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Medicin de fuerza
Conoceremos los principios de
funcionamiento de los medidores
de fuerza, caractersticas yaplicaciones
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Introduccin
Las fuerzas se representan matemticamente porvectores que tienen punto de aplicacin
De acuerdo a la segunda ley de Neton, la fuerza es!
"l peso de un cuerpo!
Medicin de fuerza! #istemas de medicin de peso
"lementos elsticos Celdas de carga $asadas en e%tensmetros Celdas de carga piezoel&ctricas #istemas 'idrulicos y neumticos
F=ma
P=mg
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Medicin de fuerza (sistemas de medicin de
peso)
"l principio $sico de toda esta clasificacin es la comparacinde peso (peso patrn y el peso al cual se desea determinar)*"sta comparacin se la puede determinar en $alanzas y
$sculas* Las $alanzas y $sculas son sencillas y de gran precisin,
pudiendo alcanzar e%actitudes de +*- a +*./* 0ara me1orar la precisin es necesario que no e%ista muc'a
diferencia de densidades entre el peso patrn y el cuerpo, de$idoa la fuerza de empu1e que e1erce el aire so$re los dos cuerpos
La desventa1a de estos sistemas es que no pueden medir cargasdinmicas y adems tienen un tiempo de respuesta muy lento*
La corrosin, el polvo, la 'umedad, etc* afectan los puntosmviles que pueden generar una p&rdida de e%actitud*
BALANZAS Y BSCULAS
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Medicin de fuerza (sistemas de medicin de
peso)
Las $alanzas comparan pesos
entre valores discretos
(dependiendo del peso patrn
Las $sculas realizan esta
comparacin e un rango continuo atrav&s de la generacin de un
momento varia$le*
Bscula
Bscula
Balanza romana
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Medicin de fuerza (elementos elsticos)
#e utiliza la propiedad que tienen los
metales! la deformacin es
proporcional a la fuerza Dnde 234 es la constante del resorte
5 2y4 es el desplazamiento
6tro dispositivo elstico en la
medicin de fuerza es el anillo de
cali$racin
F=ky
Internamente utiliza un micrmetro para la
medicin de la deflexin
Este instrumento se utiliza ampliamente
como un estndar de calibracin
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en "%tensmetros)
"%tensmetros! #u principio se $asa en el cam$io de laresistencia el&ctrica de un conductor cuando &ste estsu1eto a una deformacin mecnica*
"ste tipo de elementos son ampliamente utilizados en
mediciones de cualquier parmetro que produzcadeformacin de un elemento elstico* "1*! 7uerza,presin, caudal, nivel, temperatura, etc*
"l m&todo consiste en determinar el cam$io en laresistencia para as determinar la deformacin unitaria
La relacin cam$io en la resistencia vs deformacinunitaria, es determinada previamente en un la$oratorio
Inventado por los ingenieros "dard "* #immons y 8rt'urC* 9uge en .:;algas e%tensom&tricas
"n su forma ms com?n, consiste en un estampado
de una lmina metlica fi1ada a una $ase fle%i$le y
aislante* La galga se ad'iere al o$1eto cuya
deformacin se quiere estudiar mediante un ad'esivo
Las principales aleaciones que usan las galgas
metlicas son!
Co$re e 'ierro
0latina y silicialista Constantn! es una aleacin de co$re y nquel que
cuenta con autocompensacin de temperatura
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
#i realizamos un grfico de deformacin unitaria vs
cam$io en la resistencia tenemos!
Donde 7 @ factor de celda
L0L
f
dL
L ==
Lf
Lo
Lo
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
"%isten en el
mercado una gran
variedad de
e%tensmetros que
permiten determinar
deformaciones en
todos los sentidos!
8%ial, transversal,
torsional, etc*
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0uente de A'eatstone
Clculo
Btilizando la -da ley
de irc'off o ley de
mallas! ". I.E9. I.E9- @
". I-E9% I-E9; @
Fc F$ @ F
V= E1 * ( Rx / (Rx+R3)-R1 / (R1+R2))
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#imulando valores
#uponiendo que!
"[email protected] voltios, 9.@9-@9;@. o'ms 0ara 9%@G.!.!-H 9%@GJ!.!-H 9%@G:
Para pequeas variaciones de la resistencia Rx el olta!e
"iene variacin lineal
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Kaller!
>rupos de J
Mediante un grfico, diseen Bds un sistema de
medicin de fuerza utilizando galgase%tensom&tricas (sensor transductor)* "l sistema
de$e de ser capaz de medir de a J gr*
u& dimensiones y material de$er tener el
sensorO
#i cree que tiene algo que asumir, e%plquelo*
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
"l m&todo consiste en ad'erir estos pequeos dispositivos en un
material elstico, de tal manera que al deformarse &ste, deforma
tam$i&n la galga e%tensom&trica*
#i se conoce la deformacin unitaria del galga e%tensom&trica,
es posi$le conocer la deformacin unitaria de la $arra* "sto esaplica$le siempre y cuando el material de la $arra sea
'omog&neo, y geom&tricamente uniforme*
y=fL
3
3
EI
Para flexin# y=fL
AE
Para tensin#
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Imgenes de celdas de carga
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
"%isten varios tipos de e%tensmetros! "%tensmetros de alam$re! consiste en un alam$re
templado alrededor de toda la pieza que se va a deformar
$ilos
Elemento flexible
%us aplicaciones son
limitadas para ciertos
casos espec&ficos'
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
Extensmetro laminar# son lminas ad(eridas en una pel&culaepox) o baquelita' %e los conforma a trav*s de un proceso de
foto+rabado'
Extensmetro semiconductor# estn construidos en base a una
material compuesto de silicio o +ermanio sensible a la deformacin'
"ienen la venta!a de tener valores +randes de ,-./ esto es para
pequeas deformaciones +randes cambios en la resistencia lo que los
(ace ms sensibles que los metlicos'
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas
en e%tensmetros)
"n cuanto a los ad'esivos, e%isten diferentes tipos
que estn en funcin de la elasticidad y caractersticas
del e%tensmetro! / de elasticidad, fatiga, etc*
>eneralmente a los e%tensmetros se los coloca
formando un puente de 'eatstone
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>eneralmente para prue$as estticas, su volta1e de
salida se pierde con el tiempo*
"l "fecto 20iezo4 en las piezocermicas se
considera que es 2entrenado4 por lo quedesafortunadamente su alta sensi$ilidad se ve
degradada con el tiempo* "sta degradacin est
altamente correlacionada con la temperatura* Los
materiales de cristal menos sensi$les (fosfato degalio, cuarzo, turmalina) cuando se manipulan con
cuidado tienen mayor esta$ilidad a largo plazo*
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0iezoelectric sensor
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Medicin de fuerza ("lementos 'idrulicos)
"stn formados por un sistema cilindro pistn
La friccin entre el cilindro y pistn 'ace que no se
pueda o$tener una $uena e%actitud*
"ste pro$lema se lo elimina con la utilizacin de unpistn flotante unido mediante un diafragma elstico*
"ienen una +ran capacidad de
car+a 1(asta 23000000 lbf4
Exactitud de 5 0'26
La desventa!a es que son
sensibles a la temperatura'
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Medicin de fuerza ("lementos neumticos)
Consisten de un cilindro operado por un sistemato$era o$turador
"ste sistema permite mantener una posicin de
equili$rio del em$olo gracias a un sistema to$era
o$turadorLa presin del aire alcanzada
indica el peso del cuerpo
%e puede utilizar este sistema
para ran+os de 708+ a 70 "' 9on
una precisin de 50':6
El problema que estos sistemas
requieren mantenimiento )
calibracin frecuente