Les capteurs de mesure se présentent comme des dispositifs de conversion d’une grandeur physique à une information électrique pour mesurer la tension, l’intensité et les déviations. Parmi les instruments les plus utilisés, on trouve le capteur de force qui se définit comme un outil utilisant un transducteur pour transformer une force quelconque à un signal électrique. Dans cet article, nous nous intéressons au mode de fonctionnement de ces types de capteurs, notamment le rôle des jauges de contrainte, l’élément essentiel à leur mise en marche.
A quoi sert un capteur de force ?
Plus connu également sous l’appellation capteur d’effort, le capteur de force produit un signal électrique en transformant une force quelconque comme le poids. Pour le faire, il utilise souvent des jauges de contrainte (déformations) qui fournissent des indices allant de 0.03 à 0.25% et un amplificateur qui permet la lecture du signal envoyé. Ce dernier peut prendre plusieurs formes d’expression : Kg, µg, daN, etc. Les capteurs de force sont recommandés pour réaliser des mesures de force de haute pression, soit en compression, soit en traction. Les mesures s’effectuent généralement aux alentours de 10 g à 500 tonnes.
Equipement indispensable dans les appareils de pesage, ces senseurs rencontrent un franc succès dans le secteur du pesage industriel : on les voit installés dans les balances mécaniques de précision, les crochets peseurs, etc. Les laboratoires de recherche disposent également de ces capteurs, notamment dans les appareils d’essais ou les analyseurs DMA pour mesurer les forces dynamiques (capteur de force type piézoélectrique ou capacitif). On utilise alors ces engins dans pratiquement tous les secteurs d’activités comme l’aéronautique, le nucléaire, l’industrie automobile, la construction navale, etc.
Comment fonctionne un capteur de force à jauge de contraintes ?
Dans la plupart des cas, les capteurs de force sont équipés de jauges de contrainte qui déterminent leur processus de fonctionnement. Ceci dit, il est essentiel d’assimiler le comportement des jauges de contrainte qui se définit déjà comme une colonne qui range une grille de mesure conductrice. Il y a deux mouvements possibles qui aboutissent à deux résultats différents :
- Etirement de la jauge -à Allongement de la grille de mesure-à Augmentation de la résistance
- Compression de la jauge -à Rétraction de la grille de mesure-à Diminution de la résistance
Ces mouvements sont favorables pour changer la résistance à l’intérieur de la grille (au niveau des filaments) ce qui permet d’identifier la déformation. Ce support, contentant les jauges, doit se faire « emballer » dans un corps résistant, conçu généralement en acier, pour former le capteur de force.
La forme la plus utilisée pour fabriquer le corps d’épreuve est le cylindre en acier qui convient au mieux aux mouvements prévus sous l’influence de la force. Cependant, la masse de l’acier décidera de l’importance des fluctuations. Ainsi, si le cylindre se tire, il s’allonge et s’amincit contrairement à lorsqu’il est comprimé, il diminue et s’élargit au même temps. La force exercée sur le capteur doit s’adapter à la masse de l’acier qui forme son corps : On doit appliquer une plus grande force pour comprimer un corps d’une masse importante. La force exercée décide alors de la charge maximale que peut endurer le capteur.
Modèles de capteurs de force
De manière générale, on distingue entre deux types de capteurs d’effort :
- Les capteurs pneumatiques : on en fait recours quand les conditions de sécurité et d’hygiène sont favorables
- Les capteurs hydrauliques : on l’utilise à distance
Cependant, on différencie entre plusieurs modèles de ces senseurs qui varient selon leur destination, c’est-à-dire l’usage qu’on leur réserve. Voici une sélection des modèles les plus connus.
Capteur de force miniature en compression
Il s’agit d’un senseur résistant composé d’une jauge de contraintes de haute performance et de l’acier inoxydable pour être utilisé sur des applications avec un minimum d’espace et charges à haute capacité.
On distingue souvent entre trois types de capteur miniature en compression à savoir les capteurs miniatures à large surface d’appui haute capacité, les capteurs de force miniature type bouton et les rondelles de force miniatures.
Capteur de force miniature en traction compression
Il s’agit d’un senseur qui se base sur la mesure de la force de traction vers compression ou vice-versa. Il est utilisé dans les domaines les plus technologiques comme la robotique et on en trouve généralement trois types :
- Les capteurs miniatures en ligne utilisant un filetage de fixation mâle
- Les capteurs d’effort miniatures en « S »
- Les capteurs en flexions
Capteur de force haute capacité
Il s’agit d’un senseur en traction compression adapté à supporter jusqu’à 500 Tonnes grâce à sa jauge de contrainte haute capacité. Ce capteur existe en plusieurs versions dont le modèle rondelles/anneaux et bouton.
Cette sélection n’est ni exhaustive, ni complète puisqu’il existe une infinité de références de ce produit. D’ailleurs, vous pouvez découvrir d’autres gammes de capteurs de force chez Sensel Measurment, l’un des prestataires les plus connus en France dans cette discipline.