EXTENSIOMETRO DE RESISTENCIA

Diego Molina Lugo Chain Lozano Rodríguez

Universidad Católica de ColombiaIngeniería Electrónica y de Telecomunicaciones

Bogotá D.C.

Contenido

1. Objetivos

2. Lista de materiales

3. Marco teórico

4. Procedimiento

5. Analisis de tablas de datos

6. Conclusiones

7. Bibliografia

1. Objetivos

General:

Estudiar y entender las funciones del extensiómetro de Resistencia.

Específico:

Comprender y demostrar las características del extensiómetro de resistencia y las mediciones de la deformación por tensión y tracción.

Conocer el funcionamiento general del extensiómetro de resistencia por medio de mediciones hechas en el laboratorio.

Mostrar las mediciones tomadas para poder obtener conclusiones propias sobre el funcionamiento del extensiómetro de resistencia.

2. Lista de materiales

Tablero de circuitos Fundamentos del transductor.

Multímetro.

Kit de telecomunicaciones.

Base.

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3. Marco teórico

La resistencia del extensiómetro es una función de la deformación que un solido experimenta bajo tensión. (Imagen 1)

Muchas aplicaciones en la industria requieren de un transductor que pueda convertir varias formas de fuerza aplicada a una señal eléctrica para mediciones, las cuales son las características que cumple este transductor.

Las aplicaciones del extensiómetro de resistencia incluyen mediciones de peso, desplazamiento lineal, posición lineal, aceleración, fuerza, torsión, vibración y presión.

Cuando un conductor esta bajo suficiente tensión, su longitud aumenta y su área de sección transversal disminuye; como resultado, la resistencia eléctrica del conductor aumenta. Estos es la deformación

Positiva. (Imagen 2)

La compresión recude la longitud del conductor y aumenta el área de sección transversal; como resultado la resistencia del conductor disminuye. Esto es la deformación negativa. (Imagen 3)

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El extensiómetro de resistencia que se uso, está hecho de una lamina metálica (FOIL), conductora en forma de zig-zag montada sobre una cinta transportadora (CARRIER TAPE). El patrón de la lámina termina con sus puntos de soldadura (SOLDER TABS) a los que se le unen cables de conexiones externas (LEADS). Esta unido con un adhesivo especial a la superficie de un sólido, para medir la deformación de la superficie en dicho punto del sólido. (Imagen 4)

Los resultados de la medición también dependen de sobre el cual superficie solida se monta el transductor.

Cuando la barra se desvía hacia arriba la superficie de arriba experimentará compresión mientras la de abajo esta bajo tensión, o también puede suceder al contrario si la barra se desvía hacia abajo. (Imagen 5)

Cuando uno o varios dispositivos se montan en un sólido y con la posibilidad de deformarse en más de una dirección se denomina Celda de Carga.

El extensiómetro del tablero tiene una resistencia de 120 Ω (ohmios), por lo tanto se usa con un puente Wheatstone y un amplificador operacional para que la variación sea utilizable y la salida de voltaje sea medible.

El símbolo del extensiómetro es similar al de un potenciómetro (resistencia variable). Donde se resalta con la letra griega épsilon ε.

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Imagen 5

Imagen 6

El voltaje de alimentación de alimentación del puente es de 5 V (voltios), Rn es la resistencia nominal del extensiómetro mencionada anteriormente y Rf es la resistencia de retroalimentación que es de 12 KΩ, y ΔR es la variación de la resistencia causada por la deformación, con estos datos se puede calcular el voltaje de salida (Vo) a partir de la siguiente relación matemática:

Vo=V∗ΔR∗Rf(2∗Rf )2

También se define la deformación matemáticamente como la razón o cociente del cambio de un sólido sobre su longitud original sin tensión, esto con la siguiente ecuación:

ε= ΔLL

El cual tiene es adimensional ya que se define como Pulgada/pulgada, aunque se mantienen las unidades para mantener la perspectiva del parámetro. Como este cambio de longitud generalmente es muy pequeño, la deformación se expresa en milistrain (mε) o en microstrain (µε).

Aunque se puede decir que todos los solidos son elásticos, hay un punto de tensión en llamado límite de tensión elástico, ya que si se sigue aplicando fuerza el elemento se rompera o se deformara permanentemente.

Esta situación física se conoce como la ley de Hooke:

E=σε

Donde σ es la tension y ε es la deformacion y E es el modulo de elásticidad, el cual es una fuerza por unidad de area y depende de la composición del material.

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En la imagen 7 se ve el funcionamiento básico del extensiómetro de resistencia, donde:

F es la fuerza que se aplica al extremo de la barra.

ΔY es la desviación vertical de la barra.

La desviacion produce una tensión en la superficie de la barra, y esta desviacion es detectada por el etensiómetro, cuya resistencia cambia en funcion a la cantidad de deflexión.

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4. Procedimiento

Se inicializó el laboratorio con una introducción acerca del extensiómetro de resistencia (imagen 7), se realizó una aclaración sobre la composición del transductor.

Adicional también se explican las características físicas y de funcionamiento del extensiómetro, y relación que existe entre la tensión y la compresión, con respecto a la medición de la resistencia del transductor.

Como primera medida se calculo el voltaje de salida del amplificador cuando no se aplicaba tensión en el extenriómetro de resistencia.

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Imagen 7

Luego se calibra la salida a 0 V, con el potenciometro, que en la imagen es denominado R105. Y se midieron los valores de la resistencia cuando se aplicaban fuerzas sobre este, y se calculo el valor del la variacion de la medida.

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Se calculo la deflexión según las vueltas que se le daban a la perilla, además de la fuerza aplicada al extremo de la barra.

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Se realizan pruebas de los cambios de voltajes según la posición de la perilla aplicando diferentes fuerzas a la barra, y el voltaje de referencia.

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5. Análisis de tabla de datos

Vueltas V sal amp ΔV1 2 …2 3 13 3.25 0.25

Se puede ver que las medidas son casi lineales, sobre el rango de medición.

Tiene un incremento positivo con respecto a la cantidad de fuerza que se aplica sobre la barra.

El cambio de la resistencia en depende directamente de la fuerza ejercida sobre la barra por eso el cambio en el voltaje de salida.

6. Conclusiones

Un extensiómetro de resistencia es un transductor cuya resistencia está en función de la deformación.

La resistencia de un extensiómetro aumenta cuando se aplica deformación por tracción y disminuye cuando se aplica deformación por compresión.

Este elemento se puede usar para hacer una balanza eléctrica o cualquier otro elemento de medición de fuerza.

El puente Wheatstone y el amplificador operacional aumentan la salida del extensiómetro de resistencia y la convierten en un voltaje utilizable proporcional a la deformación aplicada.

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7. Bibliografía

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/tron_p_b/capitulo3.pdf

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

http://books.google.com.co/books?id=rdkzxpHS5ewC&pg=PA311&lpg=PA311&dq=transductor+%2B+extens%C3%B3metro+de+resistencia&source=bl&ots=83TF4-rDsy&sig=6S34GiQRSxuGxnKScOfvNyePrjo&hl=es-419&sa=X&ei=sgyCULnSJ5PU8wSGyYGwCw&ved=0CFEQ6AEwBQ#v=onepage&q=transductor%20%2B%20extens%C3%B3metro%20de%20resistencia&f=false

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