26 de Noviembre de 2014 14:00

2xx

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.

Ilustracin 1: Galga extensiomtrica metlica

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:

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.

Ilustracin 2: Galga conectada a un circuitoSi se conocen las dimensiones de la viga, el modulo 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 mediante una lnea recta.

Ilustracin 3: Galga colocada en una viga en voladizo4. 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.5. Procedimiento.a. Ensamble el circuito de cuarto de puente indicado en la siguiente Ilustracin:

Ilustracin 4: Ensamble del circuito de cuarto de puenteb. 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 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 Ilustracin.

Ilustracin 5: Ensamble del circuito de medio puentef. Repetimos los pasos b, c y d. Usamos para los resultados la Tabla 2.

6. Resultados6.1. Circuito de cuarto de puenteTabla 1: Datos circuito de cuarto de puentemasa (g)Voltaje (V)

00

500,05

700,08

900,1

1100,13

1300,15

1500,17

1700,2

1900,22

2100,24

2600,3

3100,37

3600,43

4100,49

4600,55

Tensin (V)Masa (g)

Figura a: Caracterstica esttica galga, circuito de cuarto de puentea) Caracterstica esttica:T(m) = 0.0011*m 0.0025La caracterstica esttica se considera una lnea recta, debido a que se omiti el trmino cuadrtico debido a que su coeficiente se aproxima a cero. Adems de ser coherente porque estamos analizando un sensor lineal.

b) Clculo de la posicin desconocidaT(m)=0.25 = 0.0011*m 0.00250.25 =0.0011*m 0.0025m= 229.54 [ g ]6.2. Circuito de medio puenteTabla 2: Datos circuito de cuarto de puentemasa (g)Voltaje (V)

00

500,12

700,17

900,22

1100,27

1300,31

1500,36

1700,41

1900,46

2100,51

2600,63

3100,75

3600,86

4100,99

4601,11

Masa (g)Tensin (V)

Figura b: Caracterstica esttica galga, circuito de medio puentec) Caracterstica esttica:T(m) = 0.0024*m 0.00012La caracterstica esttica se considera una lnea recta, debido a que se omiti el trmino cuadrtico debido a que su coeficiente se aproxima a cero. Adems de ser coherente porque estamos analizando un sensor lineal.

d) Clculo de la posicin desconocidaT(m) =1.05 = 0.0024*m 0.00121.05 =0.0025m 0.0012m= 438 g6.3. Existe alguna diferencia en la determinacin de la masa utilizando cuarto de puente y medio puente?Si los valores de tensin obtenidos para un mismo valor de masa, varan en aproximadamente un 100%, siendo los valores obtenidos con el circuito de cuarto de puente aproximadamente la mitad de los valores resultantes al utilizar un circuito de medio puente.7. Conclusiones y recomendaciones. Una galga extensiomtrica no es totalmente lineal, pero debido a que su porcentaje de no linealdidad es casi despreciable se lo considera un sensor lineal. Los valores de tensin obtenidos para un mismo valor de masa, tanto como para un circuito armado en cuarto de puente como en medio puente, varan en aproximadamente un 100%, siendo los valores obtenidos con el circuito de cuarto de puente aproximadamente la mitad de los valores resultantes al utilizar un circuito de medio puente. El equipo utilziado requiere de limpieza y mantenimiento constante, ya que posee circuitos elctricos y controladores que deben estar en constante uso. Mantener atencin a la hora de armar el circuito tanto de cuarto de puente como de medio puente, debido a la cantidad de cables requeridos para estos.

8. Referencias Bibliogrficas.

Sistemas de Medicin Principios y Aplicaciones/Captulo 2/Caractersticas Estticas de los elementos de medicin/Segunda Edicin/Jhon P. Bentley. 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=DfjSxLsocjPOKqnVMU7jZv0vgM&hl=es&sa=X&ei=QHRDUuC7I_LC4AO40YDoCQ&ved=0CFIQ6AEwBQ#v=onepage&q=circuito%20de%20cuarto%20de%20puente%20y%20medio%20puente.&f=false