¿Qué es un Instrumento de Medición de Tensiones?
Los instrumentos de medición de tensiones son dispositivos utilizados para determinar qué tensiones se aplican a un material.
Existen varios tipos de máquinas de medición de tensiones, en función de su finalidad, pero esta sección describe las máquinas de medición de tensiones en general. Las tensiones pueden ser de compresión o de tracción, pero si cualquiera de ellas es demasiado elevada, puede provocar daños en los componentes.
Además de las tensiones causadas por fuerzas mecánicas externas, también existen tensiones residuales que surgen en el propio componente, por ejemplo, debido al tratamiento térmico o a la formación de películas.
El refuerzo de materiales de vidrio o acero aumenta la resistencia de un producto creando deliberadamente tensiones residuales de compresión en la superficie del producto.
Usos de los Instrumentos de Medición de Tensiones
Los instrumentos de medición de tensiones se utilizan en ámbitos que van desde el desarrollo de productos hasta el tratamiento térmico, la deposición y el refuerzo del vidrio.
En el campo de la investigación y el desarrollo, se puede comprobar la resistencia de los componentes determinando la tensión generada en el componente o, a la inversa, reducir el peso y los costes reduciendo la geometría innecesaria.
En la industria de los semiconductores, se depositan diversas películas finas sobre obleas de silicio, y estas películas generan tensiones en el producto. Una tensión excesiva puede provocar el desprendimiento de la película, por lo que el control de calidad mediante la medición de la tensión es muy importante.
Además, cuando se refuerza el vidrio, se aumenta su resistencia incrementando la tensión de compresión cerca de la superficie, y también se realizan mediciones de tensión después del proceso de refuerzo.
Principio de los Instrumentos de Medición de Tensiones
El principio de los instrumentos de medición de tensiones difiere según el método de medición, pero todos detectan la deformación que se produce en el objeto que se está midiendo. La deformación es el estiramiento, la contracción, la torsión o la deformación de un objeto sometido a una fuerza externa.
La tensión es la fuerza por unidad de superficie y se calcula como el producto de la deformación causada por la fuerza externa y el módulo de Young del material. Por lo tanto, los Instrumentos de medición de tensiones no miden directamente la tensión, sino que generalmente captan la magnitud de la deformación causada en un material por una fuerza externa y la convierten en un valor de tensión multiplicándolo por el módulo de Young.
Existen varios tipos de métodos de detección de tensiones, y se han desarrollado Instrumentos de medición de tensiones basados en cada uno de estos principios.
Tipos de Instrumentos de Medición de Tensiones
Existen varios tipos de instrumentos de medición de tensiones, dependiendo del producto a medir y de la magnitud de la tensión. Los cuatro tipos más comunes son los siguientes:
1. Galgas Extensométricas
Las galgas extensométricas se utilizan para medir la tensión en componentes estructurales. Son dispositivos que detectan la deformación de una pieza unida a partir del cambio en la resistencia eléctrica. La medición de tensiones con galgas extensométricas sólo puede realizarse en la pieza a la que está fijada la galga extensométrica.
Las galgas extensométricas se utilizan a veces para verificar el análisis estructural mediante CAE.
2. Detección por Infrarrojos
La medición de tensiones por infrarrojos, al igual que las galgas extensométricas, es otro método utilizado para medir tensiones en componentes estructurales. Cuando los materiales son deformados por fuerzas externas, la temperatura de la superficie cambia debido a efectos termoelásticos.
La medición de tensiones por infrarrojos es un dispositivo que detecta las tensiones a partir del cambio de temperatura creado en la superficie de un objeto debido a la deformación. Las galgas extensométricas sólo pueden mostrar la tensión en el punto en el que están fijadas, mientras que la medición de tensión por infrarrojos puede medir una amplia gama de tensiones.
3. Reflexión de la Luz Láser
La medición de tensiones mediante la reflexión de la luz láser se utiliza para medir tensiones en la deposición de películas finas. Comparando la reflexión de la luz láser antes y después de la deposición, se puede determinar el cambio en el radio de curvatura debido al alabeo del sustrato y convertirlo en tensión de la película causada por la deposición. La medición de la tensión con láser también se utiliza para evaluar obleas de silicio semiconductor y vidrio templado.
4. Difracción de Rayos X
La difracción de rayos X es un método de medición mediante el cual un material con una disposición regular de átomos se irradia con rayos X que tienen una longitud de onda igual a la distancia entre los átomos y se utiliza la difracción de los rayos X dispersos.
La difracción de rayos X se utiliza no sólo para la medición de tensiones, sino también para el análisis cualitativo y cuantitativo de materiales, el cálculo del tamaño de los cristales y la distorsión de la red, y muchos otros análisis.