Generalidades de la Tensin y de las Galgas Extensiomtricas

La tensin es la cantidad de deformacin de un cuerpo debido a la accin de una fuerza

aplicada. Ms especficamente, la tensin (e) se define como el cambio fraccional en

longitud, como se muestra en la Figura 1.

Mientras existen muchos mtodos para medir tensin, el ms comn de todos es con un

medidor de tensin (o galga extensiomtrica), un dispositivo cuya resistencia elctrica vara

en proporcin a la cantidad de tensin en el dispositivo. La galga ms ampliamente usada es

la galga extensiomtrica metlica limitada.

Figura 1. Definicin de Tensin

La galga extensiomtrica metlica consiste de un cable muy fino, ms comnmente, una hoja

metlica organizada en un patrn de rejilla. El patrn de rejilla maximiza la cantidad de cable

metlico, o de hoja, sujeto a tensin en la direccin paralela (Figura 2). La grilla se une a un

delgado respaldo, denominado el portador, el cual se sujeta directamente al espcimen de

prueba. Por tanto, la tensin experimentada por el espcimen de prueba se transfiere

directamente a la galga extensiomtrica, la cual responde mediante un cambio lineal en la

resistencia elctrica. Las galgas extensiomtricas estn disponibles comercialmente con

valores nominales de resistencia desde 30 hasta 3000 , siendo 120, 350 y 1000 los valores ms frecuentes.

Figure 2. Galga Extensiomtrica Metlica Limitada

En la prctica, las mediciones de tensin rara vez involucran cantidades mayores a unas pocas

milsimas de tensin (e x 10-3). Por tanto, la medicin de tensin requiere de exactitud en la

deteccin de cambios muy pequeos en resistencia. Para medir tales cambios en la

resistencia, las galgas extensiomtricas casi siempre se emplean en configuraciones de puente

con una fuente de excitacin de voltaje. El puente general de Wheatstone, que se ilustra en

la Figura 3, consiste de cuatro brazos resistivos con un voltaje de excitacin, VEX, que es

aplicado a travs del puente.

Figura 3. Configuracin del Puente de Wheatstone

El voltaje de salida del puente, VO, es igual a:

De esta ecuacin, se aprecia que cuando R1/R2 = R4/R3, el voltaje de salida, VO, es cero.

Bajo estas condiciones, se dice que el puente est balanceado. Cualquier cambio en la

resistencia de cualquiera de los brazos del puente resultar en un voltaje de salida diferente

de cero.

Por tanto, si usted reemplaza R4 en la Figura 3 por una galga extensiomtrica activa,

cualquier cambio en la resistencia de esta galga desbalancea el puente y produce un voltaje

de salida diferente de cero. Si la resistencia nominal de la galga extensiomtrica se designa

por RG, entonces el cambio inducido por tensin en la resistencia, DR, se puede expresar

como DR = RG*GF*e. Asumiendo que R1 = R2 y R3 = RG, la ecuacin previa del puente

se puede reescribir para expresar VO/VEX como una funcin de la tensin (ver Figura 4).

Note la presencia del trmino 1/(1+GF*e/2) que indica la no linealidad de la salida en un

cuarto de puente con respecto a la tensin.

Figura 4.Circuito de Cuarto de Puente

Idealmente, usted desea que la resistencia de la galga extensiomtrica cambie slo respecto

a la tensin aplicada. Sin embargo, el material de la galga extensiomtrica, as como el

material del espcimen al cual se fija la galga, tambin responden a cambios en la

temperatura. Los fabricantes de galgas extensiomtricas procuran minimizar la sensibilidad

a la temperatura procesando el material de la galga para que compense la expansin trmica

del material del espcimen para el cual se proyecta la galga. Mientras que las galgas

compensadas reducen la sensibilidad trmica, ellas no la eliminan totalmente.

Usando dos galgas extensiomtricas en el puente, usted puede minimizar an ms el efecto

de la temperatura. Por ejemplo, la Figura 5 ilustra una configuracin con galgas

extensiomtricas, donde una galga est activa ( RG+ DR) y la segunda galga se coloca

transversalmente a la galga anterior. Por consiguiente, la tensin tiene poco efecto sobre la

segunda galga, denominada galga ficticia. Sin embargo, cualquier cambio en la temperatura

afecta a ambas galgas de la misma forma. Ya que los cambios en temperatura son idnticos

en las dos galgas, la relacin de sus resistencias no cambia, el voltaje VO no cambia, y los

efectos de cambios por temperatura se minimizan.

Figura 5.Uso de una Galga Ficticia para Eliminar los Efectos de la Temperatura

Usted puede doblar la sensibilidad del puente a la tensin haciendo que ambas galgas estn

activas en una configuracin de medio-puente. Por ejemplo, la Figura 6 ilustra una aplicacin

de viga a flexin con un puente montado en tensin ( RG+ DR) y otro montado en compresin

( RG+ DR). Esta configuracin de medio puente, cuyo diagrama circuital tambin se muestra

en la Figura 6, produce un voltaje de salida que es lineal y aproximadamente el doble de la

salida del circuito de un cuarto de puente.

Figura 6. Circuito de Medio-Puente

Finalmente, usted puede mejorar an ms la sensibilidad del circuito haciendo que todos los

cuatro brazos del puente sean galgas extensiomtricas activas en una configuracin de puente

completo. El circuito de puente completo se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Circuito de Puente Completo

As, un nico brazo con una galga extensiomtrica activa es un circuito de cuarto de puente,

dos brazos con galgas extensiomtricas activas son un circuito de medio puente, y todos los

cuatro brazos con galgas extensiomtricas forman un circuito de puente completo.

Referencias Bibliograficas

National Instruments. (n.d.). Retrieved Mayo 2015, from http://www.ni.com/tutorial/7130/es/