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Equipos de medida
• Características• Errores• Tipos de equipos de medida
– Mecánicos (*)
– Electricos
• Equipos de registro
Características de los equipos de medida
• Sensibilidad (∆ salida = K ∆ medida)• Rango• Resolución
• Precisión (accuracy)• Repetibilidad (precision)
• Linealidad• Histéresis
Características de los equipos de medida
• Sensibilidad (∆ salida = K ∆ medida)
Relació voltatge - desplaçament
y = -0,0003109877x + 1,8144589613
R2 = 0,9999971277
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Desplaçament (Micres)
Vol
tatg
e (V
olts
)
Características de los equipos de medida
• Rango
Rango de linealidad
Características de los equipos de medida
• Resolución
Características de los equipos de medida
• Precisión (accuracy)
Valor exacto
Valor medido y=x
error
Usualmente se mide como: (error máximo/ rango de medida) x100
Valor típico 0.1%
Características de los equipos de medida
• Repetibilidad (precision)
Voltatge corresponent a cada lectura per un desplaç ament de 5mm
0.2622
0.2623
0.2624
0.2625
0.2626
0.2627
0.2628
0.2629
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
Lectura nº
Vol
tatg
e (V
olts
)
Características de los equipos de medida
• Linealidad
No Linealitat de les dades
-0,005
-0,004
-0,003
-0,002
-0,001
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Desplaçament (Micres)
Vol
t. m
ig-
Cal
cula
t per
re
gres
sió
(Vol
ts)
Relació voltatge - desplaçament
y = -0,0003109877x + 1,8144589613
R2 = 0,9999971277
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Desplaçament (Micres)
Vol
tatg
e (V
olts
)
Características de los equipos de medida
• Histéresis
Histéresis
-0,001
-0,0005
0
0,0005
0,001
0,0015
0 2000 4000 6000 8000 10000
Desplaçament (Micres)
Dife
renc
ia d
e V
olta
tge
(Vol
ts)
Transmisión de los errores de medida
y = f(x) si el error de x es δδδδx; ¿Cuál es el error de y?
y+ δδδδy = f (x+ δδδδx) = f(x) + ( d f/dx) δδδδx +…
δδδδy = (df/dx ) δδδδx
Varias variables: y = f(x 1,x2….xn) δδδδy = (df/dx1) δδδδx1 + (df/dx2) δδδδx2 + …………..+ (df/dxn) δδδδxn
Producto: εεεεxy = x εεεεy + y εεεεx
Pero :Pero :Pero :Pero :
Restas: εεεεx-y = εεεεy + εεεεx ; Cociente: εεεεx/y = (y εεεεx + x εεεεy) / y2
Transmisión de los errores de medidaSi las medidas son independientes y aleatorias, la form ulación anterior esmuy pesimista. Es más razonable que si hay varias medidas , los erroresse puedan compensar. Si :
y = f(x 1,x2,x3,…….xn)
2
1..i
i n i
fy x
xδ δ
=
∂= ∂ ∑
Entonces:
Transmisión de los errores de medida
Ejemplo:
Se hacen “n” medidas de la altura de una muestra, cada una con una precisión ∆∆∆∆h,
El error del promedio será:
hh
n
∆∆ =
INSTRUMENTOS DE MEDIDA (I)
Mecánicos (lectura manual):
• Fuerza: anillos• Desplazamiento: comparador, Palmer, Pie de rey• Presión: manómetros• Presión intersticial: nivel de mercurio• Flujo de agua: agua + parafina• Deformación lateral: visual, mecánico• Pesos: balanzas
Medida de longitudes
Resolución :
Pie de rey = 0.1 mmPalmer = 0.01 mm
Medida de desplazamientos
Comparador:
Resolución = 1-10 micras
Medida de presiones
Manómetros mecánicos: clase 0.5 , clase 2
Medida de los cambios de volumen de agua
Resolución de la bureta: 0.05 mL
Medida de fuerzas
Anillo con comparador:rango = 1 MN
Medida de pesos
Balanzas:resolución = 0.0001 gresolución = 0.01 g
INSTRUMENTOS DE MEDIDA (II)
Eléctricos (lectura automatizable):
• Deformación: galgas extensométricas• Fuerza: células de carga• Presión: transductores• LVDT: desplazamiento, fuerza (anillo), cambio de
volumen• Desplazamiento: proxistores, efecto Hall, Laser• Temperatura: termopares, termoresistores• Succión: tensiómetros, psicrómetros
Galgas extensométricas
Sobre película plástica En célula de carga
Factor de galga (FG) : ∆∆∆∆R/R = ∆∆∆∆R/R∆∆∆∆L/L εεεε
LHilo de cobre/níquel : 1.9 a 2.1Hilo de hierro/níquel/cromo: 2.8 a 3.3Semiconductores: 50 a 200
B
AC
D
2 2AB DC DC
R FGV V V
R
ε∆= =
R
Célula de carga sumergible
Medida interna en triaxial: 10 MN
Insensible a los cambios de lapresión de cámara (hasta 1.7 MPa)
Células de carga
Célula para prensa: 50 MNMiniatura: 500 kNPara corte directo: 1 MN
Células de carga
Células de carga para tracción y compresión
Especificaciones típicas de una célula de carga
Anillo de un edómetro con medida de tensión latera l
Galgas extensométricas
Galga activa
Galga de compensación
10 mm
14 mm
6 mm
75º
Tóricas
70 mm
110 mm
Pared e=1.0 mm
75º
Galga activa
Galga de compensación
Alimentación y lectura del puente de Wheaston
Alimentación y lectura del puente de Wheaston
φint= 70 mm
φext= 110 mm
RARB
RCRD
Transductores de presión de fluido
En célula triaxial: 2 MPa
Transductores de presión de fluido
Transductores de presión de fluido
Tipo miniatura
Transductordiferencial de presión
Buretagraduada
Transductores de presión de fluido
Diferencial: para uso encambiador de volumen
Sensores de presión total
Anillos de goma para estanqueidad
b)
Piezas de ajuste
Transductores de desplazamiento (LVDT)
Transductores de desplazamiento (LVDT)
Rango: 15 + 15 mm Resolución: 5-10 micras
Transductores de desplazamiento (LVDT)
Miniatura: rango = 2.5 + 2.5 mm
Transductores de proximidad
Aceite desilicona
Flotador
Cilindrointerior
Transductor deproximidad
Transductores de proximidad
3 LVDThorizontal
2 LVDTvertical
1 LVDT - Deformación axial externa
4 TRANDUCTORES DE PRESIÓN Presión de cámara Presión de aires Presión de agua Presión de la cámara inferior
Transductor deproximidad
Célulade carga
Medida de cambio de diámetro y de volumen en probetas
Célula triaxial instrumentada
Medida de cambio de diámetro en probetas
Transductores de efecto Hall
Medida de deformación vertical
LVDT (εεεεa)
LVDT (εεεεa)
Láser(εεεεr)
Láser(εεεεr)
Medida de movimientos mediante láser
Instrumentación completa en célula triaxial “stress path”
Transductores de medida de temperatura
Termoresistor: Pt-100
Termopar
Medida de humedad relativa del aire
Psicrómetro de lectura manual (diferencias termomét ricas)
Esquema del sensor de un psicrómetro de transistore s.
Th Ts
SueloAGUA PURA
SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
• Analógico:Lectura y registro convencional.
• Digital: Conversión de la medida analógica en una información digital, útil para su registro y manipulación.
Equipos de registro analógico
Aguja
Equipos de registro analógico
Registrador 2X-t
Equipos de registro analógico
Osciloscopio
Equipos de registro digital
.
.
.
sensores
multiplexor Conversor analógicodigital
Ordenador
(00101001)41 V
41 V
Conversión anlógico / digital
3 bits
Resolución = Rango del conversor / (2 n de bits )= 10/23
= 1.25
Equipos de registro digital
Equipos de medida autónomos (data loggers) o bien c onplaca en PC (software apropiado)
Equipos de registro digital
Automatización de las medidas en un ensayo de Corte Directo
Sistema de adquisición de datos
Automatización de un ensayo en columna de infiltrac ión
Motor paso a paso
Acoplamientoelástico
Reguladortipo 10
Accionadores automáticos
Aplicación automatizada de presiones
Motores convencional y “paso a paso”
Sistema de adquisición de datos y de control de ensayos
Software desarrollado en “Visual Basic” para el control automático de un ensayo triaxial
Sistema de adquisición de datos y de control de ensayos
Software desarrollado en “Labview” para el control automático de una balanza
Equipo de ensayo automatizado
Equipo triaxial GDS totalmente automatizado:
Aplicación de las presiones con motores “paso a pas o”Presión máxima de cámara: 1.7 MNCarga vertical máxima: 20 MN