equipos de medida

Equipos de medida
• Características
• Errores
• Tipos de equipos de medida
– Mecánicos (*)
– Electricos
• Equipos de registro
Características de los equipos de medida
•
•
•
•
•
•
•
Sensibilidad (∆ salida = K ∆ medida)
Rango
Resolución
Precisión (accuracy)
Repetibilidad (precision)
Linealidad
Histéresis
Características de los equipos de medida
• Sensibilidad (∆ salida = K ∆ medida)
Relació voltatge - desplaçament
2
y = -0,0003109877x + 1,8144589613
R2 = 0,9999971277
Voltatge (Volts)
1,5
1
0,5
0
-0,5
0
2000
4000
6000
8000
-1
-1,5
Desplaçament (Micres)
10000
12000
Características de los equipos de medida
• Rango
Rango de
linealidad
Características de los equipos de medida
• Resolución
Características de los equipos de medida
• Precisión (accuracy)
Valor medido
y=x
error
Valor exacto
Usualmente se mide como:
(error máximo/ rango de medida) x100
Valor típico 0.1%
Características de los equipos de medida
• Repetibilidad (precision)
Voltatge corresponent a cada lectura per un desplaçament de 5mm
0.2629
Voltatge (Volts)
0.2628
0.2627
0.2626
0.2625
0.2624
0.2623
0.2622
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
Lectura nº
21
23
25
27
29
31
33
35
Características de los equipos de medida
Relació voltatge - desplaçament
2
• Linealidad
y = -0,0003109877x + 1,8144589613
R2 = 0,9999971277
Voltatge (Volts)
1,5
1
0,5
0
No Linealitat de les dades
-0,5
0
2000
4000
6000
8000
-1
Volt. mig- Calculat per
regressió (Volts)
0,005
-1,5
0,004
Desplaçament (Micres)
0,003
0,002
0,001
0
-0,001 0
2000
4000
6000
8000
-0,002
-0,003
-0,004
-0,005
Desplaçament (Micres)
10000
12000
10000
12000
Características de los equipos de medida
• Histéresis
Histéresis
Diferencia de Voltatge (Volts)
0,0015
0,001
0,0005
0
0
2000
4000
6000
-0,0005
-0,001
Desplaçament (Micres)
8000
10000
Transmisión de los errores de medida
y = f(x)
si el error de x es δx; ¿Cuál es el error de y?
y+ δy = f (x+δ
δx) = f(x) + (d f/dx) δx +…
δy = (df/dx ) δx
Varias variables: y = f(x1,x2….xn)
δy = (df/dx1) δx1 + (df/dx2) δx2 + …………..+ (df/dxn) δxn
Producto:
εxy = x εy + y εx
Pero :
Restas: εx-y = εy + εx
;
Cociente:
εx/y = (y εx + x εy) / y2
Transmisión de los errores de medida
Si las medidas son independientes y aleatorias, la formulación anterior es
muy pesimista. Es más razonable que si hay varias medidas, los errores
se puedan compensar. Si :
y = f(x1,x2,x3,…….xn)
Entonces:
δy=
 ∂f

δ xi 

∑
i =1..n  ∂xi

2
Transmisión de los errores de medida
Ejemplo:
Se hacen “n” medidas de la altura de una muestra,
cada una con una precisión ∆h,
El error del promedio será:
∆h
∆h =
n
INSTRUMENTOS DE MEDIDA (I)
Mecánicos (lectura manual):
•
•
•
•
•
•
•
Fuerza: anillos
Desplazamiento: comparador, Palmer, Pie de rey
Presión: manómetros
Presión intersticial: nivel de mercurio
Flujo de agua: agua + parafina
Deformación lateral: visual, mecánico
Pesos: balanzas
Medida de longitudes
Resolución:
Pie de rey = 0.1 mm
Palmer = 0.01 mm
Medida de desplazamientos
Comparador:
Resolución = 1-10 micras
Medida de presiones
Manómetros mecánicos: clase 0.5 , clase 2
Medida de los cambios de volumen de agua
Resolución de la bureta: 0.05 mL
Medida de fuerzas
Anillo con comparador:
rango = 1 MN
Medida de pesos
Balanzas:
resolución = 0.0001 g
resolución = 0.01 g
INSTRUMENTOS DE MEDIDA (II)
Eléctricos (lectura automatizable):
•
•
•
•
Deformación: galgas extensométricas
Fuerza: células de carga
Presión: transductores
LVDT: desplazamiento, fuerza (anillo), cambio de
volumen
• Desplazamiento: proxistores, efecto Hall, Laser
• Temperatura: termopares, termoresistores
• Succión: tensiómetros, psicrómetros
Galgas extensométricas
Sobre película plástica
En célula de carga
Factor de galga (FG) : ∆R/R = ∆R/R
∆L/L
ε
Hilo de cobre/níquel : 1.9 a 2.1
Hilo de hierro/níquel/cromo: 2.8 a 3.3
Semiconductores: 50 a 200
D
B
A
C
VAB = VDC
∆R
FG ε
= VDC
2R
2
L
R
Célula de carga sumergible
Medida interna en triaxial: 10 MN
Insensible a los cambios de la
presión de cámara (hasta 1.7 MPa)
Células de carga
Célula para prensa: 50 MN
Miniatura: 500 kN
Para corte directo: 1 MN
Células de carga
Células de carga para tracción y compresión
Especificaciones típicas de una célula de carga
Anillo de un edómetro con medida de tensión lateral
φext= 110 mm
RA
RB
75º
φint= 70 mm
75º
Alimentación y lectura del
puente de Wheaston
Galga activa
RD
RC
Galga de compensación
110 mm
70 mm
Alimentación y lectura del
puente de Wheaston
Tóricas
10 mm
Pared e=1.0 mm
14 mm
Galga activa
6 mm
Galga de compensación
Galgas extensométricas
Transductores de presión de fluido
Transductores de presión de fluido
En célula triaxial: 2 MPa
Transductores de presión de fluido
Tipo miniatura
Transductores de presión de fluido
Diferencial: para uso en
cambiador de volumen
Transductor
diferencial de presión
Bureta
graduada
Sensores de presión total
b)
Anillos de goma
para
estanqueidad
Piezas de ajuste
Transductores de desplazamiento (LVDT)
Transductores de desplazamiento (LVDT)
Rango: 15 + 15 mm
Resolución: 5-10 micras
Transductores de desplazamiento (LVDT)
Miniatura: rango = 2.5 + 2.5 mm
Transductores de proximidad
Transductores de proximidad
Transductor de
proximidad
Flotador
Aceite de
silicona
Cilindro
interior
Medida de cambio de diámetro y de volumen en probetas
Célula
de carga
Transductor de
proximidad
Célula triaxial instrumentada
2 LVDT
vertical
3 LVDT
horizontal
4 TRANDUCTORES DE PRESIÓN
Presión de cámara
Presión de aires
Presión de agua
Presión de la cámara inferior
1 LVDT - Deformación axial externa
Transductores de efecto Hall
Medida de
deformación vertical
Medida de cambio de
diámetro en probetas
Medida de movimientos mediante láser
LVDT
LVDT
(εε(εεa) )
a
Láser
Láser
(εε(εεr) )
r
Instrumentación completa en célula triaxial “stress path”
Transductores de medida de temperatura
Termopar
Termoresistor: Pt-100
Medida de humedad relativa del aire
Psicrómetro de lectura manual (diferencias termométricas)
Esquema del sensor de un psicrómetro de transistores.
Th
Ts
AGUA PURA
Suelo
SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
• Analógico:Lectura y registro convencional.
• Digital: Conversión de la medida analógica
en una información digital, útil para su
registro y manipulación.
Equipos de registro analógico
Aguja
Equipos de registro analógico
Registrador 2X-t
Equipos de registro analógico
Osciloscopio
Equipos de registro digital
41 V
.
.
.
41 V
multiplexor
sensores
(00101001)
Conversor
analógico
digital
Ordenador
Conversión anlógico / digital
3 bits
Resolución = Rango del conversor / (2 n de bits)
= 10/23
= 1.25
Equipos de registro digital
Equipos de medida autónomos (data loggers) o bien con
placa en PC (software apropiado)
Equipos de registro digital
Automatización de las medidas en un ensayo de Corte Directo
Sistema de adquisición de datos
Automatización de un ensayo en columna de infiltración
Accionadores automáticos
Motor
paso a paso
Aplicación automatizada de presiones
Motores convencional y “paso a paso”
Acoplamiento
elástico
Regulador
tipo 10
Sistema de adquisición de datos y de control de ensayos
Software desarrollado en “Visual Basic” para el
control automático de un ensayo triaxial
Sistema de adquisición de datos y de control de ensayos
Software desarrollado en “Labview” para el
control automático de una balanza
Equipo de ensayo automatizado
Equipo triaxial GDS totalmente automatizado:
Aplicación de las presiones con motores “paso a paso”
Presión máxima de cámara: 1.7 MN
Carga vertical máxima: 20 MN