Las galgas de película metálica se usan habitualmente como sensores para las mediciones de fuerza, par y presión. La inmensa mayoría de los transductores de fuerza, incluidas las células de carga, los transductores de par y los transductores de presión ultra alta, se basan en este diseño y se suministran con una gran variedad de cuerpos de medición.
Todas las galgas de película metálica se basan en un principio común: miden una extensión positiva o negativa y convierten cambios mecánicos en señales eléctricas. Para ello utilizan un puente de Wheatstone donde la magnitud mecánica se induce al transductor originando esfuerzos en la superficie del cuerpo del resorte. En zonas susceptibles de sufrir esfuerzos elevados se instala un mínimo de cuatro galgas extensométricas (dos bajo esfuerzo positivo y dos bajo esfuerzo negativo) conectadas a un puente de Wheatstone.
Fig. 1: Las galgas extensométricas se conectan a un puente de Wheatstone para suministrar una tensión que permite medir fácilmente cualquier deformación.
La señal resultante es una relación entre la tensión de entrada y la de salida. Se calcula del modo siguiente:
Los transductores de galga de película metálica son los más precisos para determinar magnitudes mecánicas, ya que poseen un buen ancho de banda. En consecuencia son la mejor opción para obtener el menor grado de incertidumbre posible, y proporcionan mediciones rápidas de las variaciones en las magnitudes mecánicas. El diseño de las galgas extensométricas hace que sean lo más pequeñas posible —a la vez que muy resistentes— aunque sus dimensiones son suficientes para reproducir la señal del extensómetro(4)(5)(6).
Los principios de funcionamiento de la galga extensométrica están consolidados, por lo que se puede dedicar toda la atención al trabajo de medición. Las galgas extensométricas de lámina pueden soportar elevadas cargas nominales sin necesidad de aumentar las geometrías de diseño. Por ello, este tipo de galgas funciona de forma eficaz en la mayoría de los trabajos de medición, incluidos aquellos en los que es probable encontrar cargas nominales elevadas, sin necesidad de principios de detección adicionales.
Esto permite diseñar transductores de presión ultra alta, como los transductores de fuerza de gran capacidad, bastante compactos(7).
En otras aplicaciones, como por ejemplo las de los transductores que miden presiones hidrostáticas, la variedad de sensores es superior a la de otras magnitudes mecánicas. Las aplicaciones de baja presión, que constituyen el mayor segmento de este mercado, normalmente emplean soluciones MEMS capacitivas o piezorresistivas, sobre todo cuando se miden presiones de tan solo algunos bares.
La resistencia frente a las sobrecargas es especialmente importante cuando se miden altas presiones que obligan a descartar el uso de soluciones MEMS capacitivas y piezorresistivas (aunque durante los últimos años se han logrado algunos avances en los nuevos diseños).
La figura 2 muestra una comparación de los distintos tipos de tecnología de galga extensométrica y su idoneidad para la medición de la presión desde distintas perspectivas.
Figure 2: Comparación de las diferentes tecnologías de medición de la presión(8)
Al observar esta tabla comprobamos que los transductores de presión ultra alta basados en galga extensométrica son la opción más adecuada para las mediciones que requieren una precisión muy elevada y estabilidad a largo plazo. Esto resulta especialmente relevante cuando se comparan los resultados de los institutos de metrología nacionales de distintos países(9).
Se puede realizar un análisis similar de los distintos principios para el resto de las magnitudes medibles. Esto resulta más claro cuando se trata de diseñar una cadena de medición optimizada para un trabajo concreto, ya que el principio de detección elegido constituye una importante interfaz con el proceso o fenómeno que se está estudiando.
