Transductores

Células de carga y transductores de presión
* Descripción de los principios de funcionamiento
Una célula de carga es un transductor que convierte la fuerza mecánica en señales eléctricas. Hay muchos tipos diferentes de células de carga que operan de formas diferentes, pero la célula de carga más comúnmente utilizada hoy en día es la galga extensométrica. Como su nombre implica, lascélulas de carga mediante galgas extensométricas utilizan una matriz de galgas para medir la deformación de un componente de una estructura y convertirla en una señal eléctrica. | |
Los transductores de presión funcionan bajo el mismo principio. Son galgas extensométricas montadas sobre un diafragma, de forma que, cuando se aplica presión miden una deformación del diafragma que es proporcional a lapresión. Las siguientes secciones describen el principio de funcionamiento de las células de carga mediante galgas extensométricas y como hacer medidas con ellas, aunque lo mismo se aplica a los transductores de presión mediante galgas extensométricas.
Para entender cómo funciona una célula de carga, es necesario primero entender la teoría básica que hay detrás de los principios defuncionamiento. Como se dijo antes, las galgas extensométricas miden la deformación, o la tensión, para determinar la fuerza (carga) aplicada. La extensión se define como el porcentaje del cambio de la longitud. Más concretamente, la extensión es el cambio de longitud, ΔL, dividida por la longitud, L, y que varía de forma directamente proporcional a la carga aplicada. La figura 1 ilustra este concepto. Aldetectar la extensión y conociendo las características físicas del componente de la estructura a la que se aplica la carga, se puede calcular con precisión la fuerza.

Figura 1. Extensión (ΔL)

Si bien hay varios métodos de medición de la tensión, el más común es con una galga extensométrica, un dispositivo cuya resistencia eléctrica varía en proporción a la cantidad de tensión en el dispositivo.El dispositivo más utilizado es la galga extensométrica metálica adhesiva, como se muestra en la figura 2.

Figura 2. Galga extensométrica metálica adhesiva.
Debido a que los cambios en la extensión y, por lo tanto, de la resistencia, son muy pequeños, se tienen que utilizar circuitos adicionales para amplificar los cambios de la resistencia. La configuración del circuito más común en una célulade carga se llama puente de Wheatstone. El puente de Wheatstone, ilustrado en la Figura 3, se compone de cuatro ramas resistivas con una tensión de excitación VEX, que se aplica a los extremos del puente.

Figura 3. Puente de Wheatstone.
La tensión de salida del puente, VO, es igual a:

Las células de carga en general, utilizan cuatro galgas extensométricas en una configuración de puente deWheatstone, lo que significa que cada rama resistiva del circuito está activa. Esta configuración se conoce como puente completo. El uso de una configuración de puente completo aumenta enormemente la sensibilidad del circuito a los cambios de deformación, proporcionando unas medidas más precisas. Aunque hay una teoría más profunda sobre los puentes de Wheatstone, no es necesario conocerla, porquelas células de carga son por lo general una "caja negra" con dos cables de excitación (0V y Vex) y dos cables para la señal de salida (AI+ y AI-). Los fabricantes de las células de carga proporcionan la curva de calibración de cada célula de carga, lo cual permite correlacionar la tensión de salida con una cantidad específica de la fuerza.

Como hacer medidas con células de carga/presión
En lasiguiente sección se describe el equipo necesario para la adquisición de datos y el acondicionamiento de la señal para hacer medidas eficaces de células de carga / transductores de presión. Los requisitos básicos para hacer una medida de una célula de carga / transductor de presión son la excitación, la amplificación de la señal y el equilibrado del puente .
Excitación del puente
Los...