Sistema para la medición de deformación usando galgas extensiométricas metálicas

Gamil Rodríguez Rodríguez, Arturo Hernández González, Alejandro Llanusa, Jorge Ramírez, Beltrán Resumen
unpublished
La forma usual de evaluar partes estructurales de máquinas, construcciones, vehículos, aeronaves, y otras estructuras está basada en el cálculo de la fortaleza de los materiales ante fuerzas externas. Una propiedad que representa la resistencia de los sólidos es la deformación mecánica. Es indispensable el registro y análisis de esta propiedad para caracterizar los materiales que los constituyen. En este trabajo se exponen el diseño de hardware y la implementación del firmware del prototipo de
more » ... n sistema que tiene como objetivo medir la deformación mecánica en la superficie de una viga de acero en flexión mediante galgas extensiométricas metálicas. Para reducir los errores de medición se implementó un nuevo método de compensación mediante el uso de un DSSP (Digital Sensor SignalProcessor). Se realizó además una instalación mecánica cuyo modelado matemático permitió poner a punto el sistema diseñado. En la evaluación del desempeño del prototipo se obtuvo un error del orden de 1% de la amplitud nominal. Palabras claves: galgaextensiométrica, deformación, DSSP. The common way of assessing structural parts of machines, buildings, vehicles, aircraft and other structures is based on the calculation of the strength of materials to external forces. A property representing the resistance of the solid is the mechanical deformation. The recording and analysis of this property to characterize solid materials are very important. This paper exposes the design made of hardware and firmware implementation of a prototype system that aims to measure the mechanical deformation on the surface of a steel beam in bending using metallic strain gauges. In order to reduce measurement errors a new compensation method was implemented via DSSP (Digital Sensor Signal Processor). A mechanical system which is modeled mathematically to tune the designed system was also carried out. From evaluation of prototype performance an error of about 1% over the span of measurement was obtained. System for measurement of deformation using metallic strain gauges. INTRODUCCIÓN Las deformaciones mecánicas fueron ampliamente estudiadas por el científico inglés Robert Hooke (1635-1703). Hooke descubrió la relación entre las fuerzas externas que se aplican a un material y la deformación que estos sufren, recogiendo sus estudios en la denominada ley de Hooke [1]. La magnitud que representa la deformación mecánica se designa por ɛ, la cual es adimensional y expresa, a grandes rasgos, el cambio de longitud sobre la longitud inicial como muestra la expresión siguiente. (1) La galga extensiométrica metálica fue inventada por los ingenieros Edward E. Simmons y Arthur C. Ruge en 1938. Este sensor se adhiere a los sólidos y hace una lectura directa de la deformación promedio bajo su superficie. La lectura se realiza al transmitirse la deformación de la superficie del objeto de estudio al cuerpo del sensor. Un esfuerzo que deforma a la galga metálica producirá una variación en su resistencia eléctrica. Esta variación puede ser por el cambio de longitud, el cambio en el área de la sección transversal, el cambio generado en la resistividad del sensor o una combinación de estos. La expresión teórica general de estos sensores se presentaen la ecuación 2 donde K es el factor de proporcionalidad entre la variación relativa de resistencia del sensor y la deformación mecánica. Este parámetro es conocido como factor de galga y es el parámetro más importante del sensor [2]. 80
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