Conceptos básicos de las mediciones de galgas extensométricas

El medidor de tensión es una de las herramientas más útiles para medir con precisión la expansión o contracción de un material a medida que se aplican fuerzas. Las galgas extensométricas también son útiles para medir fuerzas aplicadas indirectamente si están alineadas de forma aproximadamente lineal con la deformación del material.

¿Qué son las galgas extensométricas?

Las galgas extensométricas son sensores cuya resistencia eléctrica varía en proporción a la cantidad de deformación (deformación de un material).

Una galga extensométrica ideal cambiaría su resistencia en proporción a la deformación longitudinal en la superficie a la que está conectado el sensor.

Sin embargo, existen otros factores que pueden afectar la resistencia, como la temperatura, las propiedades del material y el adhesivo que une el medidor al material.

Una galga extensométrica consiste en una rejilla paralela de alambre metálico muy fino o una hoja adherida a la superficie tensada por una fina capa aislada de epoxi. Cuando se tensa el material adherido, la tensión se transmite a través del adhesivo. La forma de la rejilla está diseñada en un patrón que proporciona el máximo cambio de resistencia por unidad de área.

Cómo seleccionar la galga extensométrica

Al seleccionar una galga extensométrica para una aplicación, las tres consideraciones principales son la temperatura de funcionamiento, la naturaleza de la deformación que se detectará y los requisitos de estabilidad.

Dado que un medidor de tensión se monta en una superficie tensa, es importante que el medidor se tense por igual con la superficie. El material adhesivo debe seleccionarse con cuidado para transmitir la tensión al sensor de manera confiable en un amplio rango de temperatura y otras condiciones.

El valor de resistencia de una galga extensométrica varía en función de la deformación aplicada de acuerdo con: cambio en R / R = S e donde R es la resistencia, e es la deformación y S es el factor de sensibilidad a la deformación. Para medidores de lámina metálica, el factor de sensibilidad a la deformación es de aproximadamente 2.

Los incrementos de deformación suelen ser inferiores a 0,005 pulgadas / pulgada y, a menudo, se expresan en unidades de micro deformaciones. De la fórmula, se ve que la resistencia de la galga extensométrica cambiará en cantidades muy pequeñas con la deformación dada, en el orden de 0.1%.

Luego se puede tomar una lectura de voltaje de esta resistencia en términos de milivoltios por voltio (mV / V) para proporcionar el valor de medición de la deformación.

La relación de Poisson es una medida del adelgazamiento y elongación que se produce en el material a medida que se tensa. Si se aplica una fuerza de tracción a un cable resistivo, por ejemplo, el cable se volverá un poco más largo y al mismo tiempo se volverá más delgado. Esta relación de estas dos cepas es la relación de Poisson.

Este es el principio básico detrás de las mediciones de galgas extensométricas, ya que la resistencia del cable aumentaría proporcionalmente debido al efecto Poisson.

Cómo medir la salida de la galga extensométrica con precisión

Para medir con precisión un pequeño cambio en la resistencia, las galgas extensométricas casi siempre se encuentran en una configuración de puente con una fuente de excitación de voltaje.

El puente de Wheatstone se usa comúnmente como se muestra en el diagrama. El puente está equilibrado cuando las relaciones de resistencia son iguales en ambos lados, o R1 / R2 = R4 / R3. Evidentemente, el voltaje de salida es cero en esta condición.

A medida que cambia la resistencia de la galga extensométrica (Rg), el voltaje de salida (Vout) cambia en unos pocos milivoltios, y este voltaje luego se amplifica mediante un amplificador diferencial para devolver un valor legible.

Este circuito de Wheatstone también es adecuado para la compensación de temperatura; casi puede eliminar los efectos de la temperatura. A veces, el material del medidor está diseñado para compensar la expansión térmica, pero esto no elimina totalmente la sensibilidad térmica.

Para lograr una mejor compensación térmica, una resistencia como R3 podría reemplazarse por una galga extensométrica similar. Esto tendería a anular los efectos de la temperatura.

De hecho, las cuatro resistencias podrían reemplazarse por sensores de galgas extensométricas para una máxima estabilidad de temperatura. Dos de ellos (R1 y R3) se pueden configurar para medir la compresión, mientras que los otros dos (R2 y R4) se configuran para medir la tensión.

Esto no solo compensará la temperatura, sino que también aumentará la sensibilidad en un factor de cuatro.Las galgas extensométricas con elementos de resistencia eléctrica son, con mucho, el tipo más común de sensor para medir la deformación, ya que poseen las ventajas de un menor costo, también como bien establecido.

Están disponibles en tamaños pequeños y solo se ven afectados moderadamente por los cambios de temperatura, logrando simultáneamente un error de menos de +/- 0.10%. Las galgas extensométricas de resistencia adherida también son muy sensibles y se pueden utilizar para medir la deformación tanto estática como dinámica.

Sin embargo, existen otros tipos disponibles para ciertas aplicaciones, como piezorresistivas, resistentes al carbono, semiconductoras, acústicas, ópticas e inductivas.

Incluso hay sensores de galgas extensométricas basados ​​en un circuito de condensadores.