"Precisión: ¡la cortesía de los reyes!" En nuestro tiempo, la relevancia de este aforismo francés medieval solo está creciendo. Para realizar cálculos de medición precisos en la producción y en la vida cotidiana, se utilizan cada vez más dispositivos basados en galgas extensométricas.
Contenido
- 1 ¿Qué son las galgas extensométricas y para qué sirven las galgas extensométricas?
- 2 Dispositivo y principio de funcionamiento.
- 3 Células de carga de tracción y compresión
- 4 Ventajas y desventajas de las galgas extensométricas
- 5 Diagramas básicos de cableado
- 6 Ejemplos de aplicación de galgas extensométricas
¿Qué son las galgas extensométricas y para qué sirven las galgas extensométricas?
La tensometría (del latín tensus - acentuado) es un método y una técnica para medir el estado de tensión-deformación de un objeto o estructura medidos. El hecho es que es imposible medir directamente la tensión mecánica, por lo que la tarea es medir la deformación del objeto y calcular la tensión utilizando técnicas especiales que tienen en cuenta las propiedades físicas del material.
El trabajo de las galgas extensiométricas se basa en el efecto de la deformación: esta es la propiedad de los materiales sólidos de cambiar su resistencia con diversas deformaciones. Los sensores extensométricos son dispositivos que miden la deformación elástica de un cuerpo sólido y convierten su valor en una señal eléctrica. Este proceso ocurre cuando la resistencia del conductor del sensor cambia cuando se estira y se comprime. Son el elemento principal de los instrumentos para medir la deformación de sólidos (por ejemplo, piezas de máquinas, estructuras, edificios).
Dispositivo y principio de funcionamiento.
La base de la galga extensométrica es una galga extensométrica equipada con contactos especiales fijados en la parte frontal del panel de medición. Durante la medición, los contactos sensibles del panel están en contacto con el objeto. Se produce su deformación, que se mide y convierte en una señal eléctrica transmitida a los elementos de procesamiento y visualización del valor medido de la galga extensométrica.
Dependiendo del alcance del uso funcional, los sensores difieren tanto en tipos como en tipos de cantidades medidas. Un factor importante es la precisión de medición requerida. Por ejemplo, una celda de carga a la salida de la panadería no es en absoluto adecuada para las básculas farmacéuticas electrónicas, donde cada centésima de gramo es importante.
Consideremos con más detalle los tipos y tipos de galgas extensométricas modernas.
Sensores de par
Los sensores de par están diseñados para medir el par en piezas giratorias de sistemas como el cigüeñal del motor o la columna de dirección.Las galgas extensométricas de par pueden determinar tanto el par estático como el dinámico mediante el método de contacto o sin contacto (telemétrico).
Células de carga de viga, en voladizo y de borde
Estos tipos de transductores generalmente se fabrican sobre la base de un diseño de paralelogramo con un elemento de flexión incorporado para una alta sensibilidad y linealidad de las mediciones. Los medidores de tensión en ellos se fijan en las áreas sensibles del elemento elástico del sensor y se conectan de acuerdo con el esquema de puente completo.
Estructuralmente, la celda de carga de viga tiene orificios especiales para la distribución desigual de la carga y la detección de deformaciones de compresión y tracción. Para obtener el máximo efecto, las galgas extensométricas están estrictamente orientadas mediante marcas especiales en la superficie de la viga en su punto más delgado. Los sensores de alta precisión y fiabilidad de este tipo se utilizan para crear sistemas de medición de sensores múltiples en básculas de plataforma o básculas de tolva. Han encontrado su aplicación en dosificadores de pesaje, empacadores de productos sueltos y líquidos, medidores de tensión de cable y otros medidores de carga de energía.
Células de carga de tracción y compresión
Las celdas de carga de tracción y compresión suelen tener forma de S, están hechas de aluminio y acero inoxidable aleado. Diseñado para básculas de bunker y dosificadores con un rango de medición de 0,2 a 20 toneladas. Las celdas de carga de tracción y compresión en forma de S se pueden utilizar en máquinas de cable, tejido y fibra para controlar la fuerza de tracción de estos materiales.
Galgas extensiométricas de alambre y lámina
Cable Las galgas extensiométricas se fabrican en forma de espiral de alambre de pequeño diámetro y se montan en un elemento elástico o parte bajo prueba con pegamento.Se distinguen por:
- facilidad de fabricación;
- dependencia lineal de la tensión;
- pequeño tamaño y precio.
Entre las deficiencias, se destacan la baja sensibilidad, la influencia de la temperatura y la humedad del ambiente en el error de medición, la posibilidad de usar solo en el campo de las deformaciones elásticas.
frustrar Las galgas extensométricas son actualmente el tipo más común de galgas extensométricas debido a sus altas cualidades metrológicas y capacidad de fabricación. Esto estuvo disponible gracias a la tecnología fotolitográfica de su fabricación. La tecnología avanzada hace posible obtener galgas extensométricas individuales con una base de 0,3 mm, casquillos de galgas extensométricas especializados y cadenas de galgas extensométricas con un amplio rango de temperatura de funcionamiento de -240 a +1100 ºС, dependiendo de las propiedades de los materiales de la rejilla de medición.
Ventajas y desventajas de las galgas extensométricas
Las galgas extensométricas son muy utilizadas debido a sus propiedades:
- la posibilidad de una conexión monolítica de la galga extensiométrica con la pieza en estudio;
- pequeño espesor del elemento de medición, lo que garantiza una alta precisión de medición con un error del 1-3%;
- facilidad de fijación, tanto en superficies planas como curvas;
- la capacidad de medir deformaciones dinámicas que cambian con una frecuencia de hasta 50.000 Hz;
- la posibilidad de realizar mediciones en condiciones ambientales difíciles en el rango de temperatura de -240 a +1100˚С;
- la posibilidad de medir parámetros simultáneamente en muchos puntos de las piezas;
- la posibilidad de medir la deformación de objetos ubicados a grandes distancias desde sistemas de galgas extensométricas;
- la capacidad de medir deformaciones en piezas móviles (giratorias).
De las deficiencias, cabe señalar:
- influencia de las condiciones climáticas (temperatura y humedad) en la sensibilidad de los sensores;
- cambios insignificantes en la resistencia de los elementos de medición (alrededor del 1%) requieren el uso de amplificadores de señal.
- cuando las galgas extensométricas funcionan en ambientes agresivos o de alta temperatura, se requieren medidas especiales para protegerlas.
Diagramas básicos de cableado
Consideremos esto usando el ejemplo de conectar galgas extensiométricas a básculas domésticas o industriales. Una celda de carga estándar para básculas tiene cuatro cables multicolores: dos entradas son fuente de alimentación (+Ex, -Ex), las otras dos son salidas de medición (+Sig, -Sig). También hay opciones con cinco hilos, donde un hilo adicional sirve de pantalla para todos los demás. La esencia del trabajo del sensor de medición de peso del tipo de haz es bastante simple. Se suministra energía a las entradas y se elimina el voltaje de las salidas. El valor del voltaje depende de la carga aplicada en el sensor de medición.
Si la longitud de los cables desde la celda de carga de peso hasta la unidad ADC es significativa, entonces la resistencia de los cables afectará la lectura de la báscula. En este caso, es recomendable añadir un circuito de captación que compense la caída de tensión corrigiendo el error de la resistencia de los hilos introducidos en el circuito de medida. En este caso, el esquema de conexión tendrá tres pares de cables: potencia, medida y compensación de pérdidas.
Ejemplos de aplicación de galgas extensométricas
- elemento de pesaje.
- Medición de fuerzas de deformación en el procesamiento de metales por presión en prensas de estampado y trenes de laminación.
- monitoreo de estados de tensión-deformación de estructuras de edificios y estructuras durante su construcción y operación.
- sensores de alta temperatura hechos de acero de aleación resistente al calor para empresas metalúrgicas.
- con elemento elástico de acero inoxidable para mediciones en ambientes químicamente agresivos.
- para la medición de presión en oleoductos y gasoductos.
La simplicidad, la conveniencia y la capacidad de fabricación de las galgas extensométricas son los factores principales para su implementación activa posterior, tanto en procesos metrológicos como en la vida cotidiana como elementos de medición de electrodomésticos.
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