Sensores de fuerza

SENSORES DE FUERZA PESO Y PRESIÓN
1 FUNDAMENTO TEORICO
GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS RESISTIVAS.
Una serie importante de transductores se basa en el uso de galgas extensiométricas resistivas, y antes de considerar dichos transductores hay que conocer los principios y aplicaciones de éstas últimas.
[pic]
Si a un hilo conductor se le somete a un esfuerzo de tracción, se alarga, aumentando sulongitud en ∂ L (por ejemplo), y no se rebasa el límite elástico del material, el cambio de longitud es proporcional a la carga, y el hilo recupera su longitud original cuando se le retira la carga aplicada. Simultáneamente, con este aumento de longitud hay una ligera reducción de la sección transversal del hilo (la longitud ganada debe salir de algún sitio), y dado que la resistencia de un conductor =ρL / A (donde ρ = resistividad del material , L = longitud y A = área de la sección transversal), tanto el material de longitud como la reducción del área contribuyen a un aumento de la resistencia del hilo tensado. Además de cambiar las dimensiones, también cambia la resistividad del material, siendo este efecto (denominado piezorresistividad) pequeño para los metales, pero también contribuye alcambio de resistencia. Obviamente es incómodo tener grandes longitudes de hilo resistivo pegadas al objeto de estudio, y por eso la disposición general de una galga extensiométrica consiste en un hilo resistivo (normalmente con un diámetro de 0,025 mm) doblado en forma de rejilla y montado sobre un soporte de papel o de Baquelita. Las galgas impresas (VER FIGURA) son una evolución de las galgas deltipo anterior, y se fabrican mediante técnicas similares empleadas para la producción de circuitos impresos. Este proceso se presta fácilmente a la producción de galgas con formas estudiadas para aplicaciones especiales. El tamaño de una galga extensiométrica depende de la aplicación pretendida, pero hay galgas resistivas de varias longitudes, desde unos 3 mm hasta 150 mm, y existe toda una gamade valores nominales de la resistencia siendo los tipos preferidos los de 120 Ω y 600 Ω .
Se ha afirmado anteriormente que la resistencia eléctrica (R) de un hilo recto cambia cuando se deforma; sea ∂ R este cambio de resistencia. La deformación mecánica se define como la relación , o ∂ L / L , y se representa con el símbolo є. Para relacionar estas dos cantidades se emplea un factor denominadosensibilidad a la deformación , tal que
[pic]
y tiene un valor característico que depende del tipo de hilo conductor. Nota: є se expresa con frecuencia en microdeformaciones ([pic]), por ejemplo, micras por metro.
[pic]
Cuando para formar una galga extensiométrica se dispone el hilo en forma de rejilla, hay pequeños segmentos de hilo en cada tramo curvado que dejan de estar sujetos a ladeformación paralela al eje de la galga. Esta parte de la resistencia de la galga se denomina , dependiendo la relación entre ésta y la resistencia total de la galga, de la forma de los tramos curvados y de la longitud total.
Cuando se pega una galga a un objeto sometido a esfuerzos paralelos al eje de la galga, ésta puede detectar dos deformaciones: a) la deformación principal o longitudinal que tienela misma dirección que el eje de la galga, y b) la deformación de Poisson o transversal que es perpendicular a dicho eje. Si la galga tiene una resistencia transversal apreciable, puede presentar cierta sensibilidad a las deformaciones transversales, que es normalmente del orden del 1 al 2 % de la sensibilidad longitudinal; en las galgas impresas, este efecto se reduce aumentando la anchura delmaterial en los tramos transversales. El efecto final de esta deformación de Poisson es de sentido opuesto al de la deformación principal, reduciendo así la sensibilidad total de la galga.
Las ventajas de las galgas impresas sobre las galgas de hilo se pueden resumir como sigue:
Las galgas impresas son más delgadas y por lo tanto más flexibles.
1. La sensibilidad transversal de las galgas...