Modelado de la Influencia Térmica sobre Sensor de Deformación

Abstract

El diseño de medidores de deformación en elementos estructurales demanda, entre otros requerimientos, la necesidad imperiosa de poder discernir entre deformaciones provocadas por las solicitaciones de interés, y aquéllas asociadas a factores ajenos tales como la dilatación térmica.
El grado de compensación térmica de un sensor de este tipo está relacionado con su capacidad de medir deformaciones debidas a esfuerzos amén de la presencia de variaciones de temperatura. En este sentido, el sensor óptimo sería aquél capaz de lograr una señal de salida totalmente libre de distorsión por efectos térmicos. En la práctica, si bien esto es posible, su implementación requiere el compensado individual de cada elemento sensor, dificultando y encareciendo su fabricación en serie. Una alternativa factible radica en la medición y procesamiento simultáneo de la temperatura para corregir la señal de salida del sensor.
En este trabajo se presenta el estudio de la respuesta a variaciones térmicas de un dispositivo de medición de deformación adherido a la superficie de una viga. El sistema de interés se compone de una viga de gran tamaño en la que se dispone un sensor de deformación en paralelo y un termómetro que determina la temperatura del entorno. Las masas involucradas en cada uno de los elementos hacen que las variaciones en el tiempo de sus temperaturas sean muy distintas y, en consecuencia, también lo son las dilataciones térmicas asociadas. Para comprender y compensar este fenómeno, se aborda en primera instancia un modelo teórico y su solución analítica. De este análisis se infiere la respuesta del sistema. Posteriormente se presenta una simulación computacional más rigurosa. Los resultados obtenidos son comparados con mediciones experimentales del dispositivo en cuestión.
Mediante este análisis se determina la respuesta térmica del sensor y se discuten la aptitud de su diseño.