10-10 GALGAS
Las galgas se usan en la industria para medir
con precisión fuerzas grandes, especialmente grandes pesos. También hay galgas
diseñadas para medir fuerzas pequeñas, pero no son tan comunes. Una galga básicamente
es un alambre de resistencia cementado de manera firme en la superficie de un
objeto resistente que entonces recibe una fuerza. Esto es, el objeto se estira
o se comprime ligeramente, dependiendo de si siente una fuerza de tensión o
compresión. El alambre de resistencia, que está adherido a la superficie del
objeto, también se distorsiona ligeramente. La distorsión del alambre cambia su
resistencia, que es detectada y relacionada con el valor de la fuerza.
Lo que mide en realidad una galga es la tensión, que es el cambio en la longitud del objeto
resistente como un porcentaje de su longitud original. La tensión del objeto
resistente representa la fuerza aplicada al objeto mediante la ley de Hooke,
que dice que
F/A=YE=Y(AL/Ao)
Donde
F significa la fuerza aplicada al objeto (en la dirección de la
distorsión); A es el área de sección transversal del objeto; Y es
el módulo de Young, que depende del material en particular del que está
construido el objeto; y € es la tensión, el cambio en longitud por unidad de
longitud original (€ = AL/L0). El punto importante es que el
cambio en la longitud del objeto depende de la fuerza aplicada al objeto y
puede relacionarse con la fuerza en una base uno a uno.
La resistencia del alambre que abarca la galga depende de la longitud y la
seccon transversal del alambre, como se muestra por
R =pL/A
En la ecuación (10-2), R significa la resistencia del alambre en ohms; p es la resistividad del
material del alambre, una propiedad particular del material usado; L es
la longitud del alambre: y A es el área de la sección transversal del
alambre. Puede verse que cuando el alambre es estirado ligeramente, la
resistencia R se incrementará debido a que la longitud aumentará y el
área A disminuirá. Por otra parte, si el alambre es comprimido
ligeramente, R disminuirá porque la longitud L disminuirá y el
área de sección transversal aumentará. Por tanto, la resistencia del alambre
depende del cambio de longitud del alambre y puede relacionarse con ese cambio
de longitud cn una base uno a uno.
En resumen, la resistencia del alambre depende de la longitud y área de sección
transversal del alambre, y la longitud del alambre depende del objeto
resistente, ya que están pegados. La longitud del objeto depende de la fuerza
aplicada, por lo que el resultado final es que la resistencia del alambre
depende de la fuerza aplicada. Midiendo precisamente el cambio de resistencia
se puede medir la fuerza.
En la figura 10—29(a) se muestra una vista superior de
una galga. en ángulo recto con la superficie de montaje. El alambre de
resistencia generalmente es una aleación de cobre y níquel con un diámetro de
aproximadamente una milésima de pulgada (
En la figura 10—29(b) se muestra una galga montada en
la superficie que sufrirá el esfuerzo. La base se coloca de manera plana contra
la superficie (la superficie puede ser curva como en la figura 1 0—29(b). y la galga completa es cubierta totalmente con
un adhesivo especial. El pegamemito establece un contacto firme entre la
rejilla de alambre y la superficie de esfuerzo del objeto resistente. Debido a
este contacto estrecho, y debido a que el alambre practicamente no tiene una
fuerza propia para resistir la elongación o compresión, se estira y se comprime
exactamente la misma distancia que el Objeto resistente. El esfuerzo de la
rejilla de alambre por tanto es exactamente el mismo que el esfuerzo del Objeto
resistente.
El cambio porcentual de la resistencia 1ara un cambio porcentual dado en la
longitud se llama factor de calibre de la galga. En forma de fórmula.
Gf(factor de calibre)=(AR/R)/(AL/L)=(AR/R)/E
La mayoria de las galgas industriales
tienen un faclor de calibre de aproximadamente 2. Esto significa que si la longitud del objeto cambia 1 % (E=-0.0
1), la resistencia de la galga cambia 2%.
Una galga conectada a un circuito puente se muestra en la figura 10—29(c). El puente generalmente está diseñado para estar
balanceado cuando la fuerza ejercida sobre el objeto resistente es igual a
cero. Un potenciómetro de ajuste puede agregarse a una de las ramas del puente
para ajustar el balance exacto a una fuerza cero. A medida que se aplica
tuerza, el puente se desbalancea, el voltaje a través del puente puede
relacionarse con la cantidad de fuerza. Una fuerza mayor crea un mayor cambio
en la resistencia de la galga y una salida de voltaje mayor del puente.
Para compensar los efectos de la temperatura, puede montarse una segunda galga,
idéntica a la primera, en ángulo recto con la línea de aplicación de la fuerza.
La fuerza no tiene efecto en esta galga. pues éste no está alineado con la
fuerza. La galga está conectada al puente como se muestra en la figura 10—29(e), y está etiquetada como galga pasiva. La
galga sensora de fuerza se llama entonces galga activa. El propósito de
la galga pasiva es cancelar los cambios de resistencia asociados con la
temperatura de la galga activa. Al experimentar ambas la misma temperatura,
cualquier cambio de resistencia en la galga activa debido a las variaciones de
temperatura también aparece en la galga pasiva. Debido a que el error aparece
en ambos lados del puente, se cancela.
Para una medición precisa de peso se usa un objeto cuidadosamente conformado y
maquinado que contiene varias galgas. Éstas son colocadas estratégicamente en
las superficies maquinadas a diferentes ángulos para proporcionar la mayor
estabilidad térmica. Las galgas mismas están diseñadas para proporcionar una
relación lineal entre el voltaje de salida del puente y la fuerza (peso) del
objeto maquinado. El objeto, en combinación con sus galgas, se llama entonces celda
de carga. Las básculas exactas para la medición de pesos grandes casi
siempre usan celdas de carga como transductores.