Galgas_Extensiometricas

8/3/2019 Galgas_Extensiometricas

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Galgas Extensiométricas

Andrés Merello

Nicolás Antoniello

Facultad de Ingeniería - Universidad de la República

Medidas Eléctricas



Principio de funcionamiento

Las galgas extensiométricas son transductores diseñados para medir el esfuerzos sobre un material, traduciendo lasfuerzas aplicadas sobre ella en una variación deresistencia según la elongación o compresión a que estásiendo sometida.

Así, utilizando el circuito adecuado, se logra medir estasdeformaciones.



Instalación sobre el material

La instalación de las mismas debe efectuarsecuidadosamente, teniendo en cuenta el sentido en que lasfuerzas serán aplicadas, a fin de maximizar lasensibilidad.

Se utilizan pegamentos especiales para asegurar que lamisma sea solidaria al material y se deformen a la par.



Siendo D es la dimensión de la sección y C una constante (D = r y C = π para unasección circular).Derivando, obtenemos la ecuación

Característica

La resistencia eléctrica R de un alambre metálico de resistividad ρ, longitud l yárea de la sección A viene dada por la ecuación

Diferenciando obtenemos

Para un Área en general tenemos



Característica

La deformación longitudinal puede expresarse en forma diferencial de lasiguiente manera

Y la transversal

Cuando el material se estira longitudinalmente su sección puede reducirse. Esteefecto viene dado por la relación de Poisson

Combinando entonces los resultados anteriores, obtenemos



Característica

Finalmente, podemos expresar la variación de resistencia por unidad de resistencia como

Ahora definimos el denominado Factor de Galga (K) como una medida de la sensibilidad delmaterial de la forma

Donde podemos escribir K como

Siendo el término Una medida de los cambios en la resistividad del materialdebido a las tensión aplicada

Entonces, si suponemos que la resistividad no varíasignificativamente obtenemos



Característica

Aquí se presentan diferentesvalores de K, para distintos

materiales y aleacionescomúnmente utilizados



Medidas utilizando el Puente deWheatstone

Donde en el equilibrio tenemos



Quarter Bridge

Se obtiene reemplazando una de las

resistencias del puente (R3) por una galgaextensiométrica

Reemplazando R3 por R3 + ∆R se obtiene

Tomando R1=R2=R3=R4=R y despreciando ∆R en el denominador, obtenemos



Half Bridge

Se obtiene reemplazando dos de las

resistencias del puente (R3 y R4) por dosgalgas extensiométricas

Las galgas no deben colocarse sobre el material de cualquier manera, sino que debelograrse el efecto de que cuando una se estirare la otra se comprima, para generar un

desbalance en el puente.En la siguiente imagen vemos una forma de colocarlas, en caso de querer medir elesfuerzo sobre una barra a la cual se le aplica una fuerza vertical, como se indica



Half Bridge

Tomando nuevamente R1=R2=R obtenemos



Full Bridge

Se obtiene reemplazando todas lasresistencias del puente por galgas

extensiométricas

Procediendo de igual manera que en loscasos anteriores, se obtiene

Observando los resultado para las tres configuraciones,

observamos que esta última es la que nos da una mayor

sensibilidad.



Algunos factores que afectan lasmedidas

Temperatura

Resistencia de los

conductores que

conectan las galgas



Influencia de la temperatura en la medida

Para Half Bride tenemos lo siguiente

Suponiendo todas las resistencia iguales y despreciando la variacionde R con la temperatura, en comparación con el valor de R se obtiene

El caso de Full Bridge es análogo, obteniéndose también una compensación automática

del efecto de la temperatura



Influencia de la temperatura en la medida

El caso de Quarter Bridge, analizando el circuito se

puede ver claramente que los efectos de latemperatura NO serán compensados

automáticamente.

Un mecanismo para resolver este problema y compensar los efectos de la temperatura, deforma tal que su influencia en la medida sea la menor posible, es utilizando unaconfiguración como la que se presenta a continuación, donde únicamente una de las galgasesta activa y la otra se utiliza únicamente para compensar los efectos de la temperatura(galga dummy).



Efecto de la resistencia de los conductores

Otro factor que afecta la medida es la resistencia de los conductores que conectan con la

galga (dado que dichas resistencias quedarán en serie con la resistencia de la galga). Paracompensar este efecto, a fin de minimizar la influencia en la medida, se propone el métodode cableado de 3 hilos.

Al utilizar los 3 hilos, observamos que la resistencia de los cables se agrega de igual forma

en ambos lados del divisor resistivo de la rama del puente que contiene la galga, por lo queel efecto se compensa.



Efecto de la resistencia de los conductores

Podemos proceder de igual forma en el caso de la configuración Half Bridge

Donde también se compensa el efecto de la resistencia de los conductores de las galgas.

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