"Le principe de fonctionnement d'un capteur de pesée, même pour un petit capteur, n'est pas simple !

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temps de mise à jour : 2023-11-28 09:16:23

La qualité est l'une des sept grandeurs physiques fondamentales. Dans les applications pratiques, la masse se manifeste souvent sous la forme du poids d’un objet. Le poids est la force agissant sur un objet en raison de sa masse.

Comment mesure-t-on le poids d’un objet ? Ceci est accompli en détectant la pression exercée sous l’influence de la gravité. L'appareil qui mesure le poids en détectant la pression appliquée est appelé capteur de pesée. Les capteurs de pesée à jauge de contrainte sont très courants, directement connectés aux microcontrôleurs et aux micro-ordinateurs. Dans cet article, nous aborderons différents types de capteurs de pesée et de capteurs de pesée pour instruments.

Qu'est-ce qu'un capteur de pesée ?

Un capteur de pesée convertit la pression ou la force mécanique en un signal électrique mesurable. Les capteurs de pesage existent en différentes variantes, qui diffèrent par leur taille, leur forme et leur principe de fonctionnement. Les capteurs de pesage sont couramment utilisés dans les applications domestiques et industrielles. Certaines applications domestiques des capteurs de pesée comprennent les pèse-personnes, les balances de cuisine, les pèse-personnes, les pèse-plateaux et les pèse-bagages. Certaines applications industrielles des capteurs de pesage comprennent les équipements d'ingénierie géotechnique, les dispositifs médicaux, les balances à bande, les balances à trémie, les balances sur rail et les balances pour véhicules.

Types de capteurs de pesée

Il existe une variation significative dans la taille, la forme, l'application et les principes de fonctionnement des capteurs de pesée. La manière la plus simple de classer les capteurs de pesée repose sur leurs principes de fonctionnement. Sur cette base, presque tous les capteurs de pesée appartiennent à l'une des trois catégories suivantes.

Capteurs de pesage hydrauliques

Capteurs de pesage pneumatiques

Capteurs de pesage à jauge de contrainte

Les capteurs de pesée hydrauliques mesurent la force mécanique en détectant la poussée appliquée au fluide. Ils ont une configuration typique à piston et cylindre, où le fluide est stocké entre deux pistons. Un piston est fixe et l'autre piston peut se déplacer sous l'action d'une pression ou d'une poussée. Le mouvement du piston provoque un changement de pression à l'intérieur du tube de Bourdon, et un manomètre détecte ce changement. Ces types de capteurs de pesée sont généralement analogiques.

Les capteurs de pesée pneumatiques mesurent la force mécanique en détectant la pression de l'air ou du gaz. Il a une configuration cylindrique similaire, dans laquelle le cylindre est rempli d'air ou de gaz et un piston mobile est placé au-dessus du capteur de pesée. Lorsqu'une pression est appliquée sur le piston, la pression à l'intérieur du cylindre change, provoquant l'échappement de l'air de la buse située au bas du cylindre. La pression appliquée par l'air/gaz qui s'échappe est mesurée par le manomètre à l'intérieur du capteur de pesée.

Les capteurs de pesée à jauge de contrainte mesurent la force mécanique en détectant la déformation d'une ou plusieurs jauges de contrainte à l'intérieur du capteur de pesée. Les capteurs de pesée à jauge de contrainte sont le type le plus courant. Ils se présentent sous différentes formes et configurations. Par exemple, les capteurs de pesée de type barre comportent quatre jauges de contrainte ; deux sont placés aux extrémités de la barre. Les jauges de contrainte sont disposées en forme de Z entre deux plates-formes sur la balance. Lorsqu'un poids est placé sur la barre (plate-forme supérieure), le capteur de pesée se plie sous l'effet de la force appliquée. Deux jauges de contrainte dans la barre mesurent la tension et deux mesurent la compression pour détecter la déformation en flexion qui en résulte. Les capteurs de pesée à barres sont également appelés capteurs de pesée à poutre de flexion.

Quatre capteurs de pesée sont disposés sous forme de pont de Wheatstone pour obtenir une sensibilité maximale dans les machines de pesée typiques.

Les jauges de contrainte, placées le long de la barre, supportent la contrainte maximale lors de la déformation en flexion de la barre. En interne, les jauges de contrainte sont disposées dans une structure en pont de Wheatstone, comme le montre la figure ci-dessous.

La jauge de contrainte sous tension devient plus fine et plus longue. En conséquence, sa résistance augmente. La jauge de contrainte comprimée devient plus épaisse et plus courte. En conséquence, sa résistance diminue. Dans des conditions normales, les valeurs de résistance de toutes les jauges de contrainte sont les mêmes et la différence de tension à la sortie du pont de Wheatstone est nulle. Lorsqu'un poids est placé sur le capteur, les jauges de contrainte R1 et R3 sont soumises à une tension, provoquant une augmentation de la résistance, tandis que les jauges de contrainte R2 et R4 sont soumises à une compression, provoquant une diminution de la résistance. Cela crée une tension différente à la sortie du pont de Wheatstone. La tension de sortie est de l'ordre de mV et est transmise au circuit amplificateur.

Les capteurs de pesée de type barre de Wheatstone comportent au moins quatre fils. Deux fils sont destinés à l'excitation des jauges de contrainte (tension d'alimentation et masse), et les deux autres fils mesurent la tension différentielle du pont de Wheatstone.

Les capteurs de pesage de type barre peuvent être des capteurs de pesage à point unique, à poutre de cisaillement à une extrémité, à poutre de cisaillement à double extrémité ou à câble métallique.

Capteurs de pesée de type S : Ces capteurs de pesée sont utilisés pour mesurer des poids suspendus. Le capteur de pesée est en forme de S, avec des trous aux deux extrémités pour fixer des boulons de suspension ou des embouts de tige. Lorsqu'un poids est suspendu au capteur de pesée, les deux jauges de contrainte aux extrémités subissent une tension. Si le poids est placé sur le capteur de pesée, les deux jauges de contrainte aux extrémités subissent une compression. Les capteurs de pesée à tige fonctionnent également sur le même principe.

Capteurs de pesée à jauge de contrainte unique : Ces capteurs de pesée sont constitués d'une seule jauge de contrainte. La jauge de contrainte supporte la tension ou la compression selon sa configuration. Sous tension ou compression, sa résistance de sortie change, détectée par le circuit d'amplification. Ces capteurs de pesée peuvent être utilisés comme boutons de pesée, capteurs de pesée plats et broches dynamométriques. En règle générale, quatre de ces capteurs de pesée sont placés à égales distances sous la plate-forme pour mesurer le poids.

Capteurs de pesée de type réservoir : Les capteurs de pesée de type réservoir sont similaires aux capteurs de pesée de type disque. Ces capteurs de pesage sont utilisés pour les mesures de grande capacité, telles que les ponts-bascules pour véhicules, le pesage de véhicules ferroviaires, les ponts-bascules à trémie et les balances agricoles. Ces capteurs de pesée sont conçus pour mesurer uniquement la pression.

Capteurs de pesée de couple : Ces capteurs de pesée sont utilisés pour mesurer la force de couple. Le couple est la force qui fait tourner un objet. La figure ci-dessous montre un exemple de capteur de pesée couple.

Sortie du capteur de pesage

Qu'il s'agisse d'un capteur de pesée à jauge de contrainte unique ou d'un capteur de pesée Wheatstone, la tension de sortie du capteur de pesée est exprimée en tension d'excitation. Ceci est fourni comme spécification mV/V pour la pleine capacité de charge. Par exemple, la tension de sortie du capteur de pesée est spécifiée à 4 mV/V dans le tableau des spécifications. Si la tension d'excitation est de 10 V, la tension de sortie du capteur de pesée à pleine charge est de 40 mV. La formule suivante donne la tension de sortie du capteur de pesée –

V_sortie = V_excitation * Z mV/V

Où Z est la spécification mV/V.

Conclusion

La mesure du poids est effectuée à l'aide de capteurs de pesée, qui se présentent sous différentes formes, tailles, cas d'utilisation et principes de fonctionnement, adaptés à diverses applications. Ces capteurs de pesée peuvent être des jauges de contrainte simples ou des capteurs de pesée Wheatstone. En fonction de leur forme et de leur configuration, les capteurs de pesée à jauge de contrainte peuvent être des capteurs de pesée à poutre de flexion, des capteurs de pesée à bouton/disque, de type S, des capteurs de pesée à couple ou des capteurs de pesée de type réservoir. Même les capteurs de pesée à jauge de contrainte unique sont souvent utilisés dans les configurations Wheatstone pour obtenir une sensibilité maximale. »

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