Extensiometria Conceptos basicos

1 4

3

2

V

EV

S

R2 R3

R1 R4

M. MARTN, F. ROURE i J. SANZ, Extensometria III (Tem-UPC, 1992) 9

7 Instrumentaci I

La instrumentaci utilitzada en extensometria fa les funcions bsiquessegents:

- Alimenta el pont de Wheatstone - Completa i equilibra el pont - Amplifica el senyal - Permet visualitzar o enregistrar el senyal

7.1 Alimentaci del pont

En primer lloc cal recordar l'esquema general del pont de Wheatstone (figura7.1).

Figura 7.1

7 INSTRUMENTACI I 7.1 ALIMENTACI DEL PONT

10 M. MARTN, F. ROURE i J. SANZ, Extensometria III (Tem-UPC, 1992)

L'alimentaci s un sistema capa de subministrar al captador l'energianecessria perqu generi un senyal proporcional a la magnitud que s'ha demesurar.

Es pot fer amb corrent continu o altern. Fa prop de vint anys, aquesta qestiera clau, pel fet que els amplificadors de corrent continu eren instrumentsd'una gran complexitat, excessiva per aconseguir una estabilitat raonable.Avui en dia el problema s'ha vist molt redut, perqu existeixen amplificadorsde corrent continu molt simples i de prou estabilitat per a una gran quantitatd'aplicacions. Els sistemes d'alimentaci de freqncia portadora tenen unalimitaci important relacionada amb les freqncies dels fenmens quemesuren: la freqncia del corrent d'alimentaci ha de ser aproximadamentcinc vegades ms gran, amb la qual cosa, si es pretn realitzar mesuramentsdinmics, s'arriba fcilment a necessitar freqncies d'alimentaci altes, quetornen "malaltissos" els sistemes de mesurament. Els efectes de la capacitata les branques del pont adquireixen importncia. Un simple moviment delscables de connexi de les galgues pot originar senyals tan importants com elsenyal que s'ha de mesurar. Es necessita, a ms, un equilibratge capacitiu,perqu el simplement resistiu no permet ajustar a zero la sortida del pont.

De tota manera, per a fenmens esttics o quasi esttics es pot utilitzar equipsamb excitaci a baixes freqncies, entre 150 i 1.000 Hz. Aquests equipspresenten unes caracterstiques d'estabilitat excellents i resulten idonis per amesuraments esttics. Per a mesuraments dinmics, generalment convutilitzar una alimentaci de corrent continu.

s interessant observar qu succeeix a la sortida del pont, en cas que s'utilitzitensi contnua o alternativa. Si s'utilitza una tensi contnua, lesdeformacions de tracci donen lloc a sortides positives i les de compressi, anegatives. En cas que s'utilitzi una alimentaci alterna, no t sentit parlar depolaritat. El que passa s, que per al cas de tracci, la sortida est en fase ambl'alimentaci i, per al cas de compressi, en contrafase. Aix s'illustra a lafigura 7.2.

en fase

en contrafase

Alimentaci

Sortida positiva,

Sortida negativa,



Figura 7.2

Aix permet discriminar la polaritat.

Les alimentacions, en la majoria dels casos, sn de tensi constant en eltemps. De tota manera, s'han fet equips d'intensitat constant. Aquests sistemespermeten evitar l'error de linealitat dels muntatges de pont alimentats ambtensi constant, als quals es feia referncia en seccions anteriors. El mateixsistema imposa en el pont un flux d'intensitat constant. Sn uns sistemes, per,que resulten ms cars i complicats.

A continuaci, s'indiquen altres caracterstiques d'inters de les alimentacions,amb alguns comentaris:

a) Estabilitat de la tensi d'alimentaci

Aquest punt s de gran importncia. Cal recordar que la V incideixEdirectament a la tensi de la sortida del pont. Aquest punt no se solindicar en els catlegs. De tota manera, la majoria d'aparells tenen unaestabilitat correcta. En aparells amb conversi analgico-digital delsenyal, si la tensi del pont s'aplica com a referncia del convertidoraquest problema desapareix.



b) Estabilitat de la freqncia (amb alimentaci de corrent altern)

Una variaci de la freqncia portaria a errors, sobretot perqumodificaria la resposta de l'amplificador, previst per treballar entre lmitsbastant exactes. No s'ha de confondre aquest terme amb la tolerncia defreqncies respecte al valor nominal que donen els fabricants.

c) Protecci contra curtcircuits

La majoria d'aparells tenen a la sortida un sistema de protecci contra unpossible curtcircuit, cosa que en els muntatges extensomtrics es potproduir amb facilitat.

d) Nivell de soroll

s especialment important en els aparells de corrent continu. El possiblesoroll existent en el senyal d'alimentaci apareix a la sortida del pont. Elsaparells actuals, normalment, tenen caracterstiques excellents en aquestaspecte.

e) Possibilitat de selecci de valors de tensi

Aix resulta interessant quan s'ha de realitzar diversos tipus de mesura-ments.

f) Potncia mxima subministrable

En alguns casos, pot ser convenient alimentar diferents ponts a la vegada,amb la qual cosa es necessita un corrent ms elevat. Aquesta caracte-rstica se sol especificar com a resistncia mnima de crrega; aix, perexemple, un aparell amb resistncia mnima de crrega de 40 S potalimentar tres ponts complets de 120 S a la vegada.

Rp V 'EEV

Ra

Ra

1

2

3

4

I 'VE

Rp % 2Ra'

V )ERp

Ra 'Rp (VE & V

)

E)

2VE



(1)

(2)

En el cas que interessi tenir una tensi ms reduda que la que subministra undeterminat aparell, es pot obtenir amb el sistema segent (figura 7.3).

Figura 7.3

Es t

D'aqu es dedueix que el valor de resistncia en srie que cal connectar al'alimentaci s

Conv connectar la resistncia de dessensibilitzaci, muntada simtri-cament a un i altre costat del pont, per mantenir constant la tensi encom a la sortida.

)RGRG

' K @ g

)RG ' RG @ K @ g

R)G ' RG % )RG

7 INSTRUMENTACI I 7.2 SISTEMES DE CALIBRATGE I EQUILIBRATGE


(3)

(4)

(5)

7.2 Sistemes de calibratge i equilibratge

En primer lloc, s'analitzen els sistemes de calibratge. s important fer unaprecisi: un sistema de calibratge pot servir per ajustar nicament l'instru-ment, o b per ajustar tot el sistema de mesurament, galgues i cables inclosos.

A continuaci s'analitzaran els sistemes d'equilibratge.

Calibratge amb una caixa de dcades

Normalment, aquestes caixes tenen cinc dcades de resistncia de moltaprecisi. Permeten ajustar valors de resistncia corresponents al d'una galgaamb una certa deformaci. Tot seguit, es veu com es pot calcular la resistnciad'una galga, que se suposa, inicialment, d'un valor R (per exemple, 120 S),Gquan se li produeix una deformaci, g.

Se sap que

amb la qual cosa la variaci de resistncia s

El nou valor de resistncia de la galga, R' , sG

)R s positiu si la galga s'allarga i negatiu si s'escura.G

Aix es pot veure amb un exemple. Es decideix que es vol calcular laresistncia que tindria una galga de 120 S si s'allargus 1.000 m/m. Sesuposa K = 2:

)RG ' RG @ K @ g ' 120@ 2 @ 1.000@ 10&6 ' 0,24S

R)G ' 120% 0,24 ' 120,24S



(6)

El procs que s'ha de seguir amb la caixa de dcades s, per tant:

1 Substituir una galga per la caixa de dcades 2 Ajustar R a la caixa (120 S a l'exemple)G 3 Equilibrar a zero l'instrument 4 Ajustar R' = R + )R a la caixa (120,24 S)G G G 5 Ajustar la lectura de l'instrument a 1.000 m/m

Amb aix el calibratge queda concls.

En el mercat, aquestes caixes de dcades existeixen en versions diferents.Alguns tipus indiquen directament els valors de deformaci.

Calibratge amb una resistncia en parallel

Aquest procediment resulta molt simple. Fent el calibratge directament sobreels terminals de la galga i fent els ajustaments pertinents, s'eviten correccionsde cable, etc.

Cal pensar que el fet de collocar una resistncia en parallel amb una galgaprodueix, des del punt de vista elctric, exactament el mateix efecte que si laresistncia es deforms. Aix, calibrant d'aquesta manera, ja es tenen encompte, de manera automtica, els efectes de dessensibilitzaci causats pelsfils.

Fent el calibratge sobre la galga activa s'obt un efecte equivalent a l'escur-ament d'aquesta galga (disminuci de resistncia).

El mtode consisteix a collocar en parallel amb els terminals de la galga unaresistncia, que anomenarem R . Prviament cal tenir el pont equilibrat. Enccollocar la resistncia en parallel es produeix la lectura corresponent i,ajustant el guany del pont, s'aconsegueix la lectura que es volia.

g ' M @ 10&6

)RG ' RG @ K @ g

)RG ' RG &RG @ RcRG % Rc

Rc 'R2G)RG

& RG

Rc ' RG (1

K . g& 1)

Rc2

1

3

4E

S

V

V

RG

RG RG

RG



(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

Ara es veur com calcular el valor de la resistncia R per obtenir un cert valorcde deformaci, M (microdeformacions). La deformaci unitria corresponent,g, val

La variaci de resistncia s, tenint en compte que )R /R = K @ g,G G

essent R la resistncia de la galga. Per aconseguir aquest )R , s'ha deG Gcollocar una resistncia en parallel, R (Fig. 7.4), de manera quec

Allant d'aqu el valor de R , es t c

I substituint )R pel seu igual, s'obtG

Figura 7.4

Rc ' RG @ (1

K @ g& 1) ' 120@ ( 1

2 @ 1000@ 10&6& 1) '

' 59.880S



(12)

Tot seguit es mostra un exemple. Si es pretn introduir 1.000 m/m amb K =2 i R = 120 S, es t G

Per tant, la resistncia que s'ha de posar en parallel haur de ser de 59.880 S.

Les resistncies que cal utilitzar han de ser de pellcula metllica. En elmercat n'existeixen amb diferents tolerncies sobre el valor nominal. A lataula, s'indiquen els valors de resistncia que s'hi pot trobar.

Dcades estndard

10,0 12,1 14,7 17,8 21,5 26,1 31,6 38,3 46,4 56,2 68,1 82,510,2 12,4 15,0 18,2 22,1 26,7 32,4 39,2 47,5 57,6 69,8 84,510,5 12,7 15,4 18,7 22,6 27,4 33,2 40,2 48,7 59,0 71,5 86,610,7 13,0 15,8 19,1 23,7 28,0 34,0 41,2 49,9 60,4 73,2 88,711,0 13,3 16,2 19,6 23,7 28,7 34,8 42,2 51,1 61,9 75,0 90,911,3 13,7 16,5 20,0 24,3 29,4 35,7 43,2 52,3 63,4 76,8 93,111,5 14,0 16,9 20,5 24,9 30,1 36,5 44,2 53,6 64,9 78,7 95,311,8 14,3 17,4 21,0 25,5 30,9 37,4 45,3 54,9 66,5 80,6 97,5

(Per obtenir valors estndard, es multipliquen elsvalors de la taula de la dcada per potncies de 10.)

Combinant-ne de diferents en srie, es pot obtenir valors molt aproximats.

Cal tenir en compte, pel que fa a aquest mtode de calibratge, que les galguesinstallades poden tenir una tolerncia de l'ordre del 4'1% respecte al seu valornominal de resistncia. Aix limita la precisi a qu es pot arribar.

Alguns instruments utilitzen aquest mtode. Com que la resistncia enparallel actua normalment sobre el mig pont intern de l'aparell, aleshores, sies vol calibrar un muntatge amb pont complet, cal tenir molt en compte elvalor de resistncia de les galgues.

VE a l'amplificador



A continuaci, a la taula 1, s'indiquen els valors de resistncia que calconnectar en parallel amb galgues de 120 S (factor 2) per obtenir lesdeformacions aparents indicades:

Taula 1Deformaci (m/m) Resistncia (S)

100 599.880200 299.880500 119.880

1.000 59.8802.000 29.8805.000 11.880

Calibratge amb un sistema d'un divisor de tensi

Aquest sistema s'utilitza en alguns instruments. Consisteix a desconnectarl'entrada de l'amplificador del pont de galgues i connectar-la a un divisor detensi muntat entre els terminals d'alimentaci del pont (figura 7.5).

Figura 7.5

A continuaci s'analitza el funcionament del sistema. Uns certs valors dedeformaci a les galgues, g , g , g i g , donen lloc a una variaci de tensi1 2 3 4

)VS 'VE @ K

4(g1 & g2 % g3 & g4)

R

R

R

R

1

2

4

3

P

1

2 3

4

V

V

S

E



(13)

de la sortida del pont

Per tant, per a una tensi d'alimentaci i un cert factor, la tensi de sortidadepn nicament de la deformaci. Es pot, doncs, calcular el divisor de tenside manera que origini tensions iguals a un cert valor de deformaci.

Sistemes d'equilibratge

Com que les resistncies de les galgues no sn rigorosament iguals entre elles,en connectar un pont sempre existeix un desequilibri inicial. Aix es potcorregir utilitzant el muntatge de la figura 7.6.

Figura 7.6

Cal observar que, en moure el cursor del potencimetre, P, s'afegeixresistncia en una de les branques del pont i se'n treu d'una altra. El raonaments semblant al del cas ja comentat de calibratge per resistncia en parallel. Laresistncia, R, dessensibilitza el potencimetre. Si no exists, es podria arribara curtcircuitar una de les galgues, posant el cursor a l'extrem delpotencimetre. Els valors habituals per al potencimetre sn de 50 S i per ala resistncia, R, d' aproximadament 30 KS. El potencimetre s de 10 voltesi lineal (de precisi). Cal advertir que la relaci entre la posici del potenci-metre i el desequilibri que produeix no s una funci lineal. Aix s'indica a lafigura 7.7.

0 2.000

1.000

1.000

2.000

angle de rotaci del potencimetre

centre



Figura 7.7

Es pot collocar diferents tipus de comandaments d'equilibratge (fi, mitj obast), a base de jugar amb els valors de la resistncia, R, i del potencimetre,P.

Un sistema ms elaborat d'equilibratge consisteix a situar un punt de sumacien una de les entrades de l'amplificador. Aix permet que l'equilibratge ques'introdueix mitjanant aquest sistema sigui una funci lineal de la posici delcomandament. Si el muntatge es fa adequadament, els comandamentsd'equilibratge poden servir per al calibratge.

Actualment, amb els sistemes digitals, el sistema d'equilibratge es redueixsimplement a restar de les lectures el valor de desequilibri inicial, que esmemoritza en comenar l'assaig.

7.3 Sistemes per completar el pont

Com ja s'ha comentat en captols anteriors, sovint noms s'utilitza una odues galgues del pont; aleshores s necessari que l'instrument tinguiresistncies interiors amb capacitat de realitzar aquesta funci. Normal-ment, aix es fa mitjanant resistncies amb un coeficient de temperaturade l'ordre d'1 @ 10 /EC.-6

23

4

1

canalobert

canal 1 canal 2

balan 1 balan 2

12

3

D

2 3 D 4 1 2 3 D 4 1D

30 K1%

WW+-

canal n

50 KS 50 KS

galga decompensaci

7 INSTRUMENTACI I 7.4 COMMUTADORS MLTIPLES


7.5 Commutadors mltiples

En molts casos, en els mesuraments esttics pot interessar connectar,successivament, diferents galgues en un sol amplificador. Per fer-ho,s'utilitzen els commutadors mltiples. Aquests aparells permeten connectardiverses galgues en quart de pont, o mig pont, en un sol amplificador. En elcas que s'utilitzi mig pont, la compensaci pot ser comuna per a totes lesgalgues. Cada una de les entrades o canals sol tenir un sistema independentd'equilibratge.

A la figura 7.8, s'indica l'esquema elctric d'un d'aquests commutadors.

Figura 7.8

En escollir un canal es connecta la galga corresponent i el sistemad'equilibratge. La commutaci es pot realitzar mitjanant commutadorsrotatius o mitjanant rels. s absolutament fonamental en una d'aquestesunitats la repetitivitat del contacte, s a dir, que cada vegada que se seleccionaun canal la resistivitat dels contactes corresponents sigui la mateixa. Elcomandament de commutaci pot ser manual o automatitzat. Actualmentexisteixen sistemes controlats per ordinador que assoleixen velocitats foraelevades de commutaci. Aix mateix, s'ha desenvolupat sistemes decommutaci d'estat totalment slid.

7 INSTRUMENTACI I 7.4 COMMUTADORS MLTIPLES


Les caracterstiques que cal tenir en compte en un commutador sn lessegents:

a) Nombre de canals que admet b) Possibilitat de diferents tipus de connexi: un quart, mig pont, etc. c) Resistncies de pont amb qu es pot treballar d) Amplificadors als quals es pot connectar e) Esglaons en qu es divideix l'equilibratge f) Camp d'equilibratge g) Resoluci de l'equilibratge

El camp d'equilibratge sol ser, en aparells d'un sol esgla, d'aproximadament2.000 m/m. La resoluci ha d'assolir 1 m/m.

vv

i

o

vi

1

2

v0 ' Ad (vi1 & vi2)

M. MARTN, F. ROURE i J. SANZ, Extensometria elctrica III (Tem-UPC, 1992) 23

(1)

8 Instrumentaci II

8.1 Amplificadors

Generalitats

El tipus d'amplificador que s'utilitza en extensometria generalment sd'entrada diferencial amb sortida nica. El smbol que s'usa apareix a la figura8.1.

Figura 8.1

Aquest tipus d'amplificador t dues entrades i una sortida. Una de les entradess'anomena positiva o no inversora i l'altra, negativa o inversora. Essent v i v les tensions aplicades a les entrades (com s'indica a la figura),i1 i2la sortida val

s a dir, l'amplificador fa la diferncia entre les tensions d'entrada i lamultiplica per un factor A . El factor A s'anomena guany diferencial.d d

8 INSTRUMENTACI II 8.1 AMPLIFICADORS

24 M. MARTN, F. ROURE i J. SANZ, Extensometria elctrica III (Tem-UPC, 1992)

Idealment, un amplificador d'aquest tipus ha de tenir les qualitats segents:

a) Guany en mode com nul

S'anomena guany en mode com A el factor pel qual es multiplica lacmmitjana de les dues tensions d'entrada, (v + v )/2, i que pot aparixeri1 i2com un component del voltatge de sortida.

b) Resistncia d'entrada

Hauria de ser infinita.

c) Resistncia de sortida

Hauria de ser zero.

d) Voltatge de sortida

Ha de ser zero si la diferncia entre els voltatges d'entrada s zero.

e) Deriva de parmetres amb la temperatura

La variaci de qualsevol parmetre (guany, etc.) amb la temperaturaha de ser nulla.

f) Soroll referit a l'entrada

Si tenim a la sortida un voltatge de soroll V , dividint-lo pel guany A de0R dl'amplificador, s'obt el nivell de soroll referit a l'entrada. Aquest valorhauria de ser zero.

g) Banda passant

s el marge de freqncies en el qual el guany de l'amplificador es mantconstant. A la figura 8.2 hi ha dibuixat un diagrama de guany en funcide la freqncia per a un cert tipus d'amplificador de corrent continu.

Freqncia

Ad

VS ' S @ VE



(2)

Gu

any

de v

olta

tge

Figura 8.2

Idealment, l'amplificador de corrent continu hauria de mantenir el guany pera qualsevol freqncia.

Caracterstiques ms importants en els amplificadors d'extensometria

a) Guany

Com ja s'ha indicat, s la relaci entre la tensi de sortida i la difernciade tensions d'entrada. Acostumen a portar dos ajustaments, un de fi i unaltre de bast, esglaonats. Els valors de guany de tensi solen estar entre100 i 40.000. Usualment s'utilitzen guanys entre 200 i 2.000.

A continuaci, es veu com es pot calcular el guany-diferncia d'unamplificador per obtenir una certa tensi de sortida.

Sigui v la tensi que es vol obtenir a partir d'un senyal del pont de S0mV/V.

Si s'alimenta el pont a V , la sortida del pont, V , sE S

Ad 'L0VS

v

v

i

o p



(3)

Per tant, a l'entrada de l'amplificador es t aplicat un V .S

Si es vol que a la sortida sigui v , el guany A haur de ser0 d

La variaci del guany en funci del temps, la temperatura i la tensid'alimentaci de l'amplificador prpiament dit sn parmetres que caltenir en compte.

b) Linealitat

Se suposa que en un grfic es representa el senyal de sortida v en funci0del senyal d'entrada (figura 8.3).

Figura 8.3

Tericament, el grfic obtingut hauria de ser una recta, per en realitatno ho s. Traant una recta des de l'origen al punt P, que correspon a lasortida v mxima, es defineix l'error de linealitat com la separaci0mxima entre la tensi de sortida real i la tensi indicada per la rectaterica referida en tants per cent al fons d'escala, s a dir, a v .0P

Els valors d'error de linealitat solen estar entre 0,5 i 0,01.



c) Deriva

Es defineix com la variaci del senyal de sortida amb senyal d'entradaconstant. Se sol especificar en funci de la temperatura i de les tensionsd'alimentaci, i a parmetres constants, s a dir, mantenint constants latemperatura i les tensions d'alimentaci. Aix indica la deriva en funcidel temps; sovint s'especifiquen referides a l'entrada.

d) Soroll

Amb una absncia de senyal a l'entrada, la sortida hauria de quedarperfectament a zero. Aix no ocorre aix, sin que apareixen uns senyalsparsits que s'anomenen soroll. Se sol indicar aquests senyals en V depic a pic o RMS (valor quadrtic mitj) referit a l'entrada.

e) Relaci de rebuig en mode com (CMRR)

Tal com s'ha indicat anteriorment, el senyal de sortida d'un amplificador sla diferncia dels senyals d'entrada multiplicada pel guany diferencial A .d

Malgrat tot, tamb apareix a la sortida un component degut a la mitjanadels senyals d'entrada multiplicat per un component parsit del guany,que s'anomena guany en mode com, A .c

La relaci entre el guany en mode diferencial, A , i el guany en modedcom s denominada CMRR (common mode rejection ratio).S'indica, normalment, en decibels, s a dir, vint vegades el logaritmedecimal de la relaci anterior. Aquest parmetre depn de la freqn-cia i de la impedncia aplicada a l'entrada de l'amplificador. Elsamplificadors actuals solen tenir valors entre 80 i 140 dB. El CMRRest relacionat amb molts altres factors d'inters en un amplificador;aix doncs, un bon amplificador ha de tenir un CMRR elevat.

f) Resposta de freqncia

En realitat, els amplificadors, en arribar a una certa freqncia del senyald'entrada, comencen a disminuir el seu nivell de sortida, encara quemantinguin l'entrada constant.

0 0,1 1 10 15 100 1.000

100

50

200

(%)

FFreqncia, (kHz)



A la figura 8.4 s'illustra aquest fenomen.

Figura 8.4

La zona en qu l'amplitud es mant constant es denomina banda passant.El lmit de la banda passant se sol especificar o b per un certpercentatge de disminuci de l'amplitud, o b en decibels. Conv aclarirsi el lmit de la banda passant s'assoleix quan l'amplificador genera totel seu marge de sortida.

g) Impedncies

L'entrada d'un amplificador presenta una impedncia entre els seusterminals.

La tensi generada pel pont de galgues origina una intensitat, I, en elcircuit. Aquesta intensitat, si R s gran respecte a R , fa que, prctica-i pment, el mateix voltatge del pont, V , sigui el que aparegui a l'entrada deSl'amplificador. Si R s massa petita, part del voltatge caur en R , ambi pla qual cosa no es mesura exactament la tensi V .S

Sn adequats valors, com a mnim, de 10 KS.

h) Potncia de sortida

Cal tenir en compte, a ms del voltatge de sortida d'un amplificador, laintensitat que l'amplificador pot subministrar a aquest voltatge. Dit d'unaaltra manera: la impedncia de crrega que es pot connectar a la sortidade l'amplificador.

VVS

E1

2

4

3

V



i) Offset

Si s'aplica una entrada zero a un amplificador, pot aparixer unsenyal continu diferent de zero a la sortida. Aix s'anomena l'offsetde l'amplificador. Habitualment es pot regular amb un comandamentintern o extern.

Diferents sistemes d'amplificadors de mesurament

Els mtodes de mesurament que s'utilitzen sn, essencialment, de dos tipus:

a) Mtode de desviaci b) Mtode de compensaci

a) Mtode de desviaci o d'amplificaci directa

L'esquema del sistema que utilitza aquest mtode es pot veure a la figura8.5.

Figura 8.5

La sortida del pont de galgues, punts 1 i 4, es connecta a l'entrada d'unamplificador diferencial. La lectura es produeix per desviaci respecteal zero.

12

4

3

alimentador del pont

guany

sortida

V+

0

V-

equili-bratge

generador d'alimentaci del pont

guany

desmodulador sncron

filtrepassa-baixes

P1

D225 Hz

S1

350

U = 5V (1V)R

tensi decalibratge

350



Aquests amplificadors poden ser de corrent continu o de correntportador. A la figura 8.6 apareix el diagrama de blocs d'un tipus habituald'amplificador de corrent continu.

Figura 8.6

La figura 8.7 representa el diagrama de blocs d'un amplificador decorrent portador. Aquest aparell t un modulador sncron per discriminarla polaritat del senyal de sortida del pont.

Figura 8.7

mesurador

dial

amplificador

voltatged'excitaci

voltatged'excitaci



Els amplificadors de corrent portador treballen noms amb l'amplituddels senyals i n'eliminen els components continus.

b) Mtode de compensaci

En aquest mtode, s'oposa a la tensi de sortida del pont una altrad'ajustable. Per ajustar aquesta tensi, cal moure un dial graduat queindica directament el valor de deformaci. A la figura 8.8 s'indical'esquema d'un d'aquests equips, que permeten assolir prestacionselevades en mesuraments esttics. L'amplificador simplement ha decomparar tensions i, per tant, no s necessari que sigui lineal. El sistemad'alimentaci del pont sol ser de corrent altern.

Figura 8.8

Aquest sistema de prendre mesures permet, noms, mesuraments estticso quasi esttics.

El sistema de moviment del dial per posar-lo a zero pot ser manual oautomtic. En el cas de ser automtic, existeixen equips que ho realitzenamb un servomotor o altres que utilitzen un sistema electrnic digital. Enaquests equips de compensaci digital s'assoleixen prestacionsexcellents. A la figura 8.9 se n'indica el diagrama de blocs.

comptador bidireccional

39.999

digita

l

anal

gic

0 , 10 V

4 V 180 Hz

preamplificador desmodulador filtre convertidor defrequncia / tensi

sentit decomptatge

resistncies calibrades

interruptors desemiconductors

lectura

seguidors de tensi

4 V

o0U

U 180o



Figura 8.9

8.2 Sistemes de lectura i enregistrament

Sistemes de lectura

S'utilitzen voltmetres digitals o d'agulla. Els voltmetres digitals que es fanservir habitualment realitzen aproximadament tres lectures per segon. Durantla fracci corresponent de segon fan la integraci del senyal i aix donen, encerta manera, una mitjana del valor durant aquest temps.

Sistemes d'enregistrament

Per a fenmens rpidament variables, o b quan es vol obtenir una corba enfunci del temps, s'utilitzen els enregistradors analgics. Algunsenregistradors d'aquesta mena poden ser traadors de corbes sobre paper; enaquest cas, hi ha els tipus segents:

8 INSTRUMENTACI II 8.2 SISTEMES DE LECTURA I ENREGISTRAMENT


a) De plom

Sn els ms simples, per tan sols aconsegueixen algunes desenes dehertzs, en el millor dels casos.

b) De paper termosensible

Tenen caracterstiques semblants als anteriors. Eviten els problemes ambels plomins, per requereixen l's d'un paper especial.

c) De raig de tinta

Eviten el fregament sobre el paper. Arriben a freqncies de 1.000 Hz.

d) De llum ultraviolada

Utilitzen galvanmetres de mirall que reflecteixen sobre un paper la llumprocedent d'un focus ultraviolat. Arriben a freqncies de 15 a 20 KHz.

e) Oscilloscopis

Es requereix el seu s a les freqncies ms elevades.

f) De cinta magntica

En els enregistradors d'aquest tipus se sol modular en freqncia elsenyal analgic d'entrada, que s enregistrat en aquesta forma. Quan esreprodueix l'enregistrament, el senyal s desmodulat i es recupera elsenyal analgic inicial.

A ttol d'exemple, a la taula 2 s'indiquen les caracterstiques de freqn-cia per a un cert tipus d'enregistrador magntic:

8 INSTRUMENTACI II 8.2 SISTEMES DE LECTURA I ENREGISTRAMENT


Taula 2

Velocitat de la cinta 1,9 cm/s 19 cm/s 38 cm/s

Caiguda 1 dB (10%) 0 100 Hz 0 1.000 Hz 0 2.000 HzCaiguda 3 dB (30%) 0 200 Hz 0 2.000 Hz 0 4.000 HzCaiguda 6 dB (50%) 0 275 Hz 0 2.750 Hz 0 5.500 Hz

Aquests aparells acostumen a tenir diferents canals d'enregistramentsimultanis que permeten, fins i tot, enregistrar comentaris.

g) Sistemes digitals

Es basen en la conversi del senyal digital i el seu emmagatzematge a lamemria. Poden arribar a freqncies suficients per a tota mena dedeformacions mecniques, per requereixen quantitats massives dememria si el fenomen t gaire durada.

8.3 Unitats auxiliars

Existeix una gran diversitat d'unitats auxiliars per treballar amb elsamplificadors d'extensometria. A continuaci, se n'indiquen algunes:

a) Filtres

Aquests dispositius es connecten a la sortida dels amplificadors.Permeten tan sols el pas d'algunes freqncies i n'eliminen les altres.

Existeixen molts tipus de filtres. Els ms utilitzats en extensometriasolen ser els passa-baixes, que noms permeten el pas de senyals defreqncia inferior al lmit caracterstic del filtre.

Inclosos en els amplificadors de corrent portador, es colloquen filtrespassa-baixes, que noms permeten el pas de la freqncia portadora in'eliminen la resta de senyals.

8 INSTRUMENTACI II 8.3 UNITATS AUXILIARS


Els filtres s'utilitzen sovint per suprimir sorolls parsits. Cal vigilar quela banda de pas del filtre vagi d'acord amb la freqncia del fenomen enestudi.

b) Comparadors

Aquests sistemes comparen el senyal de sortida de l'amplificador amb unvalor prefixat i poden indicar si s superior o inferior.

c) Sistemes d'equilibratge automtic

Fan la posada a zero automtica del pont de Wheatstone. Comparant elsenyal de sortida del pont amb zero, actuen sobre un potencimetre permitj d'un motor, o b mitjanant un sistema digital.

d) Convertidors analgico-digitals

Realitzen la conversi de senyals analgics de sortida del pont en senyalsdigitals.

En el tipus de doble rampa, que normalment s un dels ms utilitzats,s'integra el senyal analgic durant un cert temps constant i, a continua-ci, s'integra un senyal de referncia, fins que s'igualen els dos senyals.El temps invertit en aquesta segona operaci s indicat per un compta-dor. Lgicament, s proporcional al voltatge analgic que s'ha entrat.

Els convertidors poden ser d'un nombre de bits diferent; usualment snde 8, 10 o 12 bits. El nombre de bits d'un convertidor s el nombre dezeros-uns amb qu el convertidor presenta la seva sortida. Unconvertidor de 8 bits pot donar una quantitat en base decimal de 2 = 256,8amb la qual cosa la precisi d'un convertidor de 8 bits s de 0,4%.

c2: Els autors, 1998; Edicions UPC, 1998.

Extensiometria Conceptos basicos

Documents

Transcript of Extensiometria Conceptos basicos