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Calibración estática y dinámica de uninstrumento de medición de Fuerza

Universidad de Los AndesFundamentos de experimentación

30 de abril de 201

 !oel "ateo #obles Atuesta $2011%&%3'

Objetivos:

• Construir una celda de car(a)• Familiarizar al estudiante con uno de los m*todos de medición de

es+uerzos y de+ormaciones a trav*s del uso de de+ormimetros)• "edir +uerzas con una Celda de Car(a)• Familiarizar al estudiante con la calibración estática y determinar los

parámetros dinámicos de instrumentos)

Introducción:

,ara todo in(eniero es importante realizar o conocer la calibración de cadainstrumento -ue utiliza debido a -ue incluso los me.ores instrumentos sedesv/an y pierden su capacidad para dar medidas precisas)

Una mala calibración podr/a traer consi(o consecuencias (raves desde elpunto de vida nanciero asta el costo de una o más vidas umanas)

,ara poner en práctica la calibración de instrumentos se planteó el si(uienteexperimento en el -ue se debió construir un elemento de medición de +uerzasy realizar su respectiva calibración)

Equipos:

  ,latina de aluminio # 14% $5spesor6 317 mm Anco6 140 mmLon(itud aproximada6 220 mm'

  8e+ormimetro C5A 9 13 9 2%0U: ;120 

Amplicador de se<al para de+ormimetros $#esolución6 1=m'  >sciloscopio

?alanza $#esolución 01 ('

Procedimiento:

5n primera instancia se procede a tratar la lámina para realizar una correcta.ación del de+ormimetro para esto se necesitaron 2 li.as primero se li.a conuna de calibre 1000 para -uitar las asperezas más notables del aluminio lue(ose li.ó con una calibre &00 asta -ue ten(a una apariencia de espe.o y por@ltimo se utilizó a(ua y .abón y con la ayuda de otra li.a se(uido de esto conla ayuda de un papel y alcool se li.a el aluminio lon(itudinalmente para de.ara@n más suave la supercie del aluminio) erminado este proceso se procede amarcar con una cruz la zona en la cual va a ser aderido el de+ormimetro y conla ayuda de una cinta y varios intentos se ubica el lu(ar exacto en el -ue debeir este con la ubicación denida y la ayuda de un pe(ante se .a elde+ormimetro a la lámina eliminando cual-uier exceso del pe(ante y .ándose

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de -ue las marcas del de+ormimetro coincidan con las de lalámina terminado este proceso se .a 2 cables de cobre acada salida del de+ormimetro y lue(o se a/slan estas concinta)

Con la celda de car(a debidamente preparada se realizauna calibración dinámica para ello se procede a .arla auna mesa y a realizar sobre ella una pe-ue<a excitación

para obtener as/ una (ráca Bráca 1 por medio delosciloscopio y con ayuda de esta determinar su +recuencianatural y su coeciente de amorti(uamiento)

De(uido de esto se procede a realizar una calibración estática de la celda conla ayuda de pesas identicadas con un n@mero cada una abla 1 y un soportepara ellas)

E@mero ,eso $('1 02 1022

3 20%&% 20%& 0%%& 10207 1022& 1022

 abla 16 Calibración de masas)

Lue(o se procedió a realizar la car(a y descar(a de las combinaciones entreestas pesas a la celda de car(a con el n de determinar la de+ormacióncausada en el de+ormimetroG esto con ayuda de la ca.a de de+ormaciones -ue

en su interior tiene una serie de resistencias -ue están denidas en la5cuación 1 y representadas en la Fi(ura 1 esto con el n de calcular demanera precisa el cambio en la resistencia del de+ormimetro y a su vez lade+ormación)

 R1

 R3

= R2

 R4

5cuación 16 #esistencias de la ca.a dede+ormaciones)

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  Ca.a de de+ormaciones

Fi(ura 16 Circuito interno de a ca.a de de+ormaciones)

  8onde  R1  5s la resistencia del de+ormimetro)

Con la ayuda de estos datos se procedió a realizar la respectiva curva decalibración de la celda de car(a Braca 2)

A continuación se presenta la +oto del monta.e y las tablas con sus respectivas(rácas obtenidas de los datos de estas)

 R

 R R

 R

;

H

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Braca 16 Braca dada por el osciloscopio)

"edición "asa $(' 8e+ormación$=m'1 122 172 30& 3203 &0&& 44% 413& 122 1%&%& 2%7 2%&07 3270 31%7 %1312 %00

4 3270 30010 2%7 2%1011 122 1%%&12 413& 7213 &0&& &071% 30& 3271 122 1&

 abla 26 8atos de la calibración estática)

,esas

CeldadeCar(a

>sciloscopio

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0 00 1000 100 2000 200 3000 300 %000 %000

00

1000

100

2000

200

3000

300

%000

%00

+$x' I 0)4&x H 1)#J I 1

Celda de Car(a

"asa $('

8e+ormación $=m'

Bráca 26 Curva de calibración celda de car(a)

,ara la determinación del coeciente de amorti(uamiento de la celda de car(a+ue necesario utilizar la si(uiente ecuación y a partir de ella despe.ar b paraencontrar el coeciente)

 y (t )= Ae −bt 2m

 cos (ωt +∅ )

8onde6

• A6 Amplitud "áxima)• b: coefciente de amortiguamiento)• K6 elocidad An(ular)

•  ∅ 6 8es+ase)

•  m 6 "asa del Distema)

•   t  6 iempo)

8espe.e de b6

b=ln( y (t ) A )(2m

−t  )

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b=ln( 1620 )( 2(0,035)−200 )

b=9,78 x10−5 kg

s

,or @ltimo para calcular la +recuencia natural de la celda de car(a es necesarioutilizar la si(uiente ecuación)

 y=( k 1

l )2

(   12π )√  EI 

 ρS L4

8onde6

•  y

6 Frecuencia Eatural)•

  k 1 6 Factor dependiente de la modalidad de vibración)

•  I  6 Lon(itud de la lámina al vac/o)

•  E 6 "ódulo de elasticidad)

•  I  6 "omento de inercia transversal)

•  ρ 6 8ensidad del aluminio)

•  S 6 Mrea transversal)

•  L 6 Lon(itud de la lámina $m')

 y=(1,875 )2(   12π  )√  (70000000000)(5,056 x10

−11)

(2698,4)(0,019∗0,0031)(0,205)4

 y=62,06 Hz

Análisis de Resultados:

Con la aplicación de las ecuaciones anteriores se determinó -ue para la celdade car(a utilizada en este experimento)

• 5l momento de inercia para el área de la lámina es de &035;0)• La +recuencia natural obtenida a partir de las medidas y caracter/sticas

de la lámina es de &20& Nz)

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• Du coeciente de amorti(uamiento se(@n los datos obtenidos con la

calibración dinámica es de   9,78 x10−5 kg

s