Capteur de force

Un capteur de force est un appareil de mesure de grande précision qui est utilisé pour transformer une grandeur physique (température, pression, position, concentration, etc.) en un signal (souvent électrique) qui renseigne sur cette grandeur. Par exemple, la pression exercée par de l’air sur un manomètre à aiguille positionne l’aiguille sur la graduation correspondant à la mesure de cette pression. Il est important de faire la différence entre un capteur de force et un instrument de mesure. Le capteur est une interface entre un processus physique et une information. Les capteurs sont adaptés à divers usages dans des environnements industriels variés : mécanique, mesure, électricité

ACRN propose les configurations suivantes:

En S : il permet d’effectuer des mesures en compression et en traction. Ces capteurs sont conçus de tel sorte à être moins sensibles aux efforts parasites.

Avec trou pas de vis : leur forme est cylindrique avec une faible hauteur, ces capteurs peuvent être utilisés en compression et en traction. L’alésage central est taraudé afin de faciliter la liaison avec l’élément qui est à contrôler. Ils sont généralement utilisés dans dans des laboratoires pour des mesures statiques ou dynamiques mais aussi dans des environnements industriels difficiles. Les capteurs de force pancake peuvent mesurer de 25 à 500 000 daN en fonction du modèle choisi.

Type bouton : de forme cylindrique avec un cylindre central de plus petit diamètre sur lequel on applique une force en compression. Les capteurs de type bouton sont surtout utilisés pour les applications générales de test et mesure, mais aussi pour la surveillance et le contrôle de machines telles que les machines d’emballage, les machines d’assemblage, ou les équipements de test de fin de ligne. Ces modèles peuvent mesurer de 0,5 à 50 000 daN.

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Qu’est-ce qu’un capteur de force ?

Le capteur de force sert à mesurer des contraintes de traction ou de poussée exercées sur des objets. Ce faisant en utilisant l’élasticité d’un corps d’épreuve souvent en métal (aluminium, acier). On instrumente donc ce dernier d’une (plusieurs) jauge de déformation qui mesure des micros-déformations en fonction des charges. Le capteur sert aussi à évaluer les contraintes exercées sur un objet.

Comment fonctionne-t-il ?

La conversion d’une grandeur mécanique en signal électrique s’effectue en trois temps sur les capteurs de force à jauges de contrainte. Le point de sortie d’un capteur de force avec jauges de contrainte est un corps d’épreuve sur lequel des allongements sont exercés au niveau de la surface du matériau par des charges extérieures.
L’allongement est détecté par des jauges appliquées sur la surface du corps d’épreuve. Les jauges convertissent cette contrainte mécanique en une variation de résistance électrique et se comportent comme des convertisseurs mécano électriques. La variation de résistance leur permet de générer une variation de tension proportionnelle à la puissance. L’interconnexion intelligente de chaque jauge de contrainte en un pont de Wheatstone permet de détecter même les plus petits allongements.

Principaux avantages des capteurs de force avec jauges de contrainte :
• Les jauges de contrainte constituent une technologie éprouvée et économique pour les capteurs de force
• Haute précision et comportement exceptionnel à la linéarité et à l’hystérésis
• Mesure possible des charges statiques et dynamiques
• Forte résistance à la fatigue grâce aux matériaux du corps du capteur, et résistance élevée aux vibrations des jauges de contrainte
• Très bonne stabilité à long terme

Quels sont les capteurs de force les plus fréquemment utilisés ?

Le capteur de force le plus connu est le piézoélectrique. Le mot « piezo » vient du grec qui signifie “serrer”. Le capteur piézoélectrique produit une tension quand il est “serré” par une force qui est proportionnelle à la force appliquée.

Cependant il existe aussi des capteurs à jauge de contrainte afin de mesurer des forces pouvant aller jusqu’à plusieurs tonnes. Les jauges de contrainte sont des grilles conductrices dont la résistance change lorsqu’elles sont étirées ou comprimées, ce qui permet de mesurer l’effort appliqué sur la jauge, que ce soit en traction ou en compression. Les jauges de contrainte sont particulièrement adaptées pour des tests de surveillance de longue durée.

Comment bien choisir le capteur de force adapté à nos besoins ?

Le choix du capteur adapté au besoin n’est pas aisé. En effet, chaque type de capteur a ses propres particularités.
La plage nominale figure parmi les éléments à prendre en compte avant de choisir un capteur de force. Effectivement, elle détermine la capacité de mesure de votre appareil.
Par exemple, pour un capteur de 100N, aura une étendue de mesure de 100 newtons.

Lors d’un achat de capteur, l’évaluation de l’erreur de mesure reste cruciale. Ainsi, veuillez voir de près les données concernant la non-linéarité, l’erreur du zéro, l’hystérésis et l’erreur de répétabilité. L’analyse de ces chiffres vous permet également de connaître la performance d’un capteur de force.

Il est aussi important de choisir l’appareil qui correspond à vos besoins, la sensibilité du capteur et la tension d’alimentation restent à examiner. Le signal électrique, le connecteur, le nombre de conducteurs, la sortie câble, etc. sont aussi à vérifier.

Les domaines d’application possibles sont notamment les bancs d’essais, par exemple pour une mesure de force permettant de contrôler la qualité d’un matériau et les systèmes automatisés pour vérifier les caractéristiques de qualité lors d’une transformation ou d’un assemblage.

ACRN peut aussi vous proposer sur demande ces différentes configurations de capteur.

Type anneau: ce capteur de forme cylindrique présente un trou central entouré d’un anneau qui permet de mesurer un effort en compression. Pour cela il faut que l’effort soit appliqué de façon uniforme sur l’anneau central afin d’obtenir des résultats précis. Ce type de capteur est généralement utilisé pour mesurer des efforts de serrage. Modèles de capteurs pouvant mesurer des forces de 20 à 20 000 daN.

Type canister: ce capteur de forme cylindrique allongée permet lui aussi de mesurer de fortes charges en compression. Les capteurs canister sont plutôt utilisés dans l’industrie pour mesurer de fortes charges. Selon les modèles, les capteurs de force canister ont des capacités de mesure de 1 000 à 150 000 daN.

Type poutre: ces capteurs, généralement de forme rectangulaire, servent à mesurer des efforts en flexion ou en cisaillement. Ils sont très sensibles aux efforts parasites (force transversale ou couple par exemple) et nécessitent un alignement très précis pour obtenir des mesures exactes. Les capteurs de force type poutre peuvent mesurer de 2 à 50 000 daN. Ils sont généralement utilisés dans l’industrie (plateforme de pesage).

Type en ligne: ce capteur équipé de deux filetages alignés permet de mesurer les efforts en tension ou en tension/compression. Il a une capacité de mesure de 20 à 10 000 daN est lui aussi utilisé dans l’industrie de plateforme de pesage.