Circuitos de corrección de puente de extensómetro.
Cuando tensiones estáticas o el componente estático de una tensión mecánica variable va a ser medido, el circuito más conveniente es el puente de Wheatstone, se mostró previamente en la figura. El puente está en equilibrio (E = 0) cuando
Consideremos ahora un puente en el que los cuatro brazos son galgas extensométricas separados. Supongamos que el puente está inicialmente equilibrado, de modo que R1R3=R2R4 y E = 0. Un tensión mecánica en las galgas causará un cambio en cada valor de las resistencias R1, R2, R3, y R4 en cantidades incrementales Δ R1, Δ R2, Δ R3, y Δ R4, respectivamente.
Otra ventaja de utilizar un puente de cuatro galgas, además del aumento de la salida, es el efecto sobre la sensibilidad a la temperatura. Si las galgas se encuentran muy juntas, como en un diafragma transductor de presión, las mismas serán sometidas a la misma temperatura. Por lo tanto el cambio de resistencia debido a la temperatura será la misma para cada uno de los brazos del puente Wheatstone. Si los cambios de resistencia de la galga debido a la temperatura son idénticos, los efectos de la temperatura se cancelarán y la tensión de salida del circuito no aumentará ni disminuirá debido a la misma.
La tensión de salida del puente de Wheatstone se expresa en milivoltios de salida por voltio de entrada. Por ejemplo, un transductor de rango de 3,0 mV / V a 500 psi (~ 73 kPa) tendrá una señal de salida de 30,00 mV para una entrada de 10 voltios a 500 psi (~ 73 kPa) o 36,00 mV para una entrada de 12 voltios. Cualquier variación en el suministro de alimentación directamente va a cambiar la salida del puente. En general, la regulación del suministro de energía debe ser 0,05 por ciento o mejor.
En la producción, las cuatro galgas en un puente de Wheatstone nunca llegan a ser exactamente iguales para todas las condiciones de deformación y temperatura (incluso en el proceso de semiconductor difundido). Por lo tanto diversas técnicas se han desarrollado para corregir las diferencias en los sensores de tensión (galgas) individuales y hacer que el puente de galgas sea más fácil de usar con instrumentación electrónica. Cuatro valores principales normalmente necesitan ser ajustados (ver figura): (1) desequilibrio del puente eléctrico, (2) cambio de equilibrio con la temperatura, (3) cambio de alcance, de sensibilidad o de salida del puente con la temperatura, y (4) la normalización del puente, o sea salida a un valor dado de milivoltios por voltio. Otras características del transductor tales como la precisión, linealidad, histéresis, efecto de aceleración, y la deriva son parte del diseño del elemento transductor (brazo o diafragma) y no pueden corregirse después que el puente se ha producido.
Figura. Circuito transductor de galgas con cuatro elementos de galgas activas (R1, R2, R3, y R4). Las resistencias de balance, sensibilidad, y compensación térmicas también se muestran.
La figura muestra el diagrama del circuito de un puente de Wheatstone con resistencias de ajuste. Una esquina del puente (puntos D y E) permanece "abierta", de modo que el puente se puede ajustar eléctricamente. Esto significa que cinco puntas salen de los cuatro sensores. El ajuste de balance de cero compensa el desequilibrio eléctrico en el puente causado por resistencias desiguales de las galgas extensométricas. Dependiendo de que pierna esté desequilibrada, Rza se coloca entre los puntos E y F o entre los puntos D y F. El balance de cero cambia con la temperatura, y RZC se inserta dentro del puente para corregir este cambio. Un pequeño trozo de alambre de níquel se selecciona para proporcionar un cambio de resistencia opuesto a la variación de la resistencia del puente. Rsc es también un termistor de temperatura o sensor que cambia la resistencia con la temperatura para ajustar la excitación al puente. Los valores para Rzc y Rsc tienen que seleccionarse haciendo funcionar cada puente sobre el rango de temperatura deseada [por lo general -65 a 300 ºF (-54 a 149 ºC)]. RSA es un resistor no sensible a la temperatura , y se utiliza para ajustar la salida a un valor preciso de milivoltios por voltio una vez que todos los resistores de balance y sensibles a la temperatura hayan sido insertados dentro del puente. El usuario de los transductores no se ve afectado porque todos estos circuitos están contenidos dentro del transductor y no interfiere con las conexiones de amplificadores, fuentes de alimentación o equipos.
Un puente de Wheatstone también se puede utilizar en aplicaciones que requieran sólo una o dos galgas extensométricas activas. Para compensar la temperatura en aplicaciones de dos galgas, las mismas deben estar situadas en los brazos adyacentes del puente, como se muestra en la figura siguiente.
Figura. Circuito de puente de Wheatstone que utiliza dos galgas de medición. (Gage "A" y Gage "B")
Al colocar los extensómetros, sólo se tiene que reconocer que el puente está desequilibrado en proporción a la diferencia de las tensiones de las galgas situadas en los brazos adyacentes y en proporción a la suma de las tensiones de galgas situadas en los brazos opuestos.
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