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GALGA EXTENSIOMETRICA

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE.

Facultad de Ingeniería. Curso de Instrumentación.

Presentado por: Diana C. Meneses Muñoz. Jaime Muñoz Mayorquín.

CONTENIDO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

–Relación de Poisson. –Coeficiente de Poisson. –Factor de Galga. –Otros.

2. CLASIFICACIÓN. 3. TIPOS.

–Galgas Metálicas. –Galgas por resistencia. –Galgas por capacitancia. –Galgas foto-eléctricas. –Galgas semiconductoras

4. TIPOS DE CELDAS DE CARGA.

–FLEXION DE VIGA.

–VIGA EN S.

–COMPRESION.

–TENSION Y COMPRESION. 5. MATERIALES PARA SOPORTE DE CELDAS DE CARGA.

6. NORMATIVIDAD APLICADA

7. MONTAJES DE MEDIDA.

8. APLICACIONES INDUSTRIALES

9. EJERCICIOS PROPUESTOS.

10.BIBLIOGRAFÍA.


Principio de funcionamiento.

• Es un transductor diseñado para medir esfuerzos sobre un material, traduciendo las fuerzas aplicadas en una variación de resistencia.


(𝜺) 𝒙 𝟏𝟎−𝟔 𝜺 =∆𝑳

𝑳 𝜺= Deformación


• Corresponde a la razón entre la elongación longitudinal y a la deformación transversal en un ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de Poisson puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad longitudinal y transversal:

Relación De Poisson

Tabla Coeficientes de Poisson

Material Coeficiente (ν)

Aceros, aleaciones bajas 0.3

Aceros, aleaciones altas 0.3

Aluminio y sus aleaciones 0.33

Babbit, metal blanco con base de estaño

--

Bronce fosforoso 0.33

Bronce Poroso 0.22

Hierro fundido 0.26

Cobre 0.33

Latones 0.33

El coeficiente de Poisson relaciona el Modulo de Young (E) con Esfuerzo (𝝈).

– Modulo de Young (E): es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.

– Esfuerzo (𝝈): es lo que de denomina como la fuerza por unidad de área.

– Deformación (ɛ): La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.


Coeficiente De Poisson

Teniendo en cuenta las definiciones anteriores y la relación de cada una, encontramos que Esfuerzo (𝝈) es:

𝝈 =𝑭

𝑨

Y Coeficiente de Poisson, denotado como (ν) es:

𝝂 =𝜟𝑳

𝑳=

𝝈

𝑬


Coeficiente De Poisson (cont.)

Factor de Galga (G) Es conocido como el parámetro que define la sensibilidad de una galga y esta representado matemáticamente como el cociente entre el cambio fraccional de la resistencia eléctrica y la tensión ɛ.

El factor de galga al igual que la tensión ɛ es adimensional.

𝐺 = Δ𝑅

𝑅Δ𝐿

𝐿

= Δ𝑅

𝑅

𝜀

ɛ = Deformación Unitaria (def. en Poisson)


Sensibilidad a la deformacion (G) de aleaciones comunes utilizadas en Galgas Extensiometricas.

Material Composicion (%) G

Advance o Constantan 45 Ni. 55 Cu. 2.1

Nichrome ν 80 Ni. 20 Cr. 2.2

Isoelastic / Karma 36 Ni. 8 Cr. 0.5 Mo. 55.5 Fe./ 74

Ni. 20 Cr. 10 Al. 3.6 / 2.0

Armour D 70 Fe. 20 Cr. 10 Al. 2.0

Alloy 479 92 Pt. 8 W. 4.1


Factor de Galga (G) (cont.)

El factor de galga típico para una galga Extensiométrica metálica es de aproximadamente 2.

Otros •La resistencia de la galga es la misma resistencia del hilo, y esta dada por la ecuación :

𝑹 = 𝝆𝑳

𝑨

la resistencia eléctrica del hilo es directamente proporcional a su longitud, o lo que es lo mismo, su resistencia aumenta cuando éste se alarga.

•Las deformaciones que se producen en el objeto, en el cual esta adherida la galga, provocan una variación de la longitud y por consiguiente una variación de la resistencia.

𝜟𝑹 = 𝝆𝜟𝑳

𝑨


Otros

•El funcionamiento de las galgas también se basa en la deformación de elementos semiconductores.

𝚫𝑹 =𝚫𝝆

𝚫𝑨


Clasificación de la Galga Extensiométrica.


• Galgas Metálicas

Constituidas por una base muy delgada y fina, a la cual se le adhiere un hilo muy fino metálico, puede ser bobinado o plegable, al final las 2 terminales en las que acaba el hilo se une a los transductores.

Características:

Bajo coeficiente de temperatura.

Corriente máxima entre 5mA y 25 mA.

Tamaños entre 0.4mm y 150mm.

Resistencia variable entre 120Ω y 5000Ω

Tolerancia a la resistencia en un rango de 0.1% y 0.2%.

La resistencia eléctrica de la galga metálica esta dado por la relación entre la resistividad y la longitud respecto al área transversal.


Tipos

• Galgas metálicas

– Hilo Metálico: Están adheridas a una base con medidas constantes, presentan errores cuando existen estados tensionales y son las mas sencillas. Están compuestas por una película de protección, un soporte, un hilo de medida y las terminales de conexión.


Tipos


– Película Metálica: Se desarrollan por el medio de creación de placas utilizando fotografías, llamado el método de fotograbado. Se conforman por una película de protección, un soporte, un pad de conexión y de zonas anchas para reducir el efecto de tensiones transversales.


Tipos


– Metal depositado: Son aplicadas directamente sobre la superficie mediante dos métodos la evaporización o el bombardeo químico.

Las principales aleaciones que usan las galgas metálicas son:

– Hierro y Cobre.

– Platina y silicialista

– Constantán: es una aleación de cobre y nickel.


Tipos

• Galgas por resistencia

Es un conductor eléctrico que al ser deformado aumenta su resistencia puesto que los conductores se vuelven más largos y finos.

Mediante el puente de Wheatstone, podemos convertir esta resistencia, en voltaje absoluto y mientras la deformación cumpla la Ley de Hooke, entonces la deformación y el voltaje absoluto estarán linealmente relacionados por medio de un factor llamado factor de galga.


Tipos

• Galgas por capacitancia

Están asociados a características geométricas, son usadas para medir esfuerzos y deformación. Las propiedades eléctricas de los materiales usados para deformación tiene propiedades eléctricas despreciables, por lo cual los materiales de las galgas de capacitancia pueden ser calibrados según los requerimientos mecánicos. Esto les permite tener mejores calibraciones respecto de las de tipo eléctrico.


Tipos

• Galgas foto-eléctricas

Con el uso de un extensómetro podemos amplificar el movimiento del espécimen, mientras un rayo de luz es pasado a través de una abertura variable, actuando con el extensómetro y directamente con una Célula fotoeléctrica.

A medida que la galga cambia su abertura también lo hace la cantidad de luz que alcanza a la célula, esto conlleva a que la intensidad de la energía generada por la celda presente una variación, la cual podemos medir.


Tipos

• Galgas semiconductoras

En las galgas semiconductoras hay un elemento semiconductor en vez del hilo metálico.

Características:

– Son de tamaño mucho mas reducido entre los 1mm y 5mm.

– Potencia máxima disipable aprox. 250mW.

– Soportan alta resistencia entre un rango de 1000Ω a 5000Ω.

– Su tolerancia a la resistencia esta entre 1% y 2%.

– Tiempo de vida prolongado y menos histéresis.


Tipos

Tipos de celda de carga: Flexión de viga


Tipo de celda Rango de

salida Voltaje de excitación

Rango de sobrecarga

Resistencia del puente

Balanceo de cero

Repetibilidad Deflexion a

maxima capacidad

Histeresis

Flexion de Viga 3.0 ± 0.09

mV/V 10 Vdc

150 % de la capacidad.

350 Ω <2.0 % del rango de

salida.

<0.01 % del rango de

capacidad. 0.014"


capacidad.

Tiene aplicaciones como balanzas de plataforma de bajo perfil, sistema de pesaje para tanques y silos y otras aplicaciones en control de procesos industriales. Su diseño permite la perfecta adaptación con accesorios de montaje especiales y es además resistente a altas temperaturas que no alteran el grado de precisión.

Baja a mediana capacidad

Resistente a cargas excéntricas Fabricación hermética, a prueba de agua. 100% de acero inoxidable - resistentes a la corrosión


Celdas de carga: Viga de Flexión


Aplicación industrial Viga de Flexión

Instalación de Celda de carga CARDINAL (USA) Mod. SB en un accesorio especial para tanques y silos.



Rango de sobrecarga


Balanceo de cero


maxima capacidad

Histeresis

Viga en S 3 ± 0.0075

mV/V 10 Vdc

150 % de la capacidad.

350 ± 10 Ω ± 1 % del rango

de salida.


capacidad. 0.020"

± 0.02 % del rango de

capacidad.


Tipos de celda de carga: Viga en S

Celda de carga tipo S para medición de fuerzas de tracción y compresión. Sus aplicaciones son en conversión de balanzas mecánicas, tanque, caja y deposito de alimentación para pesaje, basculas camioneras y conversión, medidas de tensión / condensación.


Celda de carga: Viga en S


Aplicación industrial Viga en S

soporte de montaje.



Rango de sobrecarga


Balanceo de cero


maxima capacidad

Histeresis

Compresion 2 mV/V 10 Vdc 150 % de la capacidad.

350 Ω ± 2 % del rango

de salida.

< 0.10 % del rango de

capacidad. 0.003"


capacidad.


Tipos de celda de carga: Compresión

Celda de carga para medición de fuerzas de compresión. Para instalación en tanques y tolvas; aplicaciones de media y alta capacidad


Celdas de carga: Compresión



Rango de sobrecarga


Balanceo de cero


maxima capacidad

Histeresis

Tensión y Compresión

2 mV/V 10 Vdc 150 % de la capacidad.

350 Ω ± 2 % del rango

de salida.


capacidad. --


capacidad.


Tipos de celda de carga: Tensión y compresión

Para medir tensión y compresión con celdas de carga hay gran variedad dependiendo de la capacidad y la aplicación.

Tipos de celda de carga: Tensión y compresión (cont.)


Celdas de carga tipo S para medir fuerza a tensión y compresión – Capacidad: desde 45 g hasta 20,000 kg – Aplicaciones: pesaje con una o varias celdas a tensión (colgante),

pesaje de tolvas, medición de fuerza en prensas y máquinas universales de prueba (baja capacidad) , ensacadoras, etc.

Celdas de carga tipo dona para medir fuerza a tensión y compresión

– Capacidad: desde 1,000 kg hasta 100,000 kg (a) y desde 150 kg hasta 50,000 kg (b)

– Aplicaciones: pruebas de materiales a tensión y compresión, verificación y calibración de fuerza en prensas y máquinas universales de pruebas. (a y b)

a) Celda de carga tipo dona. b) Celda de carga tipo dona.





Celda de carga miniatura para medir fuerza a tensión y compresión

– Capacidad: desde 2.5 kg hasta 5,000 kg.

– Aplicaciones: pruebas de materiales a tensión y compresión, monitoreo de fuerza durante ensambles de baja capacidad.



Celda de carga tipo barra para medir fuerza a tensión y compresión. – Capacidad: desde 10,000 kg hasta 25,000 kg. – Aplicaciones: pruebas de materiales a tensión y compresión,

monitoreo de fuerza durante ensambles.

Celdas de carga tipo huasa para medir fuerza a tensión y compresión

– Capacidad: desde 500 kg hasta 300,000 kg

– Aplicaciones: medición de fuerza en cables de grúas, tensión en cables, fuerza de compresión en prensas, etc.



Materiales Para el soporte


Materiales para el soporte

Material Caracteristicas Aplicaciones

Poliamida

-Es el soporte estándar. -No soporta condiciones

extremas de trabajo. - Espesor habitual de

G32mm.H28

-Medidas estáticas. -Aplicaciones habituales.

Epoxi

-Minimiza el error introducido por el soporte.

-Instalación delicada. - Requiere mano de obra

especializada.

-Medidas precisas.

Fibra de vidrio reforzada con epoxi

-Soporta temperaturas moderadas.

-Soporta muy bien el trabajo a fatiga.

-Medidas cíclicas y de fatiga.

Normatividad Aplicada De acuerdo a la norma “NTC 2731 Instrumentos de Pesaje, Requisitos Metrológicos y Técnicos”, los instrumentos de pesaje se clasifican en:


Para cargas m expresadas en divisiones de verificación e

Errores máximos permisibles en

verificación inicial Clase Ο Clase Φ Clase Ο Clase

± 0.5 e 0m 50 000 0 m 5 000 0 m 500 0 m 50

± 1 e 50 000 m 200 000 5 000 m 20 000 500 m 2 000 50 m 200

± 1.5 e 200 000 m 20 000 m 100 000 2000 m 10 000 200 m 1000

Diseño eléctrico


• Circuito con una sola Galga:


Diseño eléctrico (cont.)

• Una Galga con tres cables:



• Montaje con dos Galgas en ramas opuestas:



𝑉𝑚 =∆𝑅𝑚

2𝑅𝑜[1 +∆𝑅𝑚 + 2∆𝑅𝑓

𝑅𝑜 ]× 𝐸𝑠

• Montaje de una Galga activa y otra pasiva



• Montaje de dos Galgas activas y dos pasivas: Comparado con el anterior montaje aumenta la sensibilidad.



• Montaje dos Galgas activas cuyas variaciones son en sentido opuesto:



• Cuatro Galgas Activas: Comparado con el anterior, mejora la sensibilidad.




Aplicación industrial: Sistemas de Pesaje Las Balanzas para Camiones están disponibles con plataforma de acero y Plataformas de acero con cubierta de concreto, diseñadas para aplicaciones que abarcan desde el comercio ligero hasta trabajo en extremo pesado. El uso de las celdas de carga MTX y el terminal de pesaje permiten optimizar el tiempo de pesado de los camiones.


Sistemas de Pesaje: Ejemplos de aplicación industrial

Foto Izquierda: celdas instaladas en tolva de pesadora continua para pescado.

Foto Derecha: sencillo sistema de montaje en tolva para minerales.


Sistemas de Pesaje: Ejemplos de aplicación industrial

Celdas de carga tipo barra de torsión para uso Agropecuario. Para pesajes de silos y tolvas en instalaciones agropecuarias


Aplicación industrial Celdas de carga: Compresión

La celda de carga se usa para controlar la distribución del material mientras se esta monitoreando el nivel del contenido de tanque lleno o vacío.

• Puente de medida con una galga. En esta configuración se emplea una sola galga. Presenta un comportamiento lineal, únicamente para deformaciones pequeñas, por lo que sólo se usa cuando los rangos de deformaciones son pequeños.


Ejercicios Propuestos

• En esta configuración se emplean dos galgas activas. Existen dos casos principales que se pueden presentar para esta configuración. El primer caso es cuando ambas galgas presentan deformaciones opuestas, el cual presenta una respuesta lineal.



•Por medio de una galga y un puente acondicionador como el de la figura, se mide la elongación unitaria de un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción, las dos galgas son iguales y tienen un factor de galga G = 2,5. Averiguar la tensión de medida que aparece en el puente, cuando la galga de medida sufre una elongación unitaria.



•Encuentre la variación del voltaje offset del puente para una carga de 0 a 5000 lb si se tiene que:

(1 Newton = 0.2248 lb.) Módulo de elasticidad del aluminio = 6.89 x 1010 Newton/m2

Coeficiente de Poisson = 1



•http://profe-alexz.blogspot.com/2011/02/problemas-resueltos-de-elasticidad.html

•http://www.slideshare.net/guestd088a7/fsica-semana-2-sesin-1

•http://bohr.inf.um.es/miembros/moo/p-ela.pdf

•http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r68083.PDF

•http://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9trica

•http://www.fralib.com/cardinal_zx_celda_de_carga_tipo_tension.html

•http://www.basculaspoise.com/Productos/Celdas_de_carga/index.html

•http://www.pqsolutions.com.mx/celdas.htm

•http://www.logicbus.com.mx/LLB350.php

•http://www.gregoruttisa.com.ar/index.php?page=shop.browse&category_id=31&option=com_virtuemart&Itemid=3


Bibliografía

http://bohr.inf.um.es/miembros/moo/p-ela.pdf




http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r68083.PDF

http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r68083.PDF

http://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9trica

http://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9trica

http://www.fralib.com/cardinal_zx_celda_de_carga_tipo_tension.html

http://www.fralib.com/cardinal_zx_celda_de_carga_tipo_tension.html

http://www.basculaspoise.com/Productos/Celdas_de_carga/index.html

http://www.basculaspoise.com/Productos/Celdas_de_carga/index.html

http://www.pqsolutions.com.mx/celdas.htm

http://www.pqsolutions.com.mx/celdas.htm

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http://www.gregoruttisa.com.ar/index.php?page=shop.browse&category_id=31&option=com_virtuemart&Itemid=3

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