DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA Y MECANICA

1. Tema: Caracterstica esttica 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 evaluacin de cuarto de puente.b. Calibracin y puesta a punto del sistema.c. Caracterstica esttica.

3. Teora. 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 aceleracin que provoca en una masa conocida.c.Distribuyendo la fuerza en un rea conocida y midiendo la presin que esta ejerce.d. Compensndola contra una fuerza provocada por un campo magntico generado por una bobina.e. Convirtiendo la fuerza en deformacin sobre un elemento elstico.

Fig. No.1

El ltimo mtodo es frecuentemente utilizado a travs de un sensor primario conocido como celda de carga y ayudado de una galga extensiomtrica. Las galgas extensiomtricas utilizan un alambre doblado el mismo que se estira como producto de la deformacin aplicada al elemento elstico. Este estiramiento produce un cambio de su resistencia elctrica. La ecuacin de la galga extensiomtrica es:

Fig No.2

Donde k es la constante de galga y es la deformacin longitudinal y es igual a L/Lo. Para que la variacin de resistencia de la galga extensiomtrica se transforme en variacin 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 electrnico. Una de las celdas de carga ms utilizada es la de viga en voladizo.

Fig. No.3

Si se conocen las dimensiones de la viga, el mdulo de elasticidad, el material de la viga, la constante de galga y la constante del amplificador es posible hallar la relacin fuerza aplicada constar voltaje de salida. Sin embargo es ms fcil caracterizar a la celda utilizando pesos conocidos. Dada la relacin lineal entre el peso y la salida de tensin, los valores obtenidos pueden unirse mediante una lnea recta.

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

5. Equipo necesario.a. Celda de carga de lmina en voladizo. b. Puente de medicin con amplificacinc.Multmetro o sistema de adquisicin de datos. d. Juego de pesas.e. Fuente de alimentacin. f. Cables.

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

b. Enceramos la seal 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 tensin de salida, en la Tabla No.1, de la hoja de resultados.d. Aplicar la masa desconocida al puente, mediar la tensin 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, adems a los puntos comunes del informe, los valores tomados del experimento, las curvas caractersticas grficas y la determinacin del valor de la masa desconocida.Existe alguna diferencia en la determinacin de la masa utilizando cuarto de puente y medio puente?

de Puente Tabla de datos

PESO[gr]VOLTAJE[mV]VOLTAJE [V]

0-57,9-0,0579

500,60,0006

7026,30,0263

9048,30,0483

11073,10,0731

13096,70,0967

150121,40,1214

170145,10,1451

190170,50,1705

210193,20,1932

260254,70,2547

310313,80,3138

360372,90,3729

4104320,432

4604920,492

de Puente Tabla de DatosPESO[gr]VOLTAJE[mV]VOLTAJE [V]

0-20,5-0,0205

5021,40,0214

7021,50,0215

9021,90,0219

11022,50,0225

13022,90,0229

15023,50,0235

170240,024

19024,30,0243

21025,30,0253

26025,90,0259

31026,20,0262

36026,90,0269

41027,60,0276

46028,60,0286

8. Conclusiones Las curvas de y a son curvas de tendencia lineal de pendiente positiva, lo cual nos indica que conforme aumenta la carga, existe una mayor deformacin la cual es medida como un voltaje que aumenta proporcional a la carga.

El error que existe en la curva de medio puente para que sea totalmente lineal es debido al primer dato negativo, y esto ocurri porque no se estabilizaba el multmetro y tomamos el dato.

Debido a la conexin de los cables en el puente de medicin con amplificacin, cuando se encuentra a de puente el voltmetro nos entrega valores de voltaje que son aproximadamente el doble que los valores de voltaje obtenidos a puente.

9. Bibliografa: ECHEVERRIA, Luis; Instrumentacin Industrial Mecnica, documentos internet. AVENDAO, Luis Enrique. FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTACIN, Capitulo 3. www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Strain_Gages_1.pdf https://es.omega.com/prodinfo/galgas-extensiometricas_es.html

10. Anexo: