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Les capteurs de pesage à jauge de contrainte

Dans l'article d'aujourd'hui,nous allons parler des capteurs de pesage à jauge de contrainte très utilisés dans l'industrie.Avant d'aller plus loin,rappelons d'abord c'est quoi un capteur.Pour faire simple,un capteur est un dispositif qui permet de convertir une grandeur physique en une autre grandeur physique.Par exemple pour le cas des capteurs de pesage à jauge de contrainte,la grandeur physique "force" est convertit en une autre grandeur physique électrique : la résistance.

Capteur de pesage silo

Les capteurs de pesage à jauge de contrainte fonctionnent sur le même principe que les capteurs piézoélectriques.Lorsqu'une charge / force / contrainte est appliquée au capteur, sa résistance change.Cette modification de la résistance entraîne une modification de la tension de sortie lorsqu'une tension d'entrée est appliquée.Les capteurs de pesage à jauge de contrainte sont conçus en utilisant un élément élastique (avec un motif de déformation très reproductible) auquel sont attachées plusieurs jauges de contrainte.

Par exemple sur l'image ci-dessous,on peut voir un capteur de pesage qui comporte au total quatre jauges de contrainte qui sont collées aux surfaces supérieures et inférieures de celui-ci.

Capteurs de pesage

Lorsqu'une charge est appliquée sur le corps du capteur de pesage, comme indiqué ci-dessus,l'élément élastique dévie comme indiqué et crée une déformation à ces emplacements en raison de la contrainte appliquée. En conséquence, deux des jauges de contrainte sont en compression, alors que les deux autres sont en tension, comme indiqué dans l'image ci-dessous.

Capteur de pesage 2

Lors d’une mesure,le poids agit sur l’élément élastique en métal du capteur et provoque une déformation.Cette contrainte (positive ou négative) est convertie en un signal électrique par des jauges de contrainte installées sur l'élément élastique en métal du capteur.Un pont de Wheatstone permettra de convertir ce changement de contrainte/résistance en une tension proportionnelle à la charge.Les capteurs de pesage à jauge de contrainte possèdent souvent 4 ou 6 fils selon les modèles.

En effet,les quatre jauges de contrainte sont configurées dans une configuration de pont de Wheatstone avec quatre résistances distinctes connectées (voir image ci-dessous).

Pont de wheastone

Une tension d'excitation de généralement 10 V est appliquée à un ensemble de coins et la différence de tension est mesurée entre les deux autres coins. À l'équilibre, sans charge appliquée, la tension de sortie est nulle ou très proche de zéro lorsque les quatre résistances ont une valeur parfaitement adaptée.

Lorsque l'élément métallique auquel sont attachées les jauges de contrainte est soumis à une contrainte due à l'application d'une force, la contrainte qui en résulte entraîne un changement de résistance dans une (ou plusieurs) des résistances. Cette modification de la résistance entraîne une modification de la tension de sortie.Ce petit changement de tension de sortie (généralement un changement total d'environ 20 mV en réponse à pleine charge) peut être mesuré et amplifié permettant d'élever le signal de sortie de quelques millivolts à des signaux d'amplitude supérieure à 0-5V ou 0-10V.

 

Les signaux de sortie des capteurs de pesage à jauge de contrainte

 

Le signal de sortie le plus couramment utilisé avec les cellules de pesage conventionnelles est le signal analogique de type tension qui s'élève de quelques mV avant amplification.En effet,lorsque vous appliquez une tension continue de 10 V au niveau du capteur de pesage,vous obtenez environ 20 mV  à pleine échelle. Il s'agit d'un signal analogique de bas niveau qui ne peut pas être utilisé avec un automate et nécessite une amplification au préalable.Il existe néanmoins des capteurs de pesage avec amplificateur intégré,ce qui permet de ne pas faire recours à un amplificateur externe avant de pouvoir le connecter à un automate.

Si la distance entre le capteur de pesage et l'automate est grande des capteurs de pesage à sortie analogique 4-20 mA sont recommandés afin de limiter les pertes de signaux.Aujourd'hui il existe des capteurs de pesage qui disposent de sorties séries RS-232,RS-485 ou USB qui peuvent directement se connecter aux ports appropriés d'un automate.Dans ces cas,l'acquisition pourra se faire avec des protocoles de communication tels que le modbus.

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