Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Agronomía Programa Educativo en Industrias Alimentarias Unidad de Aprendizaje: Electricidad y Magnetismo Profesor: Dr. Alejandro Isabel Luna Maldonado
Laboratorio: Calibración y Medición con Galgas Extensiométricas Objetivo: La calibración y el uso de medidores de deformación. Aparato: Galgas extensométricas Barra de acero Soporte para la Barra Contrapesos (en Newtons) Indicador de deformaciones modelo P-3500 Multímetro
Especificación del indicador de deformaciones utilizado en este experimento Marca: Measurements Group - Instruments división Modelo: P 3500 Rango del factor de galga: 0,5 a 9,99 Tipo de galgas: 120 Ω y 350 Ω Operación con Baterias Lecturas: Muestra Muestra la deformación como micro deformaciones deformaciones El instrumento soporta que que las galgas galgas se conecten a un cuarto, medio medio y puente completo. La pantalla se puede configurar la pantalla normal (valor absoluto) o con un factor de amplificación de 10.
Galga Extensiométrica Extensiométrica
Indicador de Deformaciones
Peso del gancho
Contrapesos
Viga en voladizo (cantiléver) Teoría: La resistencia eléctrica de un trozo de alambre es directamente proporcional a la longitud e inversamente a la zona de la sección transversal. La galga extensiométrica se basa en este fenómeno. Si un sensor de deformación resistencia (galga) está conectado correctamente sobre la superficie de una estructura que la cuya deformación se va a medir, el alambre sensor de deformación / película alargado o contraído con la
estructura, y como se ha mencionado anteriormente, debido al cambio en la longitud y / o sección transversal, la resistencia del sensor de deformación cambia en consecuencia. Este cambio de la resistencia se mide utilizando un indicador de deformación (con el circuito puente de Wheatstone), y la deformación se muestra al convertir el cambio de resistencia en deformación. Cada sensor de deformación, por diseño, tiene un factor de sensibilidad llamado el factor de galga que se correlaciona a la deformación y a la resistencia de la siguiente manera: Factor de Gage (F) = ( ∆ R / R) / ε donde: R = Resistencia de una galga sin deformación ∆ R = Cambio en la resistencia del sensor de deformación debido a la deformación por carga aplicada ε= Deformación Según lo especificado por el fabricante de la galga, se establece el factor de galga inicial (como por ejemplo, 2.075) y se hacen las mediciones. En nuestro experimento, se asume que no sabemos el factor de galga del sensor de deformación con el fin de calibrar. Podemos hacerlo mediante el cálculo de la tensión teórica con la fórmula apropiada y ajustando el valor del factor de medidor para que podamos obtener el valor de la tensión teórica en la pantalla del indicador. El factor de galga fijado para que la pantalla coincida con la deformación teórica es el factor de galga calibrado de nuestra galga como se aplica en una estructura particular (una viga en nuestro caso).
Procedimiento: 1. Conecte el sensor de deformación a la superficie de la barra (viga) con cinco pasos básicos: es decir, desengrasado, lijado de superficie, bruñido, el acondicionamiento y la neutralización. 2. Fijar la barra al soporte para que la barra actúe como una viga en voladizo(cantiléver). Mida el largo (L), ancho (b) y espesor (t) de la barra. 3. Mida la resistencia de la galga con el multímetro y anótela. Conecte los dos extremos de la galga como un cuarto de puente como se muestra en el lado interior de la caja amarilla del indicador de deformaciones. 4. Presione el botón de FACTOR GAGE y ajuste el factor de galga (inicial) a 2.075. Este valor es suministrado por el fabricante de la galga a fin de calibrar galgas. 5. Presione el botón AMP ZERO y gire la perilla de modo que la pantalla se ajuste a cero. 6. Presione el botón de RUN y vea lo que la pantalla muestra. Mediante el mando de BALANCE, configure la pantalla a un valor conveniente (cero o cualquier otro valor). Dado que las lecturas van a ser relativas con respecto a un punto, no hay ninguna diferencia si el ajuste inicial es cero o no, siempre que se
tenga en cuenta. Si la configuración inicial no es cero, el valor inicial se debe restar del valor de lectura.
Nota : La deformación que muestra el indicador de deformaciones esta en micro-6 deformaciónes ( µε), es decir. la deformación es igual a la lectura en pantalla de 10 . 7. Mida el peso del gancho (W H ) y conviértalo en Newtons (unidades SI). Añada los contrapesos (W) a la percha y cuélguelos al extremo libre de la viga. Anote la deformación indicada ( ε ). Repita las mediciones por lo menos durante 8 veces y anote los peso y la deformación. Asegúrese que el peso de la percha se incluya. El peso de la propia viga contribuye a la deformación y puede también ser considerado. Sin embargo, puesto que se pone a ceros el instrumento bajo la carga del peso de la viga, es irrelevante para nuestras mediciones.
PRIMER conjunto de observaciones: Observaciones: (CONJUNTO I) Peso W [N]
Número
Deformación ε [ µε ]
1 2 3 4 5 6 7 8
NOTA 1 : W H = m H g = ___kg * 9,81 m / s
2
,p=W+W
H
, espesor t = 3 mm.
SEGUNDA PARTE DEL EXPERIMENTO: 1. Para calcular el esfuerzo teórico, se utiliza la siguiente fórmula. σ = E·ε
NOTA 2 : Modulo de Elasticidad de Young, E = 200 ⋅ 10 9 N / m 2 para el acero, o E = 9 2 70 ⋅ 10 N / m para el aluminio.
Para una viga en voladizo con una carga puntual en su extremo, M\I=σ/y Donde, M
es el momento aplicado, (P * x), donde "x" es la distancia entre el punto de carga y la sección media a la que se fija la galga.
I
es el momento de inercia respecto al eje neutro de flexión o pandeo,
σ
es el valor de tensión en un punto que está a una distancia de
y
desde el eje neutro, y = t /2 porque la galga se fija a la superficie de la viga.
Finalmente, la fórmula para la deformación es: ε = (6 * P * x) / (E * b * t
2
)
2. Calcular los valores teóricos de deformación para al menos 5 valores conocidos de 6 "P". Convertir la deformación en microdeformaciones multiplicándola por 10 . 3. Mida la distancia "x" entre el punto de carga y el sensor de deformación o galga (ver figura). 4. Anote el valor inicial (sin carga) que aparece en la pantalla del indicador de deformación y póngalo a ceros. Cargue la viga con contrapesos y el primer valor que sea un peso conocido para calcularla deformación teorica. 5. Mantener el indicador en el modo RUN, gire la perilla de FACTOR GAGE, para que la pantalla muestre un valor igual a la deformación calculada (teórica) del contrapeso. Presione el botón de FACTOR GAGE y observe el valor del factor de galga. 6. Repita los pasos 4 y 5 para el resto de la "P" y tabule los valores de las lecturas a continuación.
Segunda serie de observaciones: Número
1 2 3 4
Peso (W)
Deformación teórica
Factor de Galga
(N)
( µε )
F=F(ε)
5 NOTA: W H = m H g, p = W + W
H
Se debe esperar que el factor de galga para todos los contrapesos de la segunda parte del experimento sea el mismo a pesar de los diferentes valores de las cargas. Esto implica que el factor de galga es una constante para una galga extensiometrica y depende de su diseño. Sin embargo, debido a diferentes fuentes de errores, los factores de galga de arriba difieren algo y el valor promedio puede ser utilizado.
Ejemplo : primer conjunto de observaciones: Observaciones: (CONJUNTO I) De serie
Peso
Deformación
Número
W [N]
ε [ µε ]
1
2
154
2
4
240
3
5
282
4
7
369
5
9
446
6
10
508
7
12
590
8
14
689
NOTA: W H = m H g, p = W + W
H
Segunda serie de observaciones: Número
Peso
La deformación teórico
W [N]
Factor de Galga F=F(ε)
( µε ) 1
2
134,81
2,381
2
4
209,15
2,274
3
5
246,32
2,268
4
7
320,67
2,280
5
9
395,01
2,282
Promedio
El promedio de todos los 5 factores de galga es 2,297
2,297
