Capteurs de force pour bancs d'essai : types, plages de mesure et montage

Guide technique · GUEMISA

Types de capteurs de force et leurs applications

Toutes les cellules décrites dans cet article sont des jauges de contrainte : une déformation élastique du corps métallique modifie la résistance des jauges, connectées en pont de Wheatstone, et le pont délivre une très faible tension proportionnelle à la force.

Comment choisir entre eux

• Si la force change de direction pendant l'essai, un modèle qui prenne en compte à la fois la tension et la compression est nécessaire.
• S'il n'y a que de la compression et peu de marge dynamique, un modèle à bouton ou plat prend moins de place.
• Si la force ne peut être parfaitement axiale en raison de la géométrie du banc, une conception avec des rotules à ses extrémités est conseillée.

Plage de mesure et marge de surcharge

La capacité nominale correspond à la force à laquelle la cellule délivre sa pleine puissance. Elle doit être supérieure à la valeur maximale que le banc d'essai peut supporter, en tenant compte des pics dynamiques, des chocs au démarrage et des charges de montage. Une capacité trop faible peut entraîner une déformation permanente de la cellule lors d'une surtension. À l'inverse, une capacité trop élevée réduit la résolution, le signal utile étant alors limité à une petite partie de la plage de mesure.

• La fiche technique indique une surcharge admissible (sans modification des caractéristiques) et une surcharge de rupture. Ces valeurs dépendent du modèle et du fabricant : elles ne doivent pas être considérées comme acquises.
• Pour les charges soumises à des chocs ou à des inversions rapides, il est conseillé de dimensionner avec une marge plus importante que pour les charges statiques.
• Si la série permet plusieurs capacités avec la même géométrie, la gamme peut être modifiée sans avoir à refaire l'outillage.

Sensibilité en mV/V et signal réel

La sensibilité nominale est exprimée en mV/V : millivolts de sortie par volt d'excitation, à pleine échelle. Le signal réel est le produit des deux. Avec une sensibilité de 2 mV/V et une excitation de 10 V, la sortie à pleine échelle est de 20 mV. Il s'agit d'un signal faible, d'où l'importance du câblage blindé et du conditionnement du signal.

• Les cellules ayant la même sensibilité nominale peuvent être remplacées sans qu'il soit nécessaire de refaire complètement la chaîne de mesure, bien qu'il soit conseillé de vérifier le zéro et la pente.
• Le branchement à 4 fils est le branchement de base. Le branchement à 6 fils ajoute deux fils de retour (de détection) qui compensent la chute de tension dans les longs câbles.
• L'excitation maximale admissible est indiquée dans la fiche technique et ne doit pas être dépassée.

Classe de précision

La précision d'une cellule est décrite par plusieurs paramètres, et non par une seule valeur numérique : la non-linéarité, l'hystérésis, la répétabilité, le fluage, la dérive thermique du zéro et la sensibilité. Ces paramètres sont généralement exprimés en pourcentage de la pleine échelle. Pour un banc d'essai, le facteur le plus important est que la somme des erreurs pertinentes soit compatible avec le niveau d'incertitude souhaité.

• Dans les applications de pesage légales, on utilise des classes (par exemple, celles de la norme OIML R60). Un banc d'essai n'exige généralement pas cette classification, mais il requiert la traçabilité de l'étalonnage.
• Si le test doit être documenté, un certificat d'étalonnage est demandé à la cellule et la fréquence de répétition est notée.
• La précision de la chaîne complète (cellule, câble, conditionneur, acquisition) est celle de l'ensemble, et non celle de son composant le plus précis.

Conditionneur ou amplificateur

Le conditionneur alimente le pont et convertit les millivolts en un signal normalisé (0–10 V ou 4–20 mA) ou en une valeur numérique. Il doit être compatible avec la sensibilité de la cellule, fournir l'excitation appropriée et permettre le réglage du zéro et du gain.

Assemblage correct : charges axiales et absence de moments

Un capteur de force mesure avec précision la composante de la force le long de son axe de mesure. Tout autre élément (moments de flexion, forces latérales, torsion) constitue une perturbation susceptible de fausser la mesure ou d'endommager l'élément élastique.

• Alignez l'axe de la cellule avec la ligne de force du banc.
• Utilisez des rotules, des accouplements à double articulation ou des boutons de support pour absorber les désalignements.
• Placez la cellule sur des surfaces planes, rigides et propres.
• Ne tirez pas sur le câble et ne l'utilisez pas comme un élément mécanique. Fixez-le solidement pour éviter les vibrations et tenez-le éloigné des câbles d'alimentation.
• Protégez la cellule contre les surcharges accidentelles à l'aide de butées mécaniques si la batterie est susceptible de les dépasser.
• Laisser l'ensemble atteindre sa température de fonctionnement avant de le remettre à zéro.

Capteurs de couple pour bancs d'essai

Si le banc d'essai mesure le couple plutôt que la force linéaire, un capteur de couple est utilisé, positionné entre le moteur et la charge. Les mêmes critères s'appliquent pour le choix d'un capteur de couple : couple nominal avec marge, classe de précision, vitesse de rotation maximale, type de sortie (tension, courant ou bus) et mode de connexion à l'arbre. Les capteurs de couple rotatifs transmettent le signal sans contact depuis l'arbre en rotation, éliminant ainsi le besoin de balais sujets à l'usure.

Quels produits GUEMISA sont les plus adaptés ?

La catégorie « capteurs de force » de notre site web ne propose actuellement que quelques modèles. Si vous avez besoin d'une capacité ou d'une géométrie différente, veuillez nous communiquer vos coordonnées bancaires afin que nous puissions en discuter avec vous.

Documentación y casos relacionados

• Células de carga y galgas extensométricas: tutorial (PDF)
• Medición de par en bancos de pruebas de motores (PDF)
• Toda la información técnica de GUEMISA

Foire aux questions

Quelle capacité de capteur de force me faut-il pour un banc d'essai ?

Une capacité supérieure à la force maximale réelle, y compris les pics dynamiques, avec une marge au-dessus de la surcharge admissible indiquée dans la fiche technique. Évitez également une capacité excessive, car cela réduit la résolution utile.

Que signifie 2 mV/V ?

La cellule délivre 2 mV par volt d'excitation pleine échelle. Avec une excitation de 10 V, la tension de sortie pleine échelle est de 20 mV.

Quelle cellule est utile si la force change de direction ?

Une cellule à la fois résistante à la traction et à la compression, comme une cellule CTC ou une cellule en S. Une cellule ne résistant qu'à la compression ne doit pas être soumise à la traction.

À quoi sert un conditionneur de signal ?

Il alimente le pont de jauges de contrainte, amplifie le signal en millivolts et le convertit en une sortie normalisée ou en une lecture numérique avec réglage du zéro et du gain.

Pourquoi les mesures échouent-elles alors que la cellule est en bon état ?

Les causes courantes incluent les charges non axiales, les moments sur la cellule, les câbles ou haubans non blindés et un réglage incorrect du gain d'excitation ou de conditionnement.

Un capteur de couple peut-il remplacer une cellule de charge ?

Non. Le capteur de force mesure la force linéaire, et le capteur de couple mesure le couple de rotation sur un arbre. Leur choix dépend de l'amplitude de mesure que le banc d'essai doit effectuer.