Galga

Universidad de Guadalajara

MATERIA: Transductores y Acondicionamiento de Señales

MAESTRO: Casillas de la Torre Sergio

PRACTICA 2: galga extensiometrica







OBJETIVO:

Implementar, medir y aplicar una galga extensiometrica piezoresistiva con micro-deformaciones. La aplicación será un contador de monedas de $5.00 M.N.; se irán colocando dichas monedas sobre la galgaextensiometrica y por cada moneda se encenderá un LED indicando su presencia.

Marco Teórico:

Fundamento de las Galgas Extensiometrica

Efecto piezoeléctrico

Las galgas extensiometrica se basan en la variación de la resistencia de un conductor o un semiconductor cuando es sometido a un esfuerzo mecánico. Este efecto fue descubierto por Lord Kelvin en 1856. Si se considera un hilo metálicode longitud l, sección A y resistividad ρ, su resistencia eléctrica R es:

Si se le somete a un esfuerzo en dirección longitudinal, cada una de las tres magnitudes que intervienen en el valor de R experimenta un cambio y, por lo tanto, R también cambia de la forma:

El cambio de longitud que resulta de aplicar una fuerza F a una pieza unidimensional, siempre y cuando no se entre en la zona defluencia (Figura 1), viene dado por la ley de Hooke,

donde E es una constante del material, denominada módulo de Young, σ es la tensión mecánica y ε es la deformación unitaria. ε es adimensional, pero para mayor claridad se suele dar en “micro deformaciones” (1 micro deformación = 1με = 10-6 m/m).

Si se considera ahora una pieza que además de la longitud l tenga una dimisión transversal t,resulta que como consecuencia de aplicar un esfuerzo longitudinal no sólo cambia l sino también lo hace t. La relación entre ambos cambios viene dada por la ley de Poisson, de la forma:

Figura 1. Relación de esfuerzos y deformaciones de una galga

Tipos de galgas
En definitiva, una galga consiste en una resistencia construida de forma que sea sensible a la deformación en una determinadadirección. A fin de conseguir esto, se disponen de varios tramos longitudinales para que la galga presente una resistencia apreciable en el sentido de medida de la deformación; mientras que la sección de los tramos transversales es mucho mayor a fin de que la sensibilidad a la deformación en esta dirección sea mucho menor.

Las galgas extensiometrica se clasifican de acuerdo a ciertos parámetroscaracterísticos, entre los cuales están:

a) Según el material constitutivo:

Conductores metálicos
Aleaciones: constantan (55% Cu, 45% Ni), nicromo (Ni 80%, Cr 20%), karma, advance, manganamina [aleación (84% Cu, 12% Mn, 4% Ni) con un muy bajo coeficiente de Tª utilizada para medir muy altas presiones (1,4 Gpa-40Gpa)] Para pequeñas variaciones en la resistencia (2%) del hilo se estima que:

R=Ro (1+x); x = K ·
Ro = resistencia en reposo
K cte. de la galga (K = 2, Kplatino= 6, Kisoplastic= 3,5) material isótropo que no rebase su límite elástico.
= deformación unitaria [1 micro deformación = = m/m]

Semiconductores.
Silicio y germanio. Pueden ser de tipo N o P. Las galgas de tipo P aumentan su resistencia con el esfuerzo aplicado mientras que las galgas N la disminuyen.

Enambos casos, interesa trabajar con materiales que presenten un bajo coeficiente térmico.

b) Según la forma de colocación:

Galgas desoldadas.
Conductores metálicos que han de colocarse en un soporte.

Galgas soldadas.
Se colocan en un soporte, adheridas de forma rígida mediante colas especiales. La deformación de la galga es igual a la del material del soporte. Son más comunes.

c)Según la geometría:

Uniaxiales.
Miden deformaciones a lo largo de la galga. Son casi insensibles a las deformaciones transversales.

Figura 3. Galga uniaxial

Rosetas de dos elementos.
Miden simultáneamente esfuerzos en dos direcciones.

Figura 4. Rosetas de dos elementos

Rosetas de tres elementos.
Se utilizan para determinar la dirección y magnitud de las tensiones que resultan de...