Fuerzas y sensores de fuerza. Fuerzas y sensores de fuerza

Transcripción

1 Fuerzas y sensores de fuerza Fuerzas en la naturaleza: Fuerzas y sensores de fuerza Dinámica Fueron enunciadas por Isaac Newton en 1687: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica Primera Ley o Ley de Inercia Introduce el concepto de inercia y sistema de referencia inercial Segunda Ley Relaciona fuerza, masa y aceleración Tercera Ley o Principio de acción y reacción Relaciona las fuerzas mutuas que ejercen los cuerpos

2 Fuerza produce deformaciones Esfuerzo (σ ) = F / A [σ] = N/m2 Deformación (ε ) = variación de longitud dividido longitud inicial =ΔL / L Se puede aprovechar para medir fuerzas a través de la medida de deformaciones! (el resorte es un sistema sencillo apropiado que enta en esta Categoría) Fuerza produce deformaciones Dos clases de sensores de fuerza electrónicos: basados en materiales pizoeléctricos tipo strain gauge

3 Materiales piezoeléctricos Materiales que al ser sometidos a tensiones mecánicas generan una polarización eléctrica en su interior, lo que produce una diferencia de potencial eléctrico en su superficie. Energía Mecánica Energía Eléctrica Es el tipo de material que se usa para los encendedores, por ejemplo. Ventaja: generan una señal de valor elevado, por lo que pueden conectarse directamente a un lector de señal de salida. Desventaja: no genera una respuesta lineal. Strain Gauge (medidores de deformación) Materiales que cambian su resistencia eléctrica cuando sufren un esfuerzo. Esfuerzo (σ) = F / A [σ] = N/m2 Deformación (ε) = variación de longitud dividido longitud inicial = ΔL/ L ΔL/ L 5 x 10-3 en materiales metálicos

4 Las celdas que miden mediante strain-gages trabajan traduciendo el valor de la fuerza que actúa sobre ellas en una señal eléctrica de una dada magnitud. Mediante un circuito eléctrico se puede trasformar la variación de resistencia en una señal de voltaje pequeña, que debe ser luego amplificada en un circuito electrónico. Ventaja: respuesta lineal Desventaja: señal pequeña, pero se puede amplificar con amplificadores de respuesta lineal Sensor de Fuerza PASCO (con strain gauge = medidor de deformación) Botón de tara, fija la señal de salida en cero independientemente de la carga Gancho tornillo sensor Sensor analógico del tipo Strain Gauge

5 Sensor de Fuerza (con strain gauge = medidor de deformación) Al empujar o tirar del gancho tornillo sensor la pieza se deforma y esto induce modificaciones en el circuito strain gage que dan lugar a variaciones en la señal. Las deformaciones son de menos de 1 mm. Las variaciones de la señal son pequeñas y requieren de amplificación que se logra con un circuito ad-hoc. El sensor tiene incluida una protección para impedir daño por sobrerecarga.

6 Especificaciones: -Rango de medida: ±50 N (± 8 V, lineal) (+50N, empujando; -50N tirando). -Elección del cero: botón de Tara -Resolución: N -Ruido en la señal de salida: ± 2 mv -Máxima variación por unidad de tiempo detectable: 25 N/ms (todo el rango en 4 ms ) -Variación de frec. de muestreo: (fast) 2 a Hz y (slow) 1 a 3600 s - Relación Fuerza-Voltaje: 160 mv / N Calibración (incerteza sistemática ): viene calibrado -Calibrarlo con la orientación en que se mide (peso de la barra de Al ). Cuidado con enroscar demasiado el tornillo de fijación!!

7 Procedimiento de calibración en el laboratorio: 1)marque dos veces con el cursor sobre el ícono del sensor, se abrirá el menú de diálogo y mostrará los valores preestablecidos para la calibración: 50 N a 8V -50N 2) Con el sensor descargado apriete el botón de tara, indicarle que F= 0 N ( 0 Volt) 3) Cuando la lectura del la fila cur value debajo de la columna Volts se estabilice marque el boton read en la fila low value y entre el valor cero en el recuadro de las izquierda. 4) Cuelgue del sensor una masa de valor conocido. (9,8 N por ej.), dejar estabilizar la lectura, e indicar -9,8N (convención de signos ). 5) Marque OK 6) SIEMPRE tarar (sin fuerzas externas) antes de comenzar una nueva medida. 7) Si las medidas serán largas (>1-2 ), dejar reposar 2-4 hasta que el Al se deforme ante el peso patrón y luego quitar y tarar de inmediato.