09- galgas extentiometricas

7/23/2019 09- galgas extentiometricas

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Galgasextensométricas

Ing. David Loza



Principios Físicos

A l

R × = p – R: Resistencia

– : Resistividad

A dS

l dl d

R dR - + =

r r

l dl t dt

- = m

V dV

C d × =

r r

– l: Longitud

– S: Sección (área)

• Resistencia de un conductor recto

•

Resistencia al aplicar una fuerza F

• Ley de Poisson

• Efecto Bridgman

–

: Coficiente de Poisson (0 a 0,5)

– t: Dimensión transversal (diámetro d)

– C: Cte. De Bridgman

– V: Volumen (d2l/4) -Efecto piezorresitivo-

l

S

lS F



Diagrama tensión-deformación del

Acero

s

e0

P

EF F

’

R

D’

D

a

a’

tg a = E (Módulo de Young)

e = s/E Ley de Hooke

eFl



Ley de Hooke: Proporcionalidad entre las acciones y las deformaciones.

s

e0

P

EF F

’

R

D’

D

a

a’

eFl

•Ensayo a tracción,cuasiestáticamente, en

máquina universal

z

ona de fluencia o de relajamiento

zona de robustecimiento o fortalecimiento

Límite de

proporcionalida

d

RoturaRotura aparente

–Módulo de elasticidad = a

–Módulo de endurecimiento = a

’

Zona de Trabajo



Película de protección

Soporte

Hilo de medida(adherido al soporte)

Terminales de conexión Afecta al hilo

F Y F

FX

(a) (b)

Galgas de hilo metálico



Galgas de película metálica

Película de protección

Soporte

Zonas más anchas parareducir el efecto de

tensiones transversales

Pad de conexiónSección

A Y

F Y F

FX

Sección Ax

(a) (b) R

X<<R

Y

AX>>A

Y

Y

Y Y

X

XX

Y

Y Y

EAFRK

EAFRK

EAFRKR



GALGA

Silicio

Pad de

conexión

Galgassemiconductoras

2

0 4 5 119

R dR e e × + × = ,

2

0 10 110

R dR e e × + × - =

– Material tipo p

– Material tipo n

Predominael efecto

piezorresistivo



Valores típicosMetálicas Semiconductoras

Margen medidae

Factor sensibilidad K

Resistencia R0 ( )

Tolerancia %

Temp. máximaPotencia máxima

Variación con T

0,1 a 40000 0,001 a 3000 1,8 a 2,35 50 a 200

120, 350, 600,1000 1000 a 5000

0,1 a 0,2 1 a 2120ºC 100ºC

Hasta 50e

/ºC Muy elevada

0,15 a 0,77W/cm2 250mW

De filamento De película

Metálicas Semiconductoras

Semic.

Terminales

Tiempo respuesta 1

s 1

s



Materiales para galgas

Materiales metálicos sensores

Material Características Aplicaciones

Constantán -Medidas estáticas

- No usar en aplicaciones extremas

- Selección compleja (pocos criterios)

- Material más usado y muy barato

- Autocompensación térmica sencilla

- Grandes elongaciones

(estado plástico de

deformación)

Isoelastic - Gran relación S/N

- Precisan control de temperatura

- Medidas dinámicas

- Medida de fatiga

Karma - Autocompensación térmica sencilla

- La soldadura de terminales es

compleja

- Medida a temperaturas bajas

- Medida con temperaturas

variables o no controladas

Aleación Pt - Coste alto - Medida a altas temperaturas



Materiales para el soporte

Material Características Aplicaciones

Poliamida - Es el soporte estándar

- No soporta condiciones extremas detrabajo

- Espesor habitual de 0,025mm

- Medidas estáticas

- Aplicaciones habituales

Epoxy - Minimiza el error introducido por el

soporte

- Instalación delicada

- Requiere mano de obra especializada

- Medidas precisas

Fibra de vidrio

reforzada con

epoxy

- Soporta temperaturas moderadas

- Soporta muy bien el trabajo a fatiga

- Medidas cíclicas y de

fatiga

Materiales para galgasMateriales para galgas



Características de las galgas

extensiométricas

Tipo GF TCR

(×10-6/K)

TCGF

(×10-

6

/K)

Deriva

Temporal

Metálica 2 10 100 Muy baja

Híbridas de capa

fina

3 a 20 50 300 Baja

Semiconductor

30 a 120

1500

2000

Media



Preparación de la medida

1º Abrasión de la superficie2º Limpieza cuidadosa

3º Neutralización (pH 7 a 7,5)

4º Alineación y pegado (adhesivos especiales)

Sustrato

Adhesivo

Galga

Terminales

Soldadura CableProtección



Marcas de alineación

F Y

F

FX

a

a

a

cos1

cosKFKFR

y

Utilización de las galgas

SENSIBLES A F Y

SENSIBLES A FX

(a) (b)

F Y

FX

2

Y

2

X FFF

a

a = arctg F

X

F Y



GALGA

PEGAMENTO

HILOS

SOLDADURA

MATERIAL PASIVO

Utilización de las galgas



Otras formas constructivas



Circuitos de medida

VAB

AB

R1 RG

R3

R2

E

21

2

G3

3

ABR R

R

R R

R Ev

E

2

ΔR R

1

4

ΔR vAB

E4

K εE

2

K ε1

1

4

K εvAB



Circuitos de medida

a

b

VAB

ABE

RR

VAB

AB

R

R3

E

RR

RR

RR

RR

RR

E2

k εvAB Ek εvAB

Sensibilidad creciente



Circuitos de medida

-9,38.10-11

-6,25.10-11

-3,12.10-11

0

-1,25.10-10 k=10k=50 k=2

8,75.10-8 1,75.10-7 2,62.10-7 3,5.10-7

error



E+

-

+

-

+-

Amplificador de instrumentación

Circuitos de medida



+10 V

5 V

160 RR

126

INA 118

Vo

-10 V

160 160

+10 V

LM136

Tensión

estable Amplificación

Circuitos de medida



Acondicionamiento

U

kR 1

R 1

kR 0

R 0 (1+x)

A U s

( ) ( ) x 1 k 1 k

x k U U s ×

×

×

( ) 2 s

1 k

x k U U

× × Si k+1>>x:

U

kR 1

R 1

kR 0

R 0 (1+x)

U s

R a R b

Puente con ajuste de cero

U

R 0

R 0

R 0

R 0 (1+x)

U s

R w

R w

R w

Medida a tres hilos



Acondicionamiento

R 0

R 0 R 0

R 0 (1+x)

U s

U

U

R 0

R 0

R 0

U s

a

b

c

d R 0

(1+x)

U

R 0

R 0

R 0

U s

a

b

c

d

Medida a cuatro hilos1er paso 2º paso

2 x

U U s ×



Acondicionamiento

UR0

R0

R0

R0(1+x)

Us

Compensa la Temp.

4 x U U s × »

U

R0

R0

R0(1+x)

Us

R0(1+x)

U

R0(1+x)

Us

R0(1+x) R0(1-x)

R0(1-x)

2 x

U U s × »

X U U s × =

Compensa la Temp.

Sometida a esfuerzo

F

F

Compensa la Temp.

F



• La utilización de los puentes de medida congalgas no es tan sencilla como pueda aparecer.Hay que tener en cuenta diversas circunstanciasque permitan hacer que la medida sea correcta.

– El equilibrio del puente que permite fijar su valor acero en un punto concreto de medida.

– La calibración del puente que permite obtener otropunto de la curva de medida y que permitirá fijar laganancia del sistema para que se ajuste a las

necesidades. – El cableado del sistema para reducir efectos no

deseados y llevar a cabo una medida correcta, ajena(en la medida de lo posible) a interferencias externas.

Circuitos de medida



VAB

E

A B

E

RG

RG

RG

GG RR

ACTUACIÓN DELSISTEMA

RSH

( )SH G

G

R R K R

e

Circuitos de medida



(a)

E B A

VAB

RC

RC

RR

(b)

EB

A

VAB

RC

RC

RR

RC

RC+ R + R

R+RC

Circuitos de medida



Consideraciones generales

• La alimentación del puente debe de ser muy estable

– Se emplean referencias estables de tensión

– Ej. LM399 (6,95V)

• No se debe de sobrepasar la zona elástica

•

Deben de evitarse esfuerzos perpendicales al plano de la galga• Adhesivos especiales

• Potencia máxima

• Autocalentamiento

• Es posible la alimentación del puente en corriente

•

La alimentación del puente puede realizarse en alterna

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