Comprensión de la galga extensiométrica

Un transductor pasivo, como una galga extensiométrica, transforma el desplazamiento mecánico en un cambio de resistencia. Es un dispositivo delgado similar a una oblea que mide la tensión aplicada y se puede conectar a una variedad de materiales con un adhesivo adecuado. La deformación resultante deforma la galga extensiométrica unida a la estructura a medida que se somete a tensión. Aumenta la resistividad del medidor, lo que da como resultado una señal eléctrica proporcional a la deformación. Cuando se somete a un desplazamiento, el sensor de desplazamiento de la galga extensométrica comprende una estructura unida a la galga extensométrica que se deforma elásticamente.

En este artículo, aprenderá la definición, la aplicación, los requisitos, las piezas, el diagrama, los tipos, el funcionamiento, las ventajas y las desventajas de una galga extensiométrica.

¿Qué es una galga extensiométrica?

Un medidor de tensión (también conocido como medidor de tensión) es un dispositivo que mide la cantidad de tensión en un artículo. El tipo más común de medidor de tensión, inventado por Edward E. Simmons y Arthur C. Ruge en 1938, consiste en un respaldo flexible aislante que soporta un patrón de lámina metálica. Se utiliza un adhesivo adecuado, como cianoacrilato, para conectar el indicador al artículo. A medida que el objeto se deforma, la lámina también se deforma, cambiando la resistencia eléctrica. El factor de calibre es una cantidad que está relacionada con el cambio de resistencia, que comúnmente se mide con un puente de Wheatstone.

Los ingenieros suelen utilizar galgas extensométricas para medir la influencia de fuerzas externas sobre un objeto. Miden directamente la tensión, que se puede utilizar para inferir tensión, torsión, presión, deflexión y una variedad de otras métricas.

La tensión es una medida no dimensional, es decir, una relación entre la longitud modificada de un objeto y su longitud inicial. Como resultado, se produce una deformación positiva cuando se estira un material, mientras que se produce una deformación negativa cuando se comprime un material. El estrés se define como la fuerza aplicada dividida por el área de la sección transversal inicial del objeto o la capacidad de resistencia interna del objeto.

Solicitud

Los medidores de tensión se usan comúnmente en ingeniería civil y monitoreo geotécnico para identificar fallas en estructuras como puentes, edificios y otras estructuras. Debido a que cualquier deformación considerable podría provocar lesiones o la muerte, estas estructuras deben monitorearse constantemente. Estos medidores se utilizan ampliamente debido a su alta precisión, capacidad para funcionar a grandes distancias del objeto de prueba y facilidad de configuración y mantenimiento durante largos períodos de tiempo.

Las pruebas al aire libre con frecuencia no son lo mismo que las pruebas en un laboratorio en condiciones ideales. Una de las razones por las que las galgas extensométricas son tan valiosas es que pueden usarse en condiciones severas y producir datos confiables y de alta precisión. Con frecuencia, se requiere un dispositivo especializado como un medidor de tensión cuando un ingeniero prueba productos con formas irregulares en lugares hostiles con configuraciones de difícil acceso. Por ejemplo, se utilizan millones de galgas extensométricas en aplicaciones aeroespaciales para comprobar los resultados de las simulaciones CAD (diseño asistido por ordenador) y FEA (análisis de elementos finitos). Estas pruebas se llevan a cabo con frecuencia en condiciones dinámicas para proporcionar una representación realista de cómo las diversas fuerzas afectan a los aviones.

Las pruebas estáticas también se realizan de forma rutinaria con galgas extensométricas. Algunos puentes utilizan la telemetría inalámbrica, que envía los resultados de la prueba a través de Ethernet. Otros puentes, por otro lado, están sujetos a inspección visual o prueba de penetración para detectar fallas en la superficie. Si bien estas tecnologías son rentables, no permiten una inspección continua, lo que puede provocar colapsos catastróficos como el puente de armadura de acero I-35 Minneapolis. El gobierno federal designó el puente como "estructuralmente débil" en 1990, lo que significaba que tenía que someterse a inspecciones anuales. El puente finalmente colapsó en 2007, matando a 13 personas, debido a la falta de monitoreo continuo de medidores de tensión, reparaciones significativas o reemplazo. Las siguientes son las aplicaciones comunes de un medidor de tensión:

• Medición de la deformación
• Medición de la tensión residual
• Análisis de vibraciones
• Medición de par
• Medición de flexión y deflexión
• Medición de compresión y tensión

Requisito de material de galgas extensométricas

Una buena galga extensiométrica debe ser capaz de realizar lo siguiente:

• La galga extensiométrica debe ser de tamaño modesto y de peso ligero.
• Debe ser extremadamente sensible a la tensión.
• El factor de calibre de una galga extensiométrica debe ser alto.
• Debe ser fácil de adjuntar a la muestra.
• Debe tener un tiempo de respuesta rápido y poco retraso.
• Debería ser capaz de diferenciar entre tensión estática, transitoria y dinámica.
• Debe poder indicar y registrar información a distancia.
• La temperatura, la humedad, la vibración y otros factores ambientales no deberían afectarlo.
• Debe ser asequible, confiable y fácilmente disponible en una variedad de tamaños.

Esquema de una galga extensométrica:

Tipos de galgas extensométricas

Hay varios tipos de galgas extensométricas disponibles en el mercado. Los siguientes son los distintos tipos de galgas extensométricas:

• Galómetros extensométricos lineales
• Gastos extensométricos de roseta de membrana
• Galómetros extensométricos lineales dobles
• Gastos extensométricos de puente completo
• Galómetros extensométricos
• Gastos extensométricos de medio puente
• Gastos extensométricos de columna
• Roseta de 45° (3 direcciones de medición)
• Roseta de 90° (2 direcciones de medición).

A continuación se muestran otros tipos de medidores de manchas con los que se puede encontrar:

Los medidores de tensión de semiconductores, también conocidos como piezoresistivos, generalmente se prefieren a los medidores de lámina para medir pequeñas tensiones. El factor de calibre de un calibre de semiconductor suele ser más alto que el de un calibre de lámina. Los calibres de semiconductores suelen ser más caros, más sensibles a la temperatura y más delicados que los calibres de lámina.

Los medidores de tensión hechos de nanopartículas parecen ser una nueva técnica prometedora. Debido a su alta impedancia, estos sensores resistivos con un área activa compuesta por un conjunto de nanopartículas conductoras, como oro o carbono, tienen un alto factor de calibre, un amplio rango de deformación y un bajo consumo eléctrico.

Un medidor de tensión de mercurio en caucho se emplea en mediciones biológicas, particularmente el flujo sanguíneo y la inflamación de los tejidos. Este medidor de tensión se compone de una pequeña cantidad de mercurio líquido encerrado en un pequeño tubo de goma que se envuelve alrededor de un dedo del pie o una pierna, por ejemplo. Cuando una parte del cuerpo se hincha, hace que el tubo se expanda, haciéndolo más largo y más delgado, lo que aumenta la resistencia eléctrica.

Para medir la tensión junto con una fibra óptica, se puede utilizar la detección de fibra óptica. Las mediciones se pueden realizar en ubicaciones aleatorias junto con la fibra o en puntos específicos. Los sensores integrados de este tipo se utilizan en los barcos de la America's Cup 2010 Alinghi 5 y USA-17.

Las deformaciones también se pueden medir mediante otras técnicas ópticas, como la interferometría de patrones de motas electrónicas o la correlación de imágenes digitales.

Los medidores de tensión de microescala se emplean con frecuencia en MEMS para monitorear las tensiones causadas por la fuerza, la aceleración, la presión o el sonido. Los acelerómetros MEMS, por ejemplo, se utilizan con frecuencia para activar las bolsas de aire en los automóviles. Los resonadores de anillo óptico integrado se pueden utilizar para controlar la deformación en sistemas microoptoelectromecánicos como alternativa a las galgas extensométricas piezorresistentes (MOEMS).

Se utiliza un condensador variable en galgas extensométricas capacitivas para detectar el nivel de deformación mecánica.

Las aplicaciones de ingeniería civil y geotécnica utilizan medidores de tensión de cuerda vibrante. Un alambre tensado y vibrante constituye el indicador. La deformación se calcula determinando la frecuencia de resonancia del cable (un aumento en la tensión aumenta la frecuencia de resonancia).

Las aplicaciones geotécnicas también utilizan galgas extensiométricas de cristal de cuarzo. El sensor crucial de DART es un sensor de presión con un medidor de tensión de cristal de cuarzo resonante y un colector de fuerza de tubo de Bourdon. DART detecta olas de tsunami en las profundidades más profundas del océano. Al monitorear la presión a una profundidad de muchos kilómetros, tiene una resolución de presión de aproximadamente 1 mm de agua.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento de una galga extensiométrica es bastante interesante, es menos complejo y fácil de entender. mire el video a continuación para tener una vista visual de cómo funciona un medidor de tensión.

Ventajas y desventajas de una galga extensométrica

Ventajas:

Los siguientes son los beneficios de una galga extensiométrica en sus diversas aplicaciones:

• Debido a que no hay ninguna parte móvil, no hay desgaste.
• Los medidores de tensión son extremadamente precisos.
• Es compacto y económico.
• Tiene un amplio rango de frecuencias.

Desventajas:

A pesar de las ventajas de una galga extensiométrica, aún existen algunas limitaciones. A continuación se presentan las desventajas de las galgas extensométricas en sus diversas aplicaciones.

• Es un sistema no lineal.
• Es extremadamente sensible a la temperatura.
• Debe calibrarse periódicamente.
• Las galgas extensiométricas deben aplicarse manualmente. Se necesita tiempo y dinero para ponerlos en sus lugares apropiados. Es uno de sus defectos más graves.

Conclusión

Un transductor pasivo, como una galga extensiométrica, transforma el desplazamiento mecánico en un cambio de resistencia. Es un dispositivo delgado similar a una oblea que mide la tensión aplicada y se puede conectar a una variedad de materiales con un adhesivo adecuado. La deformación resultante deforma la galga extensiométrica unida a la estructura a medida que se somete a tensión. Eso es todo por este artículo, donde se discuten la definición, la aplicación, los requisitos, las partes, el diagrama, los tipos, el funcionamiento, las ventajas y las desventajas de una galga extensiométrica.

Espero que aprendas mucho de la lectura, si es así, comparte amablemente con otros estudiantes. Gracias por leer, ¡nos vemos!