Information technique sur les capteurs de force
Définition d’un capteur de force
Les capteurs de force sont des dispositifs essentiels dans de nombreuses applications industrielles et scientifiques pour mesurer avec précision les forces appliquées.
La majorité des capteurs de force se basent sur des jauges d’extensométrie pour leurs mesures, leur attribuant ainsi un ensemble de caractéristiques nominales et métrologiques.
Ils sont largement utilisés dans de nombreuses applications industrielles, telles que le contrôle de la qualité, la surveillance des structures et la recherche scientifique.
Les principales caractéristiques nominales associées à l’utilisation d’un capteur de force sont les suivantes :
- Force nominale d’utilisation : Correspond à la charge normale appliquée au capteur de force.
- Force maximale sans détérioration : La charge maximale que peut supporter le capteur sans altérer sa capacité de mesure. Au-delà de cette charge, la validité de l’étalonnage n’est pas garantie, souvent 130% et 150% de la charge nominale d’utilisation.
- Force de rupture : La charge qui provoque la rupture du corps d’épreuve sous une contrainte supérieure à sa limite maximale. Si cette valeur est atteinte, le capteur n’est plus en capacité d’être réparé.
- Sensibilité : Le rapport entre la tension délivrée par le capteur et la tension d’alimentation, exprimé en mV/V. Typiquement entre 1,5 et 4 mV/V, ces valeurs sont uniques pour chaque capteur.
Principe de fonctionnement :
Ces capteurs fonctionnent sur le principe de la déformation élastique.
Lorsqu’une force est appliquée à un objet, il se déforme légèrement ; les jauges de déformation, collées à la surface de l’objet se déforment également. Cette déformation modifie la résistance électrique des jauges, qui peut être mesurée à l’aide d’un circuit électrique approprié.
Différents types de capteurs de force :
- Cellule en S : La cellule en S est l’un des types les plus courants de capteurs de force. Son fonctionnement repose sur la déformation élastique d’une structure en forme de S sous l’effet de la force appliquée. Cette déformation modifie la résistance électrique des jauges de contrainte fixées à la surface de la cellule, ce qui permet, après étalonnage, de mesurer la force.
- Cellule plate : Les cellules plates sont souvent utilisées dans des applications nécessitant une faible hauteur de montage. Leur fonctionnement repose sur la déformation de « barreaux » sur lesquels sont collées les jauges. Leur géométrie plane les rend idéales pour les applications où l’espace est limité.
- Cellule de pesage : Ces capteurs de force sont conçus spécifiquement pour mesurer la force résultant de la masse d’un objet. Ils peuvent être basés sur différents principes de fonctionnement, tels que la déformation élastique ou la variation de pression, selon le type d’application et l’environnement.
- Axe dynamométrique : Les axes dynamométriques sont des capteurs de force conçus pour mesurer les forces appliquées dans une direction spécifique, souvent le long d’un axe. Ils sont utilisés dans des applications telles que le contrôle de la tension dans les câbles, la mesure du couple dans les machines, ou la surveillance de la force exercée par des dispositifs de levage.
Les capteurs de force peuvent effectuer différents types de mesures en fonction de l’application :
- Traction : Les capteurs de force dit de traction mesurent dans une seule direction, c’est-à-dire lorsque la force est appliquée pour étirer ou tirer un objet. Cela peut être utile dans des applications telles que le test de résistance des matériaux ou le contrôle de la tension dans les câbles.
- Compression : De la même manière que pour la traction, ces capteurs mesurent la force appliquée pour comprimer un objet. Cela peut être utilisé dans des applications telles que le contrôle de la pression dans les machines ou la surveillance de la charge supportée par des structures.
- Traction et compression : Certains capteurs de force associent la mesure en traction et en compression (la plupart des capteurs en S fonctionnent suivant ce principe)
- Multiaxe ou multicomposante : Ces capteurs spéciaux sont capables de mesurer la déformation appliquée dans les six degrés de liberté (Fx, Fy, Fz, Mx, My et Mz). Ces capteurs sont utiles dans des applications où les forces peuvent être appliquées de manière non uniforme ou dans des directions variées. Ces capteurs sont souvent utilisés dans des applications telles que la robotique, où il est nécessaire de surveiller les forces dans plusieurs directions pour assurer un mouvement précis et sûr.
Applications :
- Industrie : Les capteurs de forces sont utilisés dans les machines industrielles pour surveiller les charges et prévenir les surcharges.
- Automobile : Ils sont utilisés dans les systèmes de freinage antiblocage (ABS) et les systèmes de contrôle de traction pour mesurer la force de freinage et d’adhérence.
Notre capteur de force pédale haute performance, permet la mesure d’effort pour les tests de freinage.
- Construction : Ils sont utilisés pour surveiller la tension dans les câbles de ponts et les poutres des bâtiments afin de détecter les déformations potentiellement dangereuses.
- Médical : Dans les équipements médicaux, comme les appareils de réadaptation, ils peuvent mesurer la force exercée pendant l’exercice physique.
Avantage :
- Précision : Ils offrent une mesure précise de la force appliquée.
- Fiabilité : Ils sont robustes et peuvent fonctionner dans des environnements difficiles.
- Polyvalence : Ils peuvent être utilisés dans une large gamme d’applications et de conditions.
Les capteurs de forces à jauges de déformation sont des outils précieux dans de nombreuses industries pour mesurer avec précision les forces appliquées. Leur fiabilité, leur précision et leur polyvalence en font des éléments essentiels dans la surveillance et le contrôle de divers processus et systèmes.
