ, su resistencia eléctrica R es: l (1) R=ρ A Si se le somete a un esfuerzo en dirección longitudinal, cada una de las tres magnitudes que intervienen en el valor de R cambia, por tanto el cambio de R se puede expresar como:

Fecha deRecepción: 31 Agosto de 2006 Fecha de Aceptación: 28 Febrero de 2007

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dR = A(ρdl + ld ρ ) − ρldA A2

Scientia et Technica Año XIII, No 34, Mayo de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira

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El cambio de longitud que resulta de aplicar una fuerza F a una pieza unidimensional (siempre y cuando no se supere su límite elástico, Figura 1), está dado por la ley de Hooke. [1] F dl (3) σ = = Eε...