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Equipos de medida

• Características• Errores• Tipos de equipos de medida

– Mecánicos (*)

– Electricos

• Equipos de registro

Características de los equipos de medida

• Sensibilidad (∆ salida = K ∆ medida)• Rango• Resolución

• Precisión (accuracy)• Repetibilidad (precision)

• Linealidad• Histéresis

Características de los equipos de medida

• Sensibilidad (∆ salida = K ∆ medida)

Relació voltatge - desplaçament

y = -0,0003109877x + 1,8144589613

R2 = 0,9999971277

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Desplaçament (Micres)

Vol

tatg

e (V

olts

)

Características de los equipos de medida

• Rango

Rango de linealidad

Características de los equipos de medida

• Resolución

Características de los equipos de medida

• Precisión (accuracy)

Valor exacto

Valor medido y=x

error

Usualmente se mide como: (error máximo/ rango de medida) x100

Valor típico 0.1%

Características de los equipos de medida

• Repetibilidad (precision)

Voltatge corresponent a cada lectura per un desplaç ament de 5mm

0.2622

0.2623

0.2624

0.2625

0.2626

0.2627

0.2628

0.2629

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

Lectura nº

Vol

tatg

e (V

olts

)

Características de los equipos de medida

• Linealidad

No Linealitat de les dades

-0,005

-0,004

-0,003

-0,002

-0,001

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Desplaçament (Micres)

Vol

t. m

ig-

Cal

cula

t per

re

gres

sió

(Vol

ts)

Relació voltatge - desplaçament

y = -0,0003109877x + 1,8144589613

R2 = 0,9999971277

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Desplaçament (Micres)

Vol

tatg

e (V

olts

)

Características de los equipos de medida

• Histéresis

Histéresis

-0,001

-0,0005

0

0,0005

0,001

0,0015

0 2000 4000 6000 8000 10000

Desplaçament (Micres)

Dife

renc

ia d

e V

olta

tge

(Vol

ts)

Transmisión de los errores de medida

y = f(x) si el error de x es δδδδx; ¿Cuál es el error de y?

y+ δδδδy = f (x+ δδδδx) = f(x) + ( d f/dx) δδδδx +…

δδδδy = (df/dx ) δδδδx

Varias variables: y = f(x 1,x2….xn) δδδδy = (df/dx1) δδδδx1 + (df/dx2) δδδδx2 + …………..+ (df/dxn) δδδδxn

Producto: εεεεxy = x εεεεy + y εεεεx

Pero :Pero :Pero :Pero :

Restas: εεεεx-y = εεεεy + εεεεx ; Cociente: εεεεx/y = (y εεεεx + x εεεεy) / y2

Transmisión de los errores de medidaSi las medidas son independientes y aleatorias, la form ulación anterior esmuy pesimista. Es más razonable que si hay varias medidas , los erroresse puedan compensar. Si :

y = f(x 1,x2,x3,…….xn)

2

1..i

i n i

fy x

xδ δ

=

∂= ∂ ∑

Entonces:

Transmisión de los errores de medida

Ejemplo:

Se hacen “n” medidas de la altura de una muestra, cada una con una precisión ∆∆∆∆h,

El error del promedio será:

hh

n

∆∆ =

INSTRUMENTOS DE MEDIDA (I)

Mecánicos (lectura manual):

• Fuerza: anillos• Desplazamiento: comparador, Palmer, Pie de rey• Presión: manómetros• Presión intersticial: nivel de mercurio• Flujo de agua: agua + parafina• Deformación lateral: visual, mecánico• Pesos: balanzas

Medida de longitudes

Resolución :

Pie de rey = 0.1 mmPalmer = 0.01 mm

Medida de desplazamientos

Comparador:

Resolución = 1-10 micras

Medida de presiones

Manómetros mecánicos: clase 0.5 , clase 2

Medida de los cambios de volumen de agua

Resolución de la bureta: 0.05 mL

Medida de fuerzas

Anillo con comparador:rango = 1 MN

Medida de pesos

Balanzas:resolución = 0.0001 gresolución = 0.01 g

INSTRUMENTOS DE MEDIDA (II)

Eléctricos (lectura automatizable):

• Deformación: galgas extensométricas• Fuerza: células de carga• Presión: transductores• LVDT: desplazamiento, fuerza (anillo), cambio de

volumen• Desplazamiento: proxistores, efecto Hall, Laser• Temperatura: termopares, termoresistores• Succión: tensiómetros, psicrómetros

Galgas extensométricas

Sobre película plástica En célula de carga

Factor de galga (FG) : ∆∆∆∆R/R = ∆∆∆∆R/R∆∆∆∆L/L εεεε

LHilo de cobre/níquel : 1.9 a 2.1Hilo de hierro/níquel/cromo: 2.8 a 3.3Semiconductores: 50 a 200

B

AC

D

2 2AB DC DC

R FGV V V

R

ε∆= =

R

Célula de carga sumergible

Medida interna en triaxial: 10 MN

Insensible a los cambios de lapresión de cámara (hasta 1.7 MPa)

Células de carga

Célula para prensa: 50 MNMiniatura: 500 kNPara corte directo: 1 MN

Células de carga

Células de carga para tracción y compresión

Especificaciones típicas de una célula de carga

Anillo de un edómetro con medida de tensión latera l

Galgas extensométricas

Galga activa

Galga de compensación

10 mm

14 mm

6 mm

75º

Tóricas

70 mm

110 mm

Pared e=1.0 mm

75º

Galga activa

Galga de compensación

Alimentación y lectura del puente de Wheaston

Alimentación y lectura del puente de Wheaston

φint= 70 mm

φext= 110 mm

RARB

RCRD

Transductores de presión de fluido

En célula triaxial: 2 MPa

Transductores de presión de fluido

Transductores de presión de fluido

Tipo miniatura

Transductordiferencial de presión

Buretagraduada

Transductores de presión de fluido

Diferencial: para uso encambiador de volumen

Sensores de presión total

Anillos de goma para estanqueidad

b)

Piezas de ajuste

Transductores de desplazamiento (LVDT)

Transductores de desplazamiento (LVDT)

Rango: 15 + 15 mm Resolución: 5-10 micras

Transductores de desplazamiento (LVDT)

Miniatura: rango = 2.5 + 2.5 mm

Transductores de proximidad

Aceite desilicona

Flotador

Cilindrointerior

Transductor deproximidad

Transductores de proximidad

3 LVDThorizontal

2 LVDTvertical

1 LVDT - Deformación axial externa

4 TRANDUCTORES DE PRESIÓN Presión de cámara Presión de aires Presión de agua Presión de la cámara inferior

Transductor deproximidad

Célulade carga

Medida de cambio de diámetro y de volumen en probetas

Célula triaxial instrumentada

Medida de cambio de diámetro en probetas

Transductores de efecto Hall

Medida de deformación vertical

LVDT (εεεεa)

LVDT (εεεεa)

Láser(εεεεr)

Láser(εεεεr)

Medida de movimientos mediante láser

Instrumentación completa en célula triaxial “stress path”

Transductores de medida de temperatura

Termoresistor: Pt-100

Termopar

Medida de humedad relativa del aire

Psicrómetro de lectura manual (diferencias termomét ricas)

Esquema del sensor de un psicrómetro de transistore s.

Th Ts

SueloAGUA PURA

SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS

• Analógico:Lectura y registro convencional.

• Digital: Conversión de la medida analógica en una información digital, útil para su registro y manipulación.

Equipos de registro analógico

Aguja

Equipos de registro analógico

Registrador 2X-t

Equipos de registro analógico

Osciloscopio

Equipos de registro digital

.

.

.

sensores

multiplexor Conversor analógicodigital

Ordenador

(00101001)41 V

41 V

Conversión anlógico / digital

3 bits

Resolución = Rango del conversor / (2 n de bits )= 10/23

= 1.25

Equipos de registro digital

Equipos de medida autónomos (data loggers) o bien c onplaca en PC (software apropiado)

Equipos de registro digital

Automatización de las medidas en un ensayo de Corte Directo

Sistema de adquisición de datos

Automatización de un ensayo en columna de infiltrac ión

Motor paso a paso

Acoplamientoelástico

Reguladortipo 10

Accionadores automáticos

Aplicación automatizada de presiones

Motores convencional y “paso a paso”

Sistema de adquisición de datos y de control de ensayos

Software desarrollado en “Visual Basic” para el control automático de un ensayo triaxial

Sistema de adquisición de datos y de control de ensayos

Software desarrollado en “Labview” para el control automático de una balanza

Equipo de ensayo automatizado

Equipo triaxial GDS totalmente automatizado:

Aplicación de las presiones con motores “paso a pas o”Presión máxima de cámara: 1.7 MNCarga vertical máxima: 20 MN