Cómo funciona la calculadora de puentes de galgas
Una galga extensométrica cambia su resistencia en proporción a la deformación de la superficie a la que está pegada: ΔR / R = GF × ε, donde GF es el factor de galga, cercano a 2 en las galgas de lámina metálica. El cambio es diminuto. Con 1000 microdeformaciones, una galga de 350 Ω cambia 0,7 Ω; por eso las galgas se conectan en un puente de Wheatstone: el puente convierte un pequeño cambio de resistencia en una tensión que parte de cero.
La calculadora cubre los tres montajes habituales con brazos de resistencia iguales:
- Cuarto de puente. Una galga activa y tres resistencias fijas. Relación de salida GF·ε / 4, reducida ligeramente por el término 1 / (1 + GF·ε / 2).
- Medio puente. Dos galgas activas con deformaciones iguales y opuestas, por ejemplo en las caras superior e inferior de una viga a flexión. Relación de salida GF·ε / 2.
- Puente completo. Cuatro galgas activas, dos a tracción y dos a compresión. Relación de salida GF·ε. Es el montaje que llevan las células de carga y los sensores de par.
Introduzca una deformación para obtener la salida, o una salida medida para obtener la deformación. El cálculo inverso usa la ecuación exacta, incluido el término no lineal del cuarto de puente.
Un ejemplo resuelto
Con GF = 2, 1000 µε y 5 V de excitación:
| Montaje | Relación de salida | Salida a 5 V |
|---|---|---|
| Cuarto de puente | 0,4995 mV/V | 2,4975 mV |
| Medio puente | 1 mV/V | 5 mV |
| Puente completo | 2 mV/V | 10 mV |
El puente completo a 1000 µε da 2 mV/V, la salida nominal impresa en muchas células de carga: una célula de carga es un puente completo cuyo cuerpo elástico alcanza aproximadamente esa deformación a la carga nominal. La calculadora de células de carga continúa desde ahí con la capacidad, la carga muerta y varias células en paralelo.
Por qué el cuarto de puente no es lineal
En un cuarto de puente solo cambia un brazo, así que la corriente por ese brazo cambia con la deformación. Con un factor de galga de 2, la salida queda un 0,1 % baja a 1000 µε y un 0,5 % baja a 5000 µε, y el error tiene el signo contrario en compresión. Los instrumentos para cuarto de puente lo corrigen por software. Los medios puentes y puentes completos con deformaciones iguales y opuestas no tienen este efecto, porque los cambios de los brazos adyacentes lo anulan.
Excitación, corriente y autocalentamiento
Una tensión de excitación mayor da una señal proporcionalmente mayor, pero cada galga disipa (Vex / 2)² / R. Un puente de 350 Ω a 5 V lleva 14,3 mA y cada galga disipa 17,9 mW; a 10 V la potencia es cuatro veces mayor. El calor debe salir por el soporte de la galga hacia la pieza. En acero o aluminio rara vez es un problema; en plásticos y secciones delgadas produce deriva, y la solución habitual es una excitación menor o una galga de 1000 Ω.
De la salida del puente a un número en el controlador
La salida del puente es como mucho de unos pocos milivoltios, y una microdeformación equivale a unos pocos microvoltios o menos. Que una entrada pueda resolverla depende de su ganancia y su resolución: la calculadora de resolución de ADC convierte los bits y la ganancia del convertidor en la magnitud medida por código.
Lo que el cálculo no incluye
- Cables. En un cuarto de puente los cables están en serie con la galga y reducen la sensibilidad; la conexión a tres hilos elimina el efecto de la temperatura de los cables, pero no la pérdida de sensibilidad.
- Temperatura. La deformación aparente por la diferencia de dilatación entre galga y material, y la variación del factor de galga con la temperatura, son propiedades de la galga y de su instalación.
- Tolerancia del factor de galga. Típicamente ±1 %, impresa en el envase de la galga.
- Estado tensional. La tensión mostrada es E × ε, válida para tensión uniaxial. La tensión biaxial requiere una roseta y el coeficiente de Poisson.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una microdeformación?
La deformación es una relación de longitudes y no tiene unidad. Una microdeformación (µε) es un cambio de una millonésima: 1000 µε son un 0,1 %, o un milímetro por metro.
¿Qué factor de galga debo introducir?
El valor del envase de la galga. Las galgas de lámina metálica están cerca de 2,0 a 2,2; las galgas semiconductoras tienen factores mucho mayores, no son lineales y las ecuaciones sencillas de aquí solo las describen de forma aproximada.
¿Por qué mi salida medida difiere del cálculo?
Compruebe la excitación realmente presente en el puente, la resistencia de los cables en un cuarto de puente y si la deformación es de verdad igual y opuesta en las galgas activas. Un puente que no está equilibrado sin carga añade un desplazamiento que el cálculo no incluye.