Las galgas extensométricas se basan en la variación de la resistencia de un conductor cuando se le somete a un esfuerzo mecánico. Sea un hilo metalico de longitud l, seccion transversal A y resitividad p, su resistencia electrica sera:
Si se le somete a un esfuerzo longitudinal, cambiaran las tres magnitudes y por consiguiente tambien su resistencia. Segun la ley de Hooke, el cambio del material al palicarle una fuerza F, es:
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Figura 1.2.1 Relacion entre esfuerzos y deformaciones. La escala de la zona elastica esta muy ampliada.
La variacion de la resistividad como resultado de un esfuerzo se denomina efecto piezorresistivo. Esto se debe a cambios en la amplitud de las oscilaciones de los nudos de la red cristalina del metal, afectando asi a la resistividad p y tambien su volumen V.
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donde E es una constante del material, (delta) es la tension mecanica y e (epsilon) es la deformacion unitaria. e es adimensional pero se expresa tambien en microdeformaciones.
Para piezas tridimensionales que tengan ademas de la longitud l una dimension transversal t, al aplicarle un esfuerzo cambiaran ambos valores, esto se expresa por medio de la ley de Poisson:
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donde u es el coeficiente de Poisson, comprendido entre 0 y 0.5.
Es importante destacar que para que se cumplan las condiciones antes señaladas debe evitarse que el material llegue a la zona de fluencia (ver figura 1.2.1), de la grafica tambien se observa que al llegar a la zona de ruptura, el material se deforma permanentemente y ya no es posible regresarlo a su forma original.
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Si se considera una seccion cilindrica de diametro D para el hilo conductor, se tendra:
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donde C es la constante de Bridgman.
Aplicando 2.6 el cambio de volumen se expresara como :
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Si el material es isotropo y no se rebasa su limite elastico, quedara:
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donde K es el factor de sensibilidad de la galga. Asó pues para pequeñas variaciones, la resistencia del hilo metalico deformado puede expresarse de la froma:
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donde Ro es la resistencia en reposo y X=Ke.
Algunos inconvenientes en el empleo de las galgas son:
- No se debe llevar la galga fuera del margen elastico de deformaciones.
- Debe cuidarse de colocar la galga sobre la superficie de forma tal que el esfuerzo sea aplicado transversalmente a ella, cualquier deformacion minima en estado de reposo constituye un cambio de resistencia y por tanto un error.
- Cualquier cambio de temperatura en la superficie donde se coloca, provocara un cambio de resistencia.
Dependiendo de la necesidad a la que se requiere someter a la galga, o simplemente de disminuir su sensibilidad a la temperatura y otros factores, se tienen diversos tipos de galgas como los que se muestran en la figura 1.2.2:
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Figura 1.2.2.Diversos tipos de galgas metalicas y semiconductoras, con y sin soporte
Las galgas se pueden aplicar a:
- Medida de fuerza
- Medida de presión
- Medida de desplazamientos pequeños
- Medida de vibracion
Algunas de estas aplicaciones se aprecian en la figura 1.2.3:
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