Extensómetros y la Medición Precisa de Deformaciones

Los gráficos de ensayos obtenidos directamente de las máquinas, que emplean registradores electrónicos, no siempre permiten medir los alargamientos que experimenta el material con la sensibilidad que requieren algunas determinaciones de laboratorio. Las deformaciones registradas de esta manera no corresponden únicamente a la longitud calibrada de la probeta entre marcas, sino que incluyen las de su largo total y las debidas a su eventual resbalamiento y aplastamiento en las mordazas de la máquina. La necesidad del empleo de medidores de deformaciones (extensómetros) que registren variaciones del orden del centésimo o milésimo en una determinada longitud calibrada se pone de manifiesto en el cálculo de los límites convencionales, el módulo de elasticidad y, según algunos métodos, en la verificación de la exactitud de los dinamómetros de las máquinas de ensayo.

Clasificación de los Medidores de Deformaciones

Los medidores de deformaciones, como extensómetros, compresómetros y deflectómetros, se pueden clasificar en:

• Mecánicos
• Ópticos
• Eléctricos

Los extensómetros mecánicos y ópticos solo son empleados en materiales sometidos a tensiones estáticas. En cambio, algunos tipos de extensómetros eléctricos permiten registrar deformaciones bajo las más severas condiciones dinámicas, a altas y bajas temperaturas.

Extensómetros Mecánicos

Extensómetro de Huggenberger

Es uno de los más aconsejados por su gran sensibilidad y por sus distintos tipos que permiten determinar variaciones de longitud para valores iniciales de 5, 10 y 20 mm, y con prolongaciones hasta 50, 100, 200, 500 y 1000 mm. Son de sólida construcción y de fácil montaje y empleo. Pueden ser reversibles a 180º y permiten ser usados en determinaciones estáticas de laboratorio y en estructuras como puentes, calderas y construcciones metálicas en general.

Extensómetros con Reloj Micrométrico y a Palancas

Los extensómetros con reloj micrométrico (o comparador) y los de accionamiento por palancas completan una somera reseña de los calibres mecánicos medidores de alargamiento más utilizados. Los del tipo a comparador son de lectura directa, presentando generalmente una apreciación de 0,01 mm.

Extensómetros Ópticos

Gran parte de los inconvenientes mecánicos se eliminan empleando haces luminosos para registrar los alargamientos, exentos de todo frotamiento y efectos de inercia. Los extensómetros ópticos se usan exclusivamente en el laboratorio y, si bien su montaje y empleo no es tan sencillo como el de los calibres mecánicos, su gran sensibilidad hace que se los utilice en determinaciones que requieren gran exactitud.

Extensómetro a Espejo (Método Martens)

El extensómetro a simple espejo de Martens permite registrar los alargamientos de la probeta entre puntos fijos, por la reflexión de un rayo luminoso. Sobre un espejo que gira un cierto ángulo al ser estirado el material, se puede medir esta deformación mediante la posición del rayo reflejado sobre una regla graduada.

Calibres Eléctricos (Galgas Extensiométricas)

Se caracterizan por contar con un elemento sensible a las deformaciones que experimentan los cuerpos sometidos a tensiones mecánicas y sobre los cuales se aplican. Al transmitir la deformación al calibre se producen, según sus tipos, variaciones en sus características eléctricas, tales como su inducción, capacidad, resistencia óhmica, o se aprovechan elementos piezoeléctricos o fotoeléctricos.

Calibres de Inductancia Variable

Están constituidos por una bobina, en la que se hace circular una corriente eléctrica, que experimenta cambios en su campo magnético y, por lo tanto, en su impedancia al variar el parámetro mecánico de deformación. Los calibres eléctricos a inductancia se clasifican según sus características constructivas o el método empleado para variar los valores de la impedancia.

Calibres con Entrehierro Variable

La reluctancia del circuito magnético varía al modificarse la luz del entrehierro. Si las armaduras son solidarias al material por sus extremos y a la distancia inicial, al producirse la deformación variará la luz del entrehierro, ocasionando pérdidas en el circuito magnético que modificarán el valor de la impedancia.

Calibres con Núcleo de Hierro Móvil

También conocidos como calibres solenoides con núcleo desplazable.

Calibres a Corrientes de Foucault

O de corrientes de Eddy. Las pérdidas en el circuito magnético se producen al variar la posición, por efecto de la deformación, de un elemento incluido en el mismo.

Calibres de Magnetoestricción

La reluctancia del circuito se modificará al variar la tensión mecánica en el núcleo magnético de la bobina.

Calibres de Capacidad Variable

Los calibres de capacidad variable experimentan, al producirse la deformación mecánica, una variación entre las placas de un condensador (generalmente con aire como dieléctrico) que modifica su capacidad. Esto produce variaciones en el circuito conectado al calibre y permite determinar, aun para muy pequeñas variaciones de capacidad, las deformaciones del material.

Calibres de Resistencia Óhmica Variable (Resistivos)

Los calibres de resistencia óhmica variable o resistivos (comúnmente llamados galgas extensiométricas) son los de resultado más relevantes. Miden deformaciones basándose en el fenómeno por el cual un conductor o semiconductor modifica su resistencia óhmica al variar sus dimensiones. En su forma más simple, el calibre de resistencia variable está constituido por un alambre, lámina metálica o semiconductor que, en el caso de los conductores metálicos, adoptan la forma de una grilla o rejilla de longitud tal que su variación óhmica alcance valores prácticamente medibles.

Factor de Calibre (Gauge Factor)

Si al circular una corriente eléctrica, la resistencia óhmica de un conductor de material isótropo es función de sus dimensiones, su deformación por efecto de la tensión mecánica aplicada producirá una alteración en su resistencia óhmica. El Factor de Calibre (K) relaciona la variación relativa de la resistencia con la deformación unitaria.

Determinación del Factor de Calibre

Si bien podría buscarse un método que evaluara el cambio en la resistividad como una función de la deformación, la determinación práctica del factor K se realiza sometiendo un calibre conocido y de una longitud activa determinada a una deformación preestablecida, producida en un campo uniaxial de tensiones.

Efectos que Varían el Factor de Calibre

El factor axial de calibre (K) depende del tipo de metal o aleación y, aun para cada uno de ellos, no es siempre constante. Variará con las impurezas, según el trabajo en frío realizado en la elaboración del calibre, la temperatura, el rango de deformaciones sobre el cual se realiza la medición y, como se ha comprobado, según la geometría y tamaño del modelo de galga.

Factor de Calibre Transversal

Si la resistencia óhmica de un calibre es muy baja, su variación al producirse la deformación será extremadamente pequeña y, por lo tanto, difícil de registrar. La necesidad de disponer de filamentos con resistencias cuya variación sea fácilmente medible lleva a mantenerlos en forma de grilla o rejilla, con vueltas muy juntas para disminuir el efecto transversal e hilos o láminas paralelas que aseguren la aplicación de las tensiones con idénticos efectos en todo el filamento. Sin embargo, existe una sensibilidad a la deformación transversal que se cuantifica con el factor de calibre transversal.

Elección del Calibre Adecuado

La elección de un calibre de deformaciones (o galga extensiométrica) depende de múltiples factores:

• La temperatura de ensayo.
• La estabilidad de la temperatura en el tiempo.
• El estado de deformación (simple o complejo).
• Las variaciones de la deformación (estáticas o dinámicas).
• Las magnitudes o el rango de medición requerido.