Buenas noches estimados lectores.
En el día de hoy vamos a continuar con la teoría de los sensores; en este caso hablaremos acerca del sensor de deformación o el deformímetro. Empecemos.
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| Figura 1: Deformímetro a) de alambre, b) de hoja de papel metálico, c) semiconductor |
Elemento con deformímetro en sensores de desplazamiento
Un deformímetro de resistencia eléctrica es un alambre metálico, (figura 1-a), una cinta de papel metálico, (figura 1-b), o una tira de material semiconductor en forma de oblea que se adhiere a la superficie como si fuera un sobre de correo o una tarjeta postal, (figura 1-c).
Este tipo de elemento cambia su resistencia cuando se somete a algún esfuerzo. Este cambio es proporcional a la fuerza ejercida en la deformación sobre el. El cambio en la resistencia esta dado por :
La constante de proporcionalidad G se conoce como factor de calibración. Dado que el esfuerzo al que el elemento se ve sometido es la razón de cambio de longitud/longitud original, entonces el cambio en la resistencia de un deformímetro es una medición del cambio en la longitud del elemento al que está unido dicho deformímetro.
El factor de calibración de los deformímetros de alambre metálico o de cinta de papel metálico de los metales más usados es de casi 2.0. Los factores de calibración de los deformímetros de semiconductor de silicio tipo P y N son de alrededor de +100 o más para el silicio tipo P y de -100 para el tipo N. Por lo general el fabricante del deformímetro proporciona el factor de calibración que hace a una muestra de deformímetros de un lote. Para hacer la calibración de los deformímetros en necesario someter a esfuerzos cuyo valor se conoce de antemano y se mide el cambio en la resistencia. Un problema en todos estos elementos de sensado de deformación es que su resistencia no sólo cambia con el esfuerzo sino que también con la temperatura. Por tal motivo es necesario utilizar métodos que eliminen el efecto adverso que tiene la temperatura en los deformímetros. Profundizaremos estos métodos en tip de diseño electrónico, en mi blog. Los deformímetros de semiconductor tienen mayor sensibilidad a la temperatura que los deformímetros metálicos.
Para ejemplificar el asunto consideremos que tenemos un deformímetro de resistencia eléctrica con resistencia de 100 ohmnios y el factor de calibración de 2.0. ¿cuál es el cambio de la resistencia del deformímetro cuando se somete a un esfuerzo de 0.0001? El cambio fraccionario de la resistencia es igual al factor de calibración multiplicado por el esfuerzo, es decir:
Cambio en la resistencia = 2.0 x 0.001 x 100 = 0.2 ohmnios
Un tipo de sensores de desplazamiento utiliza deformímetros unidos a elementos flexibles en forma se viga voladiza, anillos o U, (Figura 2). Cuando el elemento flexible se dobla o se deforma debido a las fuerzas que se le aplican en un punto de contacto que se desplaza, los deformímetros de resistencia eléctrica montados en el elemento se someten a un esfuerzo y producen un cambio en la resistencia, el cual es posible monitorear. Este cambio es una medida del desplazamiento o deformación del elemento flexible. Estos elementos se utilizan por lo general en desplazamientos lineales del orden de 1 mm a 30 mm y su error por la no linealidad es de más o menos 1% de su rango total.
El factor de calibración de los deformímetros de alambre metálico o de cinta de papel metálico de los metales más usados es de casi 2.0. Los factores de calibración de los deformímetros de semiconductor de silicio tipo P y N son de alrededor de +100 o más para el silicio tipo P y de -100 para el tipo N. Por lo general el fabricante del deformímetro proporciona el factor de calibración que hace a una muestra de deformímetros de un lote. Para hacer la calibración de los deformímetros en necesario someter a esfuerzos cuyo valor se conoce de antemano y se mide el cambio en la resistencia. Un problema en todos estos elementos de sensado de deformación es que su resistencia no sólo cambia con el esfuerzo sino que también con la temperatura. Por tal motivo es necesario utilizar métodos que eliminen el efecto adverso que tiene la temperatura en los deformímetros. Profundizaremos estos métodos en tip de diseño electrónico, en mi blog. Los deformímetros de semiconductor tienen mayor sensibilidad a la temperatura que los deformímetros metálicos.
Para ejemplificar el asunto consideremos que tenemos un deformímetro de resistencia eléctrica con resistencia de 100 ohmnios y el factor de calibración de 2.0. ¿cuál es el cambio de la resistencia del deformímetro cuando se somete a un esfuerzo de 0.0001? El cambio fraccionario de la resistencia es igual al factor de calibración multiplicado por el esfuerzo, es decir:
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| Figura 2: Elementos con deformímetro. |
Un tipo de sensores de desplazamiento utiliza deformímetros unidos a elementos flexibles en forma se viga voladiza, anillos o U, (Figura 2). Cuando el elemento flexible se dobla o se deforma debido a las fuerzas que se le aplican en un punto de contacto que se desplaza, los deformímetros de resistencia eléctrica montados en el elemento se someten a un esfuerzo y producen un cambio en la resistencia, el cual es posible monitorear. Este cambio es una medida del desplazamiento o deformación del elemento flexible. Estos elementos se utilizan por lo general en desplazamientos lineales del orden de 1 mm a 30 mm y su error por la no linealidad es de más o menos 1% de su rango total.
Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz
Fuentes:
- Mecatronica,Sistemas de control electrónico en ingeniería mecánica y eléctrica., W. Bolton. Segunda edición. Alfaomega.
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