DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

ASIGNATURA: LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL MECÁNICA

NRC: 3587

CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DE UN SENSOR DE FUERZA ACONDICIONADO CON UNCIRCUITO DE CUARTO DE PUENTE Y

MEDIO PUENTE.

Profesor: Ing. Ricardo Manzano

INTEGRANTES

1. DAVID ARMAS2. STEVEN RUIZ

26/Septiembre/2013 - SANGOLQUÍ

1. Tema: Característica estática de un sensor de fuerza acondicionado con un circuito de cuarto de puente y medio puente.

2. Objetivos:a. Aprender el comportamiento de un sensor de fuerza

utilizando un circuito de evaluación de cuarto de puente.b. Calibración y puesta a punto del sistema. c.

Característica estática.

3. Teoría. Una fuerza desconocida puede ser medida mediante varios procedimientos:

a. Balanceando la fuerza desconocida contra la ejercida por una masa(peso) mediante un sistema de balanza.

b. Midiendo la aceleración que provoca en una masa conocida.c. Distribuyendo la fuerza en un área conocida y

midiendo la presión que esta ejerce.d. Compensándola contra una fuerza provocada por

un campo magnético generado por una bobina.e. Convirtiendo la fuerza en deformación sobre un elemento elástico.

El último método es frecuentemente utilizado a través de un sensor primario conocido como celda de carga y ayudado de una galga extensiométrica. Las galgas

Fig. No.1

extensiométricas utilizan un alambre doblado, el mismo que se estira como producto de ladeformación aplicada al elemento elástico. Este estiramiento produce un cambio de su resistencia eléctrica.

Donde k es la constante de galga y es la deformación longitudinal y es igual a L/Lo.Para que la variación de resistencia de la galga extensiométrica se transforme en variación de

voltaje se utiliza un puente de resistencias en el cual la galga se encuentra en uno o dos brazos. Normalmente el voltaje obtenido del puente suele ser amplificado mediante un circuito amplificado electrónico. Una de las celdas de carga más

Fig. No.2 utilizada es la de viga en voladizo

Fig. No.3

Si se conocen las dimensiones de la viga, el módulo de elasticidad, el material de la viga, la constante de galga y la constante del amplificador es posible hallar la relación fuerza aplicada constar voltaje de salida. Sin embargo es más fácil caracterizar a la celda utilizando pesos conocidos. Dada la relación lineal entre el peso y la salida de tensión, los valores obtenidos pueden unirse mediante una línea recta.

4. Trabajo preparatorio. Para la celda de carga que vamos a utilizar en la práctica, determine teóricamente la relación entre el peso aplicado F y el voltaje del puente Eo. Utilice como material de la viga aluminio y la ecuación de la galga indicada anteriormente. Pida que se le permita realizar en el laboratorio las mediciones que sean necesarias, para hallar la ecuación respectiva.

5. Equipo necesario.a. Celda de carga de lámina en voladizo. b. Puente de medición con amplificaciónc. Multímetro o sistema de adquisición de datos. d. Juego de pesas.e. Fuente de alimentación. f. Cables.

6. Procedimiento.

a. Ensamble el circuito de cuarto de puente indicado en la siguiente figura:

b. Enceramos la señal de salida por medio de la perilla de offsetc. Cargamos la celda de carga utilizando las pesas y el portapesas

indicado. Colocamos las pesas una a una y anotamos la tensión de salida, en la Tabla No.1, de la hoja de resultados.

d. Aplicar la masa desconocida al puente, mediar la tensión de salidae. Ensamblamos el circuito de medio puente indicado en la siguiente figura.

f. Repetimos los pasos b, c y d. Usamos para los resultados la Tabla No.2

7. Informe de laboratorio. En el informe de laboratorio hay que incluir, además a los puntos comunes del informe, los valores tomados del experimento, las curvas características gráficas y la determinación del valor de la masa desconocida.¿Existe alguna diferencia en la determinación de la masa utilizando cuarto de puente y medio puente?

¼ de Puente:

PESO[gr] VOLTAJE[V]20 0.0340 0.0560 0.0880 0.11

100 0.13120 0.16140 0.19160 0.22180 0.24200 0.27

0 50 100 150 200 2500

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

PESO (gr)

VOLT

AJE

(V)

½ de Puente:

PESO[gr] VOLTAJE[V]20 0.0540 0.1160 0.1680 0.22

100 0.27120 0.33140 0.38160 0.43180 0.49200 0.54

0 50 100 150 200 2500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

PESO (gr)

VOLT

AJE

(V)

8. Conclusiones Las curvas que nos entrega cada grafica tanto a ¼ y a ½ puente nos indican que son curvas

lineales de pendiente positiva, es decir que a medida que aumentamos la carga sobre la viga esta produce un efecto tal en la galga extensiométrica que al ser medida por el voltímetro esta aumenta proporcionalmente a la carga.

La curva Voltaje VS Peso nos indica que cuando se encuentra a ¼ de puente el voltímetro nos entrega valores de voltaje que son aproximadamente la mitad que los valores de voltaje obtenidos a ½ puente, esto es debido a la conexión de los cables en el puente de medición con amplificación, ya que cuando se trabaja en ½ puente la resistencia se está aumentando.

La medida de la galga de tensión implica la detección de cambios extremadamente pequeños en resistencia. Por lo tanto, la selección y el uso apropiados del puente, del condicionamiento de señal, y de los componentes de la adquisición de datos es necesario para obtener medidas confiables.

9. Bibliografía: http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Strain_Gages_2.pdf http://personales.upv.es/fbardisa/Pdf/Extensometria%20electronica.PDF http://books.google.com.ec/books?

id=mQaEIAL5z6MC&pg=PA8&lpg=PA8&dq=circuito+de+cuarto+de+puente+y+medio+puente.&source=bl&ots=GJspBXAqs8&sig=DfjSxLsoc-

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10. Anexo:

Hoja de datos tomados en el laboratorio