Galgas Extensométricas: Principios, Tipos y Medición de Deformaciones

Galgas Extensométricas: Fundamentos y Aplicaciones

Las galgas extensométricas son elementos que presentan un cambio de resistencia frente a la deformación a las que se les somete. El procedimiento consiste en pegar este tipo de sensor a las estructuras mecánicas donde se desee realizar una medición de carga. Estas informan de las deformaciones que se producen en los materiales bajo los efectos de la temperatura (T) o cuando se les somete a una tensión máxima de trabajo. Su utilización se asienta en las propiedades de elasticidad, regidas por la ley de Hooke.

Tipos de Galgas Extensométricas

• Galgas Metálicas

  Su resistencia es sensible a cambios de longitud y sección. Pueden ser de filamento o peliculares.

  • Galgas de Filamento

    Se construyen a partir de un hilo, generalmente de aleaciones de cobre (Cu) con níquel (Ni) o cromo (Cr), unido en la disposición adecuada mediante fuertes adhesivos a un soporte aislante que, a su vez, se encola a la pieza mecánica.

  • Galgas Peliculares

    Utilizan un método de serigrafía por ataque químico para imprimir la disposición del material conductor.

  El texto original menciona una relación para el incremento de resistividad:

  Δρ = K • ΔV

  Donde Δρ es el incremento de la resistividad (ρ, letra griega ro) y ΔV es el incremento de volumen. (Nota del profesor: Esta formulación es poco convencional para el factor de galga, que generalmente relaciona el cambio de resistencia con la deformación unitaria.)

  Como en la zona lineal la deformación es proporcional a la tensión, la variación de la sección del hilo por la tensión mecánica provocará un cambio en la resistencia. Este cambio se relaciona con la deformación del material.

  Para deformación longitudinal, la relación fundamental es:

  ΔR/R = K • ΔL/L

  Donde:

  • ΔR es el cambio en la resistencia.
  • R es la resistencia inicial.
  • K es el factor de galga.
  • ΔL es el cambio en la longitud.
  • L es la longitud inicial.

  En general, el cambio de resistividad resultará ser proporcional a la deformación. La resistencia final (R) de la galga se puede expresar como:

  R = R₀(1 + K • ε)

  Donde R₀ es la resistencia inicial, K es el factor de galga y ε (épsilon) representa la deformación unitaria.

• Galgas Semiconductoras

  Poseen mucha más sensibilidad frente a los cambios de longitud por la deformación en comparación con las metálicas.

Captación y Tratamiento de Señales

Dado que se trata de elementos resistivos, lo más adecuado para la captación y tratamiento de las señales, a fin de obtener una medida coherente, son los puentes de corriente continua, como los Puentes de Wheatstone.

Compensación de Temperatura

Este tipo de componentes resistivos están sometidos a la dependencia con la temperatura (T). Es por ello por lo que se investigan topologías de puentes capaces de eliminar las variaciones debidas a los cambios climáticos.

Uno de los métodos para compensar este error es el uso de un puente de medida resistivo para la determinación de tensiones mecánicas con galgas extensométricas. En esta configuración, cualquier variación resistiva por efecto de las condiciones externas afectará por igual a ambas galgas, y la tensión eléctrica en el punto que las une no cambiará. Esto no es cierto si solo una de ellas se somete a un esfuerzo mecánico, en cuyo caso el puente medirá correctamente la deformación.

Colocación de las Sondas

La colocación de las sondas en las estructuras es el principal factor para conseguir medidas correctas. En primer lugar, se deberán elegir correctamente los puntos críticos sobre la superficie del material que evidencien las deformaciones principales de las fibras. Luego, se trata de colocar el compuesto adecuado para que la galga quede unida firmemente a la estructura.