Edward E. Simmons y Arthur C. Ruge inventaron una galga extensométrica en 1938. Esta invención condujo a la medición de una cantidad significativa de tensión en varias estructuras. Un medidor de tensión es un tipo de sensor se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones para medir la tensión de un objeto. Es una herramienta geotécnica esencial que determina la deformación en una variedad de estructuras como túneles, cavidades subterráneas, edificios, puentes, hormigones, presas de mampostería, empotramiento en suelo / hormigón, etc. Aquí está todo lo que un lector puede saber sobre la galga extensométrica incluyendo principio de funcionamiento, características y aplicaciones.
¿Qué es una galga extensométrica?
Definición: Un medidor de tensión es uno de los dispositivos imperativos utilizados en el campo de la ingeniería geotécnica para medir la tensión en diversas estructuras. Al aplicar una fuerza externa, se produciría un cambio en la resistencia de una galga extensométrica.
medidor de tensión
La construcción básica de un medidor tiene un respaldo flexible aislante para soportar una estructura de lámina metálica. Esta bobina metálica está pegada a un soporte delgado llamado transportador, y toda la configuración se fija a un objeto con un adhesivo adecuado. A medida que el objeto se deforma debido a la fuerza, presión, peso, tensión, etc., el resistencia eléctrica de cambios de lámina. A puente de Wheatstone mide el cambio en resistividad, que está relacionado con la deformación a través de una cantidad conocida como factor de medición.
diagrama de muestra de galgas extensiométricas
Los pequeños cambios en la resistencia de un medidor se miden utilizando el concepto de puente de Wheatstone. La siguiente figura ilustra el puente de Wheatstone general, que tiene cuatro brazos resistivos y un voltaje de excitación, VEX.
Puente de Wheatstone
El puente de Wheatstone tiene dos paralelos divisor de voltaje circuitos. R1 y R2 forman un circuito divisor de voltaje, R3 y R4 forman un segundo circuito divisor de voltaje. La tensión de salida VO viene dada por:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VEX
Si R1 / R2 = R4 / R3, entonces el voltaje de salida es cero y se dice que el puente es un puente balanceado.
Un pequeño cambio en la resistencia conduce a un voltaje de salida distinto de cero. Si 'R4' se reemplaza con una galga extensométrica y cualquier cambio en la resistencia de la galga extensométrica desequilibrará el puente y producirá un voltaje distinto de cero.
Factor de calibre de la galga extensométrica
El factor de calibre GF se da como
GF = (∆R⁄RG) / ∈
Dónde,
'ΔR' es el cambio en la resistencia debido a la tensión
'RG' es la resistencia del calibre deformado
'Ε' es la cepa
El factor de calibre de las láminas metálicas comunes es de alrededor de 2. El voltaje del sensor de salida SV de un puente de Wheatstone viene dado por,
SV = EV (GF.∈) / 4
Donde EV es el voltaje de excitación del puente
Trabajo con extensímetro
El funcionamiento de una galga extensométrica depende completamente de la resistividad eléctrica de un objeto / conductor. Cuando un objeto se estira dentro de sus límites de elasticidad y no se rompe o dobla permanentemente, se vuelve más delgado y más largo, lo que resulta en una alta resistencia eléctrica. Si un objeto se comprime y no se deforma, pero se ensancha y acorta, se reduce la resistencia eléctrica. Los valores obtenidos después de medir la resistencia eléctrica de un medidor ayudan a comprender la cantidad de estrés inducido.
El voltaje de excitación se aplica en los terminales de entrada de una red de calibre, mientras que la salida se lee en los terminales de salida. Normalmente, estos están conectados a una carga y es probable que permanezcan estables durante períodos más largos, a veces décadas. El pegamento utilizado para los medidores depende de la duración del sistema de medición: el pegamento de cianoacrilato es adecuado para mediciones a corto plazo y el pegamento epoxi para mediciones a largo plazo.
Principio de funcionamiento de la galga extensométrica
Como sabemos, la resistencia depende directamente de la longitud y el área de la sección transversal de un conductor, que viene dada por R = L / A
Dónde,
'R' = Resistencia
'L' = Longitud
'A' = área de la sección transversal
Claramente, la longitud de un conductor se altera con el cambio en el tamaño y la forma de un conductor, alterando eventualmente el área de la sección transversal y la resistencia.
Cualquier calibre normal tiene una tira conductora que es larga y delgada, colocada en forma de zig-zag de líneas paralelas. El propósito de esta alineación en zig-zag es desarrollar con mucha precisión la pequeña cantidad de tensión que se produce entre las líneas paralelas. El estrés se define como la fuerza de resistencia de un objeto.
Rosetas de galgas extensométricas
Dos o más medidores colocados cerca en una estructura en forma de roseta para medir la cantidad de componentes para evaluar la tensión precisa en la superficie se conocen como rosetas de galgas extensométricas. La ilustración se muestra en la siguiente figura.
rosetas extensométricas
Células de carga de galgas extensométricas
Estas células de carga se encuentran más comúnmente en aplicaciones industriales. Es muy preciso y económico. Básicamente, una celda de carga consiste en un cuerpo metálico en el que se fijan galgas extensométricas. Para que el cuerpo de metal sea resistente y menos elástico, se emplean para diseñar acero aleado, aluminio o acero inoxidable.
Cuando se aplica una fuerza externa sobre una celda de carga, la celda de carga se deforma ligeramente y, si no se sobrecarga, vuelve a su forma original.
Si la celda de carga se deforma, el medidor cambia de forma, provocando el cambio en la resistencia eléctrica del medidor, que a su vez mide el voltaje.
Hay tipos comunes de celdas de carga de galgas extensométricas, que incluyen vigas de flexión, panqueques, celdas de carga de vigas de corte de un solo punto, vigas de corte de doble extremo, abrazaderas para cables de acero, etc.
Características de las galgas extensométricas
Las características importantes de las galgas extensométricas son:
- Estos son apropiados para períodos más largos con ciertas precauciones.
- Proporcionan valores precisos con cambio de temperatura y otros factores.
- Estos son fáciles de fabricar debido a componentes simples.
- Son fáciles de mantener y tienen una larga vida útil.
- Está totalmente encapsulado para protegerlo de daños como el manejo y la instalación.
Aplicaciones de la galga extensométrica
Las características excepcionales permiten que estos medidores se utilicen en el campo de la ingeniería geotécnica para monitorear estructuras como presas, túneles, etc. constantemente y evitar accidentes con mucha anticipación. Algunas de las aplicaciones de las galgas extensométricas incluyen:
- Monitoreo ferroviario
- Puentes de cables
- Aeroespacial
- Plantas de energía nuclear
Preguntas frecuentes
1). ¿Cuál es la sensibilidad del medidor de tensión?
La tensión de flujo difiere con respecto a la tasa de deformación. Además, la tasa de deformación depende del tamaño de grano de un objeto o material de trabajo. Se define como la relación entre el cambio en la tensión de flujo y el cambio en la deformación.
2). ¿Cuál es la unidad de deformación?
La cepa es una cantidad adimensional. Sin embargo, la tasa de deformación es recíproca del tiempo y la unidad SI es recíproca de los segundos (s-1).
3). ¿Cómo elijo una galga extensométrica?
Esto se selecciona en función del tipo de aplicaciones y otros elementos relacionados. Tal como -
- Basado en la longitud y la resistencia del calibre
- Basado en el costo de ahorro de mano de obra
- Basado en material y entorno de medición
4). ¿Por qué se utiliza el puente de Wheatstone para galgas extensométricas?
El puente de Wheatstone es capaz de medir voltajes de salida en términos de milivoltios. Para una galga extensométrica adherida, se puede medir un cambio en la resistencia cuando se conecta a un circuito eléctrico (puente de Wheatstone) que mide el cambio mínimo en la resistencia. A medida que el voltaje de salida en el puente de Wheatstone se vuelve distinto de cero, el circuito pierde su equilibrio y ayuda a determinar la tensión en el objeto.
5). ¿Cómo se instalan galgas extensométricas?
Estos son los pasos para instalar un medidor de tensión
Por lo tanto, un descripción detallada de la galga extensométrica , el principio de funcionamiento, el factor de calibre, las características y las aplicaciones se proporcionan en este artículo. Además de esto, la correlación de imágenes digitales (DIC) es una técnica empleada hoy en día para medir la deformación. Se utiliza en muchas industrias debido a su precisión y como reemplazo de los tipos convencionales de sensores como acelerómetros, ollas de hilo, LVDT y muchos más. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la función principal del medidor de tensión?
