medición de fuerza

7/24/2019 Medicin de Fuerza

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Medicin de fuerza

Conoceremos los principios de

funcionamiento de los medidores

de fuerza, caractersticas yaplicaciones


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Introduccin

Las fuerzas se representan matemticamente porvectores que tienen punto de aplicacin

De acuerdo a la segunda ley de Neton, la fuerza es!

"l peso de un cuerpo!

Medicin de fuerza! #istemas de medicin de peso

"lementos elsticos Celdas de carga $asadas en e%tensmetros Celdas de carga piezoel&ctricas #istemas 'idrulicos y neumticos

F=ma

P=mg


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Medicin de fuerza (sistemas de medicin de

peso)

"l principio $sico de toda esta clasificacin es la comparacinde peso (peso patrn y el peso al cual se desea determinar)*"sta comparacin se la puede determinar en $alanzas y

$sculas* Las $alanzas y $sculas son sencillas y de gran precisin,

pudiendo alcanzar e%actitudes de +*- a +*./* 0ara me1orar la precisin es necesario que no e%ista muc'a

diferencia de densidades entre el peso patrn y el cuerpo, de$idoa la fuerza de empu1e que e1erce el aire so$re los dos cuerpos

La desventa1a de estos sistemas es que no pueden medir cargasdinmicas y adems tienen un tiempo de respuesta muy lento*

La corrosin, el polvo, la 'umedad, etc* afectan los puntosmviles que pueden generar una p&rdida de e%actitud*

BALANZAS Y BSCULAS


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Medicin de fuerza (sistemas de medicin de

peso)

Las $alanzas comparan pesos

entre valores discretos

(dependiendo del peso patrn

Las $sculas realizan esta

comparacin e un rango continuo atrav&s de la generacin de un

momento varia$le*

Bscula

Bscula

Balanza romana


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Medicin de fuerza (elementos elsticos)

#e utiliza la propiedad que tienen los

metales! la deformacin es

proporcional a la fuerza Dnde 234 es la constante del resorte

5 2y4 es el desplazamiento

6tro dispositivo elstico en la

medicin de fuerza es el anillo de

cali$racin

F=ky

Internamente utiliza un micrmetro para la

medicin de la deflexin

Este instrumento se utiliza ampliamente

como un estndar de calibracin


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Medicin de fuerza (celdas de carga $asadas

en "%tensmetros)

"%tensmetros! #u principio se $asa en el cam$io de laresistencia el&ctrica de un conductor cuando &ste estsu1eto a una deformacin mecnica*

"ste tipo de elementos son ampliamente utilizados en

mediciones de cualquier parmetro que produzcadeformacin de un elemento elstico* "1*! 7uerza,presin, caudal, nivel, temperatura, etc*

"l m&todo consiste en determinar el cam$io en laresistencia para as determinar la deformacin unitaria

La relacin cam$io en la resistencia vs deformacinunitaria, es determinada previamente en un la$oratorio

Inventado por los ingenieros "dard "* #immons y 8rt'urC* 9uge en .:;algas e%tensom&tricas

"n su forma ms com?n, consiste en un estampado

de una lmina metlica fi1ada a una $ase fle%i$le y

aislante* La galga se ad'iere al o$1eto cuya

deformacin se quiere estudiar mediante un ad'esivo

Las principales aleaciones que usan las galgas

metlicas son!

Co$re e 'ierro

0latina y silicialista Constantn! es una aleacin de co$re y nquel que

cuenta con autocompensacin de temperatura


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en e%tensmetros)

#i realizamos un grfico de deformacin unitaria vs

cam$io en la resistencia tenemos!

Donde 7 @ factor de celda

L0L

f

dL

L ==

Lf

Lo

Lo


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en e%tensmetros)

"%isten en el

mercado una gran

variedad de

e%tensmetros que

permiten determinar

deformaciones en

todos los sentidos!

8%ial, transversal,

torsional, etc*


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0uente de A'eatstone

Clculo

Btilizando la -da ley

de irc'off o ley de

mallas! ". I.E9. I.E9- @

". I-E9% I-E9; @

Fc F$ @ F

V= E1 * ( Rx / (Rx+R3)-R1 / (R1+R2))


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#imulando valores

#uponiendo que!

"[email protected] voltios, 9.@9-@9;@. o'ms 0ara 9%@G.!.!-H 9%@GJ!.!-H 9%@G:

Para pequeas variaciones de la resistencia Rx el olta!e

"iene variacin lineal


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Kaller!

>rupos de J

Mediante un grfico, diseen Bds un sistema de

medicin de fuerza utilizando galgase%tensom&tricas (sensor transductor)* "l sistema

de$e de ser capaz de medir de a J gr*

u& dimensiones y material de$er tener el

sensorO

#i cree que tiene algo que asumir, e%plquelo*


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en e%tensmetros)

"l m&todo consiste en ad'erir estos pequeos dispositivos en un

material elstico, de tal manera que al deformarse &ste, deforma

tam$i&n la galga e%tensom&trica*

#i se conoce la deformacin unitaria del galga e%tensom&trica,

es posi$le conocer la deformacin unitaria de la $arra* "sto esaplica$le siempre y cuando el material de la $arra sea

'omog&neo, y geom&tricamente uniforme*

y=fL

3

3

EI

Para flexin# y=fL

AE

Para tensin#


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Imgenes de celdas de carga


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en e%tensmetros)

"%isten varios tipos de e%tensmetros! "%tensmetros de alam$re! consiste en un alam$re

templado alrededor de toda la pieza que se va a deformar

$ilos

Elemento flexible

%us aplicaciones son

limitadas para ciertos

casos espec&ficos'


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en e%tensmetros)

Extensmetro laminar# son lminas ad(eridas en una pel&culaepox) o baquelita' %e los conforma a trav*s de un proceso de

foto+rabado'

Extensmetro semiconductor# estn construidos en base a una

material compuesto de silicio o +ermanio sensible a la deformacin'

"ienen la venta!a de tener valores +randes de ,-./ esto es para

pequeas deformaciones +randes cambios en la resistencia lo que los

(ace ms sensibles que los metlicos'


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en e%tensmetros)


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en e%tensmetros)


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en e%tensmetros)


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en e%tensmetros)


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en e%tensmetros)


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en e%tensmetros)

"n cuanto a los ad'esivos, e%isten diferentes tipos

que estn en funcin de la elasticidad y caractersticas

del e%tensmetro! / de elasticidad, fatiga, etc*

>eneralmente a los e%tensmetros se los coloca

formando un puente de 'eatstone


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>eneralmente para prue$as estticas, su volta1e de

salida se pierde con el tiempo*

"l "fecto 20iezo4 en las piezocermicas se

considera que es 2entrenado4 por lo quedesafortunadamente su alta sensi$ilidad se ve

degradada con el tiempo* "sta degradacin est

altamente correlacionada con la temperatura* Los

materiales de cristal menos sensi$les (fosfato degalio, cuarzo, turmalina) cuando se manipulan con

cuidado tienen mayor esta$ilidad a largo plazo*


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0iezoelectric sensor


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Medicin de fuerza ("lementos 'idrulicos)

"stn formados por un sistema cilindro pistn

La friccin entre el cilindro y pistn 'ace que no se

pueda o$tener una $uena e%actitud*

"ste pro$lema se lo elimina con la utilizacin de unpistn flotante unido mediante un diafragma elstico*

"ienen una +ran capacidad de

car+a 1(asta 23000000 lbf4

Exactitud de 5 0'26

La desventa!a es que son

sensibles a la temperatura'


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Medicin de fuerza ("lementos neumticos)

Consisten de un cilindro operado por un sistemato$era o$turador

"ste sistema permite mantener una posicin de

equili$rio del em$olo gracias a un sistema to$era

o$turadorLa presin del aire alcanzada

indica el peso del cuerpo

%e puede utilizar este sistema

para ran+os de 708+ a 70 "' 9on

una precisin de 50':6

El problema que estos sistemas

requieren mantenimiento )

calibracin frecuente

medición de fuerza

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