Galgas Extensiometricas
Páginas: 11 (2584 palabras)
Publicado: 8 de septiembre de 2011
SENSORES Y ACTUADORES BIOMEDICOS
* GALGA EXTENSIOMETRICA * TRIAXIALES
SENSORES DE FUERZA Y PAR.
UN MÉTODO PARA MEDIR UNA FUERZA O UN PAR DE FUERZAS CONSISTE EN COMPARARLA CON OTRA CONOCIDA CON EXACTITUD, COMO SE HACE EN LAS BALANZAS. OTRO MÉTODO CONSISTE EN MEDIR EL EFECTO DE LA FUERZA SOBRE UN ELEMENTO ELÁSTICO DENOMINADO CÉLULA DE CARGA. AL APLICAR UN ESFUERZO MECÁNICO A UN ELEMENTOELÁSTICO INMÓVIL, ESTE SE DEFORMA HASTA QUE LAS TENSIONES GENERADAS POR LA DEFORMACIÓN IGUALAN LAS DEBIDAS AL ESFUERZO APLICADO.
*DEFORMACION *MEDIDAS DE LA DEFORMACION *DEFORMACIONES ELASTICA Y PLASTICA *DESPLAZAMIENTOS *ENERGIA DE DEFORMACION
LA TENSIÓN ES LA CANTIDAD DE DEFORMACIÓN DE UN CUERPO DEBIDO A LA ACCIÓN DE UNA FUERZA APLICADA. MÁS ESPECÍFICAMENTE, LA TENSIÓN (E) SE DEFINE COMO ELCAMBIO FRACCIONAL EN LONGITUD, COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA.
ES UN DISPOSITIVO CUYA RESISTENCIA ELÉCTRICA VARÍA EN PROPORCIÓN A LA CANTIDAD DE TENSIÓN EN EL DISPOSITIVO. LA GALGA MÁS AMPLIAMENTE USADA ES LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA METÁLICA LIMITADA.
LOS MATERIALES QUE SUELEN UTILIZARSE PARA FABRICAR GALGAS SON ALEACIONES METÁLICAS, COMO POR EJEMPLO CONSTATAN, NICROMO O ELEMENTOSSEMICONDUCTORES COMO SILICIO Y GERMANIO. ES POR ELLO QUE PODEMOS CLASIFICAR LAS GALGAS EN DOS TIPOS:
*METÁLICAS
*SEMICONDUCTORAS.
LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA METÁLICA CONSISTE DE UN CABLE MUY FINO, MÁS COMÚNMENTE, UNA HOJA METÁLICA ORGANIZADA EN UN PATRÓN DE REJILLA. EL PATRÓN DE REJILLA MAXIMIZA LA CANTIDAD DE CABLE METÁLICO, O DE HOJA, SUJETO A TENSIÓN EN LA DIRECCIÓN PARALELA. LA GRILLA SE UNE A UNDELGADO RESPALDO, DENOMINADO EL PORTADOR, EL CUAL SE SUJETA DIRECTAMENTE AL ESPÉCIMEN DE PRUEBA.
POR TANTO, LA TENSIÓN EXPERIMENTADA POR EL ESPÉCIMEN DE PRUEBA SE TRANSFIERE DIRECTAMENTE A LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA, LA CUAL RESPONDE MEDIANTE UN CAMBIO LINEAL EN LA RESISTENCIA ELÉCTRICA. LAS GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS ESTÁN DISPONIBLES COMERCIALMENTE CON VALORES NOMINALES DE RESISTENCIA DESDE 30HASTA 3000 Ω, SIENDO 120, 350 Y 1000 Ω LOS VALORES MÁS FRECUENTES.
LAS PRINCIPALES ALEACIONES QUE USAN LAS GALGAS METÁLICAS SON: *COBRE Y HIERRO *PLATINA Y SILICIALISTA *CONSTATAN *NICROMO O KARMA *ISOELASTIC *ALEACIÓN DE PLATINO *ALEACIONES DE NÍCKEL-CROMO *NITRÓXIDO DE TITÁN *ALGUNOS DE LOS MATERIALES USADOS EN EL SOPORTE DE LAS GALGAS METÁLICAS PUEDEN SER *POLIAMIDA *EPOXY *FIBRA DE VIDRIOREFORZADA CON EPOXY
TRATAMIENTO DE LA SEÑAL
EN LA PRÁCTICA, LAS MEDICIONES DE TENSIÓN RARA VEZ INVOLUCRAN CANTIDADES MAYORES A UNAS POCAS MILÉSIMAS DE TENSIÓN (E X 103). POR TANTO, LA MEDICIÓN DE TENSIÓN REQUIERE DE EXACTITUD EN LA DETECCIÓN DE CAMBIOS MUY PEQUEÑOS EN RESISTENCIA. PARA MEDIR TALES CAMBIOS EN LA RESISTENCIA, LAS GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS CASI SIEMPRE SE EMPLEAN EN CONFIGURACIONESDE PUENTE CON UNA FUENTE DE EXCITACIÓN DE VOLTAJE.
PUENTE DE WHEATSTONE
Vo= voltaje de salida. cuando R1/R2 = R4/R3, el voltaje de salida, VO, es cero.
POR TANTO, SI ES REEMPLAZA R4 EN LA FIGURA ANTERIOR POR UNA GALGA EXTENSIOMÉTRICA ACTIVA, CUALQUIER CAMBIO EN LA RESISTENCIA DE ESTA GALGA DESBALANCEA EL PUENTE Y PRODUCE UN VOLTAJE DE SALIDA DIFERENTE DE CERO.
SI LA RESISTENCIANOMINAL DE LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA SE DESIGNA POR RG, ENTONCES EL CAMBIO INDUCIDO POR TENSIÓN EN LA RESISTENCIA, DR, SE PUEDE EXPRESAR COMO DR = RG*GF*E. ASUMIENDO QUE R1 = R2 Y R3 = RG. LA ECUACIÓN PREVIA DEL PUENTE SE PUEDE REESCRIBIR PARA EXPRESAR VO/VEX COMO UNA FUNCIÓN DE LA TENSIÓN (VER FIGURA ANTERIOR). NOTE LA PRESENCIA DEL TÉRMINO 1/(1+GF*E/2) QUE INDICA LA NO LINEALIDAD DE LA SALIDA EN UNCUARTO DE PUENTE CON RESPECTO A LA TENSIÓN
IDEALMENTE, SE DESEA QUE LA RESISTENCIA DE LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA CAMBIE SÓLO RESPECTO A LA TENSIÓN APLICADA.
SIN EMBARGO, EL MATERIAL DE LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA, ASÍ COMO EL MATERIAL DEL ESPÉCIMEN AL CUAL SE FIJA LA GALGA, TAMBIÉN RESPONDEN A CAMBIOS EN LA TEMPERATURA
LOS FABRICANTES DE GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS PROCURAN MINIMIZAR LA...
* GALGA EXTENSIOMETRICA * TRIAXIALES
SENSORES DE FUERZA Y PAR.
UN MÉTODO PARA MEDIR UNA FUERZA O UN PAR DE FUERZAS CONSISTE EN COMPARARLA CON OTRA CONOCIDA CON EXACTITUD, COMO SE HACE EN LAS BALANZAS. OTRO MÉTODO CONSISTE EN MEDIR EL EFECTO DE LA FUERZA SOBRE UN ELEMENTO ELÁSTICO DENOMINADO CÉLULA DE CARGA. AL APLICAR UN ESFUERZO MECÁNICO A UN ELEMENTOELÁSTICO INMÓVIL, ESTE SE DEFORMA HASTA QUE LAS TENSIONES GENERADAS POR LA DEFORMACIÓN IGUALAN LAS DEBIDAS AL ESFUERZO APLICADO.
*DEFORMACION *MEDIDAS DE LA DEFORMACION *DEFORMACIONES ELASTICA Y PLASTICA *DESPLAZAMIENTOS *ENERGIA DE DEFORMACION
LA TENSIÓN ES LA CANTIDAD DE DEFORMACIÓN DE UN CUERPO DEBIDO A LA ACCIÓN DE UNA FUERZA APLICADA. MÁS ESPECÍFICAMENTE, LA TENSIÓN (E) SE DEFINE COMO ELCAMBIO FRACCIONAL EN LONGITUD, COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA.
ES UN DISPOSITIVO CUYA RESISTENCIA ELÉCTRICA VARÍA EN PROPORCIÓN A LA CANTIDAD DE TENSIÓN EN EL DISPOSITIVO. LA GALGA MÁS AMPLIAMENTE USADA ES LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA METÁLICA LIMITADA.
LOS MATERIALES QUE SUELEN UTILIZARSE PARA FABRICAR GALGAS SON ALEACIONES METÁLICAS, COMO POR EJEMPLO CONSTATAN, NICROMO O ELEMENTOSSEMICONDUCTORES COMO SILICIO Y GERMANIO. ES POR ELLO QUE PODEMOS CLASIFICAR LAS GALGAS EN DOS TIPOS:
*METÁLICAS
*SEMICONDUCTORAS.
LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA METÁLICA CONSISTE DE UN CABLE MUY FINO, MÁS COMÚNMENTE, UNA HOJA METÁLICA ORGANIZADA EN UN PATRÓN DE REJILLA. EL PATRÓN DE REJILLA MAXIMIZA LA CANTIDAD DE CABLE METÁLICO, O DE HOJA, SUJETO A TENSIÓN EN LA DIRECCIÓN PARALELA. LA GRILLA SE UNE A UNDELGADO RESPALDO, DENOMINADO EL PORTADOR, EL CUAL SE SUJETA DIRECTAMENTE AL ESPÉCIMEN DE PRUEBA.
POR TANTO, LA TENSIÓN EXPERIMENTADA POR EL ESPÉCIMEN DE PRUEBA SE TRANSFIERE DIRECTAMENTE A LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA, LA CUAL RESPONDE MEDIANTE UN CAMBIO LINEAL EN LA RESISTENCIA ELÉCTRICA. LAS GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS ESTÁN DISPONIBLES COMERCIALMENTE CON VALORES NOMINALES DE RESISTENCIA DESDE 30HASTA 3000 Ω, SIENDO 120, 350 Y 1000 Ω LOS VALORES MÁS FRECUENTES.
LAS PRINCIPALES ALEACIONES QUE USAN LAS GALGAS METÁLICAS SON: *COBRE Y HIERRO *PLATINA Y SILICIALISTA *CONSTATAN *NICROMO O KARMA *ISOELASTIC *ALEACIÓN DE PLATINO *ALEACIONES DE NÍCKEL-CROMO *NITRÓXIDO DE TITÁN *ALGUNOS DE LOS MATERIALES USADOS EN EL SOPORTE DE LAS GALGAS METÁLICAS PUEDEN SER *POLIAMIDA *EPOXY *FIBRA DE VIDRIOREFORZADA CON EPOXY
TRATAMIENTO DE LA SEÑAL
EN LA PRÁCTICA, LAS MEDICIONES DE TENSIÓN RARA VEZ INVOLUCRAN CANTIDADES MAYORES A UNAS POCAS MILÉSIMAS DE TENSIÓN (E X 103). POR TANTO, LA MEDICIÓN DE TENSIÓN REQUIERE DE EXACTITUD EN LA DETECCIÓN DE CAMBIOS MUY PEQUEÑOS EN RESISTENCIA. PARA MEDIR TALES CAMBIOS EN LA RESISTENCIA, LAS GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS CASI SIEMPRE SE EMPLEAN EN CONFIGURACIONESDE PUENTE CON UNA FUENTE DE EXCITACIÓN DE VOLTAJE.
PUENTE DE WHEATSTONE
Vo= voltaje de salida. cuando R1/R2 = R4/R3, el voltaje de salida, VO, es cero.
POR TANTO, SI ES REEMPLAZA R4 EN LA FIGURA ANTERIOR POR UNA GALGA EXTENSIOMÉTRICA ACTIVA, CUALQUIER CAMBIO EN LA RESISTENCIA DE ESTA GALGA DESBALANCEA EL PUENTE Y PRODUCE UN VOLTAJE DE SALIDA DIFERENTE DE CERO.
SI LA RESISTENCIANOMINAL DE LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA SE DESIGNA POR RG, ENTONCES EL CAMBIO INDUCIDO POR TENSIÓN EN LA RESISTENCIA, DR, SE PUEDE EXPRESAR COMO DR = RG*GF*E. ASUMIENDO QUE R1 = R2 Y R3 = RG. LA ECUACIÓN PREVIA DEL PUENTE SE PUEDE REESCRIBIR PARA EXPRESAR VO/VEX COMO UNA FUNCIÓN DE LA TENSIÓN (VER FIGURA ANTERIOR). NOTE LA PRESENCIA DEL TÉRMINO 1/(1+GF*E/2) QUE INDICA LA NO LINEALIDAD DE LA SALIDA EN UNCUARTO DE PUENTE CON RESPECTO A LA TENSIÓN
IDEALMENTE, SE DESEA QUE LA RESISTENCIA DE LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA CAMBIE SÓLO RESPECTO A LA TENSIÓN APLICADA.
SIN EMBARGO, EL MATERIAL DE LA GALGA EXTENSIOMÉTRICA, ASÍ COMO EL MATERIAL DEL ESPÉCIMEN AL CUAL SE FIJA LA GALGA, TAMBIÉN RESPONDEN A CAMBIOS EN LA TEMPERATURA
LOS FABRICANTES DE GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS PROCURAN MINIMIZAR LA...
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