Qué cables de conexión utilizar en ensayos estructurales y medidas de durabilidad con galgas extensométricas eléctricas de lámina

En el mercado podemos encontrar una gran variedad de cables que pueden utilizarse en aplicaciones con galgas extensométricas.

Ahora bien, el éxito de una medida depende de tener el cable de conexión adecuado. Porque los cables no solo transfieren las señales de medida desde el sensor al sistema de adquisición de datos; también deben evitar las interferencias y soportar las tensiones típicas del uso.

Lo ideal es que el cable no tenga ninguna influencia en las medidas de deformación. Pero, en las aplicaciones reales, lo cierto es que pueden afectar a la señal de medida. Por suerte, los efectos de los cables pueden minimizarse hasta niveles aceptables. HBM ofrece un completo catálogo de cables de medida y cables trenzados de pequeño tamaño para un amplio espectro de aplicaciones.  A la hora de seleccionar el cable más adecuado para una aplicación, deben tenerse en cuenta algunos aspectos importantes:

En las aplicaciones con galgas extensométricas, lo más habitual es emplear cables trenzados estañados. Normalmente, se utilizan conductores de cobre (es el estándar más común debido a su buena relación precio/conducción).

En una configuración de cuarto de puente, la señal de medida de deformación es muy sensible:

• La tensión de alimentación típica de un cuarto de puente de galgas extensométricas es de 2,5 V.
• La deformación que se aplica a la galga genera una salida de tensión en el puente relativamente pequeña.

En concreto, 0,000125 V para una deformación de 100 µm/m o 0,0025 V para deformaciones de 2000 µm/m. Se puede visualizar en los dos gráficos de más abajo, correspondientes a una aplicación típica de un circuito de cuarto de puente.

Esta señal eléctrica de medida tan débil no debe sufrir interferencias de señales externas. ¡Por eso es tan importante elegir un cable de medida adecuado!

Señal eléctrica de salida del puente correspondiente a una señal de deformación de 100 µm/m. La tensión de excitación del puente (en rojo) es muy pequeña en comparación con la tensión de alimentación (azul).

El revestimiento y el aislamiento de los conductores influyen en el rango de temperatura al que se puede exponer un cable. El diagrama de más abajo muestra el rango de temperatura típico de los cables dependiendo de su revestimiento.

• Los cables con aislamiento de PVC son adecuados para la mayoría de las aplicaciones y ofrecen una excelente relación precio/prestaciones (hasta 80 °C).
• Para temperaturas intermedias, los cables de TPE (elastómeros termoplásticos) son una buena elección (hasta 150 °C).
• Para temperaturas más altas, recomendamos los cables de PFA (hasta 250 °C) o los cables con revestimiento de poliimida (>300 °C).
• A bajas temperaturas, los cables estándar pueden volverse quebradizos. Esta circunstancia resulta especialmente crítica en los entornos de ensayo dinámicos. En esas situaciones, se recomiendan los cables con cubierta de PTFE, PI o fibra de vidrio.

Se pueden imponer otros muchos requisitos a los cables; por ejemplo, resistencia a diferentes fluidos o propiedades de inflamabilidad. La tabla siguiente ofrece un resumen de los materiales típicos de cubierta/aislamiento y sus respectivos rangos de temperatura:

• El diámetro del hilo tiene una enorme influencia en la resistencia. La tensión de excitación del puente de galgas extensométricas genera una corriente que calienta el conductor. Cuanto menor es el diámetro del conductor, mayor es el incremento de temperatura en su interior.
• Para reducir al mínimo los errores en una aplicación con galgas extensométricas, debe utilizarse un conductor con el diámetro más alto posible, que minimice la influencia de la resistencia y los efectos térmicos del cable.
• En algunas aplicaciones es preciso emplear cables delgados, con el fin de reducir la inercia o el peso, o para acomodar un pequeño radio de curvatura.
• En general, los cables largos deben tener diámetros de conductor mayores.

En las galgas extensométricas deben utilizarse cables de pequeño diámetro, con el fin de reducir la cantidad de material de soldadura y las tensiones mecánicas parásitas en la galga. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los cables finos afectan a la estabilidad y la sensibilidad del circuito.

• Puede utilizarse un punto de apoyo para soldar como intersección entre el cable de medida y el cable de conexión a la galga extensométrica. De este modo, se crea una transición entre un cable de pequeño diámetro y otro cable de mayor calibre.

Galga extensométrica conectada con la tecnología de 4 hilos patentada de HBM:

• En general, la longitud debe ser la mínima posible para minimizar las interferencias térmicas y electromagnéticas.
• En el caso de distancias largas, seleccione diámetros de conductor más gruesos, para reducir la influencia de la resistencia.
• Si se transmiten señales de alta frecuencia y CC, es recomendable emplear conductores de baja capacitancia.

• Unión resistente a la humedad entre el conductor y el revestimiento de protección.  Se requiere una adhesión máxima entre el agente de cobertura, el cable de conexión y la superficie del material.
• Los cables de fluoropolímero deben grabarse previamente para obtener un sellado adecuado del cable de medida.
• En aplicaciones sumergidas, se recomienda utilizar cables especiales con cinta de bloqueo de agua (contactar con el equipo de asistencia de HBM).
• Debe existir una longitud mínima de agente protector en torno al acceso al cable, para maximizar la distancia de fluencia y garantizar la estanqueidad de los puntos críticos.