ingeniería de materiales

Galgas Extensiométricas
El principio básico de una celda de carga esta basado en el
funcionamiento de cuatro sensores strain gage, dispuestos en una
configuración especial que se explicará en los párrafos siguientes.

1. Qué significa Strain?
Strain(tensión) es la cantidad de deformación de un cuerpo debido
a una fuerza aplicada. Más específicamente, la tensión (ε) se define
como elcambio fraccionario en longitud, según lo demostrado en el
Figura 1.1. abajo.

Figura 1.1. Definición de Strain

La tensión puede ser positiva (extensible) o negativa (compresiva).
Aunque es adimensional, la tensión se expresa a veces en unidades
tales como in./in. o mm/mm. En la práctica, la magnitud de tensión
medida es muy pequeña.
La tensión se expresa a menudo como microstrain ( µε ), quees ε
x 10 −6 .
Cuando una barra es tensionada con una fuerza uniaxial, como
en el cuadro 1, aparece un fenómeno conocido como Poisson , que es
causado por la variación del espesor de la barra “D”, la cual se
contrae en la dirección transversal, o perpendicular a la fuerza. La
magnitud de esta contracción transversal es una característica del
material indicada por el cociente su de Poisson.El cociente ν de
Poisson de un material se define como el cociente negativo de la
tensión en la dirección transversal (perpendicular a la fuerza) a la
tensión en la dirección axial (paralelo a la fuerza), o ν = ε T / ε El
cociente de Poisson para el acero, por ejemplo, se extiende desde
0,25 a 0,3.

1.1 El Strain Gage(o galga de tensión)

Mientras que hay varios métodos de medir latensión, el más
común es con un strain gage, un dispositivo que su resistencia
eléctrica varíe en proporción con la cantidad de tensión aplicada en el
dispositivo. La galga más extensamente usada es la galga de tensión
metálica consolidada.
El strain gage metálico consiste en un fino alambre o, más
comúnmente, hoja metálica dispuesta en un patrón de rejilla. El
patrón de rejilla maximiza lacantidad de alambre metálico u hoja
conforme a la tensión en la dirección paralela (cuadro 2). El área
representativa de la rejilla se reduce al mínimo para reducir el efecto
de la tensión del esquileo y de la tensión de Poisson. La rejilla se
enlaza a un forro fino, llamado el portador, que se une directamente
al espécimen de la prueba. Por lo tanto, la tensión experimentada por
el espécimende la prueba se transfiere directamente a la galga de
tensión, que responde con un cambio lineal en resistencia eléctrica.
Las galgas de tensión están disponibles comercialmente con valores
nominales de la resistencia desde 30 hasta 3000Ω, siendo 120, 350, y
1000Ω los valores más comunes en el mercado.

.
Figura 1. 2. Strain Gage metálico

Es muy importante que la galga de tensión estémontada
correctamente sobre el espécimen de la prueba.
Un parámetro fundamental de la galga de tensión es su
sensibilidad a la tensión, expresado cuantitativamente como el factor
de galga (GF). Se define el factor de la galga como el cociente del
cambio fraccionario en resistencia eléctrica al cambio fraccionario en
la longitud (tensión):

El factor de la galga para las galgas de tensiónmetálicas es
típicamente alrededor 2.

1.3 Medición en Strain Gage
En la práctica, las medidas de la tensión implican raramente
cantidades más grandes que algunos millistrain( ε x 10 -3 ). Por lo
tanto, medir la tensión requiere la medida exacta de cambios muy
pequeños en resistencia. Por ejemplo, suponga que un espécimen de
la prueba experimenta una tensión de 500 µε . Una galga de tensióncon un factor de la galga de 2 exhibirá un cambio en resistencia
eléctrica de solamente 2 (500 x 10 -6 ) = 0,1%. Para una galga de 120
Ω, éste es un cambio de solamente 0,12 Ω .
Para medir tales cambios pequeños en resistencia, las galgas de
tensión se utilizan casi siempre en una configuración puente con una
fuente de excitación de voltaje. El puente general de Wheatstone,
ilustrado...